ŞEHİR ŞEBEKE, KUYU VE KAYNAK SULARININ OZONLANMASI İLE FİZİKSEL, KİMYASAL VE MİKROBİYOLOJİK ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ

Transkript

1 ŞEHİR ŞEBEKE, KUYU VE KAYNAK SULARININ LANMASI İLE FİZİKSEL, KİMYASAL VE MİKROBİYOLOJİK ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ IZING AND EXAMINATION OF CHEMICAL AND MICROBIOLOGICAL FEATURES OF CITY WATER SUPPLY, WELL AND SPRING WATER Görkem KARTAL 1, Kutay PERVELİ 2, Nihan KAYA 3, Erdal KARADURMUŞ 4 1 Hitit Üniversitesi Kimya Mühendisliği Bölümü, IV. Sınıf Öğrencisi, Çorum, grkmkrtl@hotmail.com 2 Hitit Üniversitesi Kimya Mühendisliği Bölümü, IV. Sınıf Öğrencisi, Çorum, kutayperveli@hotmail.com 3 Hitit Üniversitesi Kimya Mühendisliği Bölümü, Araştırma Görevlisi, Çorum, nkaya@gazi.edu.tr 4 Hitit Üniversitesi Kimya Mühendisliği Bölümü, Öğretim Üyesi, Çorum, erdalk@gazi.edu.tr ÖZET Bu çalışma kapsamında Çorum ilinin şebeke suları, kuyu ve kaynak sularının ozonlama öncesinde mevcut olan kimyasal, fiziksel ve mikrobiyolojik özelliklerinin ozonlama sonrasında değişen parametrelerinin incelenmesi amaçlanmıştır. Ozon, oksidasyon gücü çok yüksek bir gaz ve iyi bir dezenfektandır. Ayrıca ozon, havada bulunan oksijenin parçalanması yoluyla elde edildiği için kararsız yapısı nedeniyle dezenfeksiyon görevini tamamladıktan sonra daima hammaddesi olan oksijene dönüşür. Bu özelliğiyle de diğer dezenfektanlar gibi suya atık ve zararlı madde bırakmaz[1]. Bu amaçla sulara yapılan ozonlama işlemi sonrası suların oksijen derişiminin artması, sertlik derecesinin düşmesi, ağır metallerin uzaklaşması, suyun berraklaşması, kötü kokuların yok olması ayrıca, mikrobiyolojik olarak sularda toplam koliformun ozonlama sonrası sıfıra düşmesi beklenmektedir[2]. Başlangıç çalışması olarak, Çorum ilindeki 7 ana dağıtım deposunun dördünden su örnekleri alınarak ozonlama öncesi ve sonrası yapılan analizler ile suyun fiziksel olarak iletkenlik, tuzluluk, askıda katı madde miktarı, ph ve çözünmüş oksijen miktarı, kimyasal olarak toplam sertlik, kalsiyum sertliği, nitrit, nitrat, amonyak, toplam klor, serbest klor ve toplam fosfat miktarı, mikrobiyolojik olarak da toplam koliform miktarı incelenmektedir. Örneğin bu ana depolardan birine ait numune ile yapılan analizler sonucunda ozonlama öncesi ph 7.75, iletkenliği 626 µs/cm, nitrat 1.3 mg/l, nitrit mg/l, toplam klor 0.83 mg/l, toplam sertlik değeri ise 16.4 FS ve toplam koliform 3 EMS/100ml iken; ozonlama işlemi sonrası aynı analizler tekrar uygulanarak bu değerlerin ph 8.13, nitrat 1.8 mg/l, nitrit mg/l, toplam klor 0.14 mg/l, toplam sertlik ise 15.9 FS olarak değiştiği ve mikrobiyolojik olarak da toplam koliformun şebeke sularında ozonlama sonrası 1 EMS/100ml değerine düştüğü gözlemlenmiştir. Böylece ozonlama işlemiyle daha kaliteli içme ve kullanma suları elde edilmiştir. Bu çalışma süresince aynı parametreler 7 ana dağıtım deposu, 4 ayrı şebeke ve 3 kaynak suyunun 4 farklı periyotta ozonlama öncesi ve ozonlama sonrası değişen parametreleri incelenmektedir. Anahtar Sözcükler: Ozonlama, dezenfeksiyon, mikrobiyoloji ABSTRACT This study aims the examination of changing parameters of chemical, physical and microbiological features of city water supply, well and spring water of the province of Corum after ozonizing. Ozone is a gas having highly oxidizing power and a well disinfectant. Moreover, since ozone is acquired through the breakdown of oxygen in the air, it is converted into oxygen which is its raw material due to its inconsistent structure after completing its disinfecting function. Thanks to this feature, it does not leave waste and harmful agents in the water unlike other disinfectants [1]. It is expected that following the ozonizing process made to the water with this purpose, oxygen dilution will increase, degree of harness will decrease, alienation of the heavy metals, the water will become clear, bad smells will disappear and also total coliform in water will decrease to zero microbiologically after ozonizing [2].

2 As an initial study, water samples have been received from four of 7 main distribution warehouses in the province of Corum and the amount of conductivity of water, rate of salt, suspending solid amount, ph and solved oxygen, chemical total hardness, Ca hardness, nitrite, nitrate, ammoniac, total chlorine, free chlorine and total phosphate and total microbiological coliform of the water with the analysis to be made before and after the ozonizing are examined. For example, as a result of analysis made with the sample belonging to one of these warehouses, pre-ozonizing ph was 7.75, conductivity 626 µs/cm, nitrate 1.3 mg/l, nitrite mg/l, total chlorine 0.83 mg/l and total hardness value 16.4 FS whereas post-ozonizing the same analysis has been made and these valued appeared as ph 18.13, nitrate 1.18 mg/l, nitrite mg/l, total chlorine 0.14 mg/l, total hardness 15.9 FS and microbiological total coliform has observed to have decreased to 0 EMS/100ml in the city supply water after ozonizing. Thus, with the ozonizing process, potable water and service of better quality have been obtained. During this study, the same parameters 7 main distribution warehouse, 4 separate city supply and 3 spring water with the pre-ozonizing and post-ozonizing changing parameters are examined in 4 different periods. Key words: Ozonizing, disinfection, microbiology 1. GİRİŞ Çorum ilinin içme ve kullanma suyuna ait yedi ana dağıtım deposunun dördünden ve bir de kaynak suyu olmak üzere dört farklı periyotta alınan su örneklerinin, iyi bir dezenfektan olan ozonun etkisiyle değişen parametreleri incelenmiştir. Bu parametreler suyun fiziksel olarak iletkenlik, tuzluluk, askıda katı madde miktarı, ph ve çözünmüş oksijen miktarı, kimyasal olarak toplam sertlik, kalsiyum sertliği, nitrit, nitrat, amonyak, toplam klor, serbest klor ve toplam fosfat miktarı, mikrobiyolojik olarak da toplam koliform miktarıdır. İçme sularının arıtılmasında ozon uygulaması oldukça yaygındır. Ozonun kullanılmasının başlıca sebebi dezenfeksiyon, oksidasyon veya bunun her ikisidir. Buna örnek olarak tat ve koku kontrolü, mikropların yok edilmesi vb. verilebilir. Suyun ozon ile arıtılması, klor ve kloroksit gibi diğer dezenfentanlara benzer. Ozon su içinde kararsızdır ve bazı bileşenlerle reaksiyon verir. Buna rağmen ozonun OH - radikalleri içerisinde bozulması gibi eşsiz özelliği ile sudaki en güçlü oksidanlardandır [1]. Ozon gazının dezenfeksiyon sonrasında atık ve kalıntı bırakmayan tek dezenfektan oluşu, diğer dezenfektanlara göre avantajlı kılmaktadır. Kararsız yapısı sebebiyle ortamdaki bakteri, virüs, mantar, küf gibi istenmeyen organikleri yok ederken, demir, mangan, klor, nitrit vb. maddeleri de oksitleyerek ortamdan uzaklaştırır [2]. Bu çalışmada içme ve kullanma sularında ozonun kullanılması, ozonun dezenfeksiyonu ve ozon sonrasında suyun özelliklerinde meydana gelen değişimler incelenmiştir. 2. Ozon aktif oksijen olup doğanın bir elementidir. Ozon oluşumu, oksijen molekülünün oldukça kararsız olan oksijen atomlarının parçalanmasıyla başlar ve her ozon molekülü 3 oksijen atomundan oluşur. Ozon jeneratörlerinde ozon üretim yöntemi olarak corona-discharge yöntemi kullanılmaktadır. Elektrotlarla sabit elektrik akımı verilerek elektronları hızlandırmak suretiyle kinetik enerji kazandırıp, oksijen molekülündeki çift bağ parçalanarak bu işlem sonunda açığa çıkan iki oksijen atomu ozon oluşturmak üzere diğer bir oksijen molekülü ile tepkimeye girer [2]. Doğal sularda içme sularının üretiminden bahsedilen bileşiklerin (genellikle inorganik türler, kirletici maddeler, toksik mikroorganizmalar) ortadan kaldırılmasını gerektirir. Bu da gerçekleştirilmesi gereken olası yüksek oksidasyondur ki geçen son birkaç yıl boyunca genellikle bunun için ozon kullanılmıştır. (Rice and Netzer, 1982, Masschelein, 1991, Langlais et al.,1991) [3]. Oksidasyon reaksiyonlarını moleküler ozon ya da ozonun reaksiyonlarıyla oluşan radikal türleri verdiğinden ozon dozu ya da ozonlama süresi arttıkça ozonlama etkinliğinin artacağı açıktır. (Sevimli ve Sarıkaya, 2002, Oğuz ve diğ., 2005, Wu ve Wang, 2001, Koch ve diğ., 2002, Konsowa, 2003, Ciardelli ve Ranieri, 2001) [4].

3 Sulardaki koku ve tat kaynağı ya tabii olarak bulunan organik maddelerden ya da sentetik organik bileşiklerden meydana gelmektedir. Bitkilerin çürümeleri, bakteriyel metabolik işlemlerle yüzey sularında tadın bozulmasına sebep olmaktadır. Ozon bu bileşikleri okside ettiğinden suyun tadında hissedilir derecede düzelmeye sebep olur. Yüzeysel sular genellikle bünyelerinde doğal olarak bulunan humik, fulvik, tannik asitler gibi organik maddelerle renklenirler. Bu tip bileşikler, bitkisel maddelerin parçalanmasından ve genellikle fenol benzeri bileşiklerin birikimi sonucu meydana gelir. Bu tip renk değişikliklerine neden olan çeşitli konjuge çift bağlı bileşikler, ozon oksidasyonu yoluyla kolaylıkla giderilebilirler. Sadece bir çift bağın parçalanması, genellikle molekülün renk özelliklerini bozmaya yeterlidir [5]. Sulardaki bulanıklık, kimyasal oksidasyon ve elektrik nötralizasyonu ile birlikte uygulanan ozonlama suretiyle giderilebilir. Bulanıklığa neden olan kolloidal partiküller, negatif yüklü partiküller halinde erimemiş şekilde bulunurlar. Bu partiküller öncelikle ozon ile nötralize olur, daha sonra yüzeylerinde meydana gelen organik materyalin oksidasyonu ile ozon, diğer kolloidal maddeleri de tahrip eder [2]. Tablo-1: Ozonun ve diğer dezenfektanların oksitleme güçleri Dezenfektan Oksitleme Gücü (Volt) Ozon (O 3 ) 2,07 Hidrojen peroksit (H 2 O 2 ) 1,77 Permanganat 1,67 Klor dioksit 1,57 Hipoklorik asit 1,49 Klor gazı 1,36 Oksijen 1,23 Brom 1,09 Hipoklorid 0,94 Klorür 0,76 İyot 0,54 3. UYGULANAN DENEYSEL YÖNTEMLER Ozonlama işlemi için havadan aldığı oksijeni ozon molekülüne dönüştüren masa tipi bir ozon jeneratörü, ozon miktarını mv cinsinden ölçen bir regülatör, kimyasal analizler için DR/2400 HACH-spektrofotometre ile sudaki kalsiyum ve toplam sertlik için EDTA yöntemi kullanılmıştır. Ayrıca numunelerin ph, sıcaklık, iletkenlik, tuzluluk, askıda katı madde ve çözünmüş oksijen miktarlarına bakılmıştır. Numuneler 4 farklı periyotta olmak üzere Çorum un batısına ait ev şebeke, Çorum Merkez de bulunan ev şebeke, ilin kuzeyine ait ev şebeke, kuzeybatıda bulunan Fakülte şebeke ve şehir kaynak suyu olmak üzere 5 adet numune ile çalışılmıştır. Fiziksel analizler; iletkenlik, tuzluluk, askıda katı madde miktarı, ph ve çözünmüş oksijen miktarı, kimyasal analizler ise toplam sertlik, kalsiyum sertliği, nitrit, nitrat, amonyak, toplam klor, serbest klor ve toplam fosfat miktarı, mikrobiyolojik analiz olarak da toplam koliform miktarı yapılmıştır. Yapılan analizlerden birkaç örnek aşağıdaki Tablo-2 ve Tablo-3 de görüldüğü gibidir. Tablo-2 numunelerin fiziksel, kimyasal ve mikrobiyolojik analizlerinin sonuçları, Tablo-3 ise aynı numunelere uygulanan ozon miktarları, jeneratör sisteminin sıcaklığı, ve sistemin akış hızı belli zaman aralıklarında olmak üzere yer almaktadır.

4 Tablo-2 : Numunelerin fiziksel, kimyasal ve mikrobiyolojik analiz sonuçları NUMUNENİN ADI I. PERİYOT (13/03/08) II. PERİYOT (29/03/08) III. PERİYOT (15/04/08) FAKÜLTE ŞEBEKE SUYU FİZİKSEL ANALİZLER Sıcaklık ( o C) 10,9 15,6 14,2 17,9 17,7 20,1 İletkenlik (µs/cm) Tuzluluk 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 Askıda Katı Madde Miktarı (mg/l) ph 7,75 8,23 7,73 8,17 7,66 8,07 Çözünmüş Oksijen Mik. (mg/l) 9,43 8,17 9,11 7,64 7,89 6,6 KİMYASAL ANALİZLER Serbest Klor (mg/l) 1,22 0,06 0,07 0,03 0,6 0,16 Toplam Klor (mg/l) 1,37 0,25 0,18 0,11 0,78 0,39 Toplam Fosfat (mg/l) 1,65 1,57 1,94 3,7 1,25 0,96 Nitrat (mg/l) 13,64 10,12 16,72 4,84 20,68 23,76 Nitrit (mg/l) 9,9*10-3 0,0297 0,0231 0,0165 0,0363 0,0198 Amonyak (mg/l) Toplam Sertlik (FS) 24,54 28,18 36,36 28,18 30,90 30,90 Kalsiyum Sertliği(FS) 18,72 16,36 15,99 18,72 17,72 18,18 MİKROBİYOLOJİK ANALİZLER Toplam Koliform (EMS/100ml) <3 <1 <3 <1 <3 <1 NUMUNENİN ADI I. PERİYOT (13/03/08) II. PERİYOT (29/03/08) III. PERİYOT (15/04/08) KAYNAK SUYU FİZİKSEL ANALİZLER Sıcaklık ( o C) 15,3 17,8 15,9 17,8 20,2 20,4 İletkenlik (µs/cm) Tuzluluk 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 Askıda Katı Madde Miktarı (mg/l) ph 7,5 8,2 7,42 8,43 7,42 8,11 Çözünmüş Oksijen Mik. (mg/l) 6,27 6,89 6,85 7,8 6,8 6,51 KİMYASAL ANALİZLER Serbest Klor (mg/l) 0,01 0,02 0,01 0,04 0,01 0,11 Toplam Klor (mg/l) 0,01 0,09 0,11 0,09 0,03 0,22 Toplam Fosfat (mg/l) 0,65 2,19 1,53 1,91 1,91 2,2 Nitrat (mg/l) 22 17, ,56 36,52 31,24 Nitrit (mg/l) 0,0429 0,0396 0,0264 0,0165 0,009 0,0198 Amonyak (mg/l) 0 0 0,1 0,09 0,12 0,05 Toplam Sertlik (FS) 36,36 40,90 36,36 39,99 34,54 35,45 Kalsiyum Sertliği (FS) 17,27 18,18 16,36 16,36 14,54 18,18 MİKROBİYOLOJİK ANALİZLER Toplam Koliform (EMS/100ml) <3 <1 <3 <1 <3 <1

5 Tablo-3 : Numunelere uygulanan ozon miktarları FAKÜLTE ŞEBEKE (I. PERİYOT ) ZAMAN (dk.) MİK. (ppm) SİSTEM SIC. ( 0 C) 0 0,21-5 1, , , ,39 18 KAYNAK SUYU (I. PERİYOT ) ZAMAN (dk.) MİK. (ppm) SİSTEM SIC. ( 0 C) 0 0,5-5 1, , , ,13 21 FAKÜLTE ŞEBEKE (II. PERİYOT ) ZAMAN (dk.) MİK. (ppm) SİSTEM SIC. ( 0 C) 0 0,47-5 0, , , ,2 22 KAYNAK SUYU (II. PERİYOT ) ZAMAN (dk.) MİK. (ppm) SİSTEM SIC. ( 0 C) 0 0,3-5 1, , , ,04 20 FAKÜLTE ŞEBEKE (III. PERİYOT ) ZAMAN (dk.) MİK. (ppm) SİSTEM SIC. ( 0 C) 0 0,3-5 1, , , ,3 23 KAYNAK SUYU (III. PERİYOT ) ZAMAN (dk.) MİK. (ppm) SİSTEM SIC. ( 0 C) 0 0,3-5 1, , , ,27 24

6 4. SONUÇLAR Çorum ilinin dört farklı dağıtım deposundan gelen sulardan alınan numunelerin fiziksel, kimyasal ve mikrobiyolojik analizleri yaklaşık iki haftayı kapsayan periyotlarla yapılmıştır. Analizler, suyun toplam sertlik ve kalsiyum sertliğinin EDTA ile titrasyonu haricinde, fiziksel ve kimyasal özellikleri tayin edilmiştir. Zamanla değişen hava koşulları sebebiyle suyun kirlilik oranındaki değişimler bariz bir şekilde görülebildiği gibi, kimyasal özelliklerindeki ani değişimlerinin ise takiplerimiz sonucunda tesis kaynaklı olduğu tespit edildi. Günümüzde içme sularına verilen fazla klor suda kötü tat ve kokuya neden olurken, ozon hem daha kısa sürede dezenfeksiyon sağlarken hem de suda istenmeyen kalıntılar bırakmamaktadır. Numunelerdeki toplam klor ve serbest klor miktarlarının ozon sonrası klorun oksitlenmesinden dolayı oldukça düştüğü, nitritin ise azalan bir değişim gösterdiği gözlenmektedir. Yapılan analizler sonucunda fakülte şebeke suyunun ozon öncesi fiziksel özelliklerinden sıcaklık 17.9 o C, iletkenlik 511 µs/cm, tuzluluk 0.2, askıda katı madde miktarı 255 mg/l, ph 7.66, çözünmüş oksijen miktarı 7.89 mg/l, kimyasal özelliklerinden serbest klor 0.6 mg/l, toplam klor 0.78 mg/l, toplam fosfat 1.25 mg/l, nitrat mg/l, nitrit mg/l, amonyak 0 mg/l, toplam sertlik 30.9 FS, kalsiyum sertliği ise FS iken ozonlama sonrası fiziksel özelliklerinden sıcaklık 20.1 o C, iletkenlik 515 µs/cm, tuzluluk 0.2, askıdaki katı miktarı 258 mg/l, ph 8.07, çözünmüş oksijen miktarı 6.6 mg/l, kimyasal özelliklerinden serbest klor 0.16 mg/l, toplam klor 0.39 mg/l, toplam fosfat 0.96 mg/l, nitrat mg/l, nitrit mg/l, amonyak 0 mg/l, toplam sertlik 30.9 FS, kalsiyum sertliği ise FS olarak değiştiği gözlenmiştir. 5. KAYNAKLAR [1] Urs von Gunten Ozonation of drinking water: Part I. Oxidation kinetics and product formation Swiss Federal Institute for Environmental Science and Technology, EAWAG, Ueberlandstr 133, CH-8600, Dübendorf, Switzerland Received 17 April 2002; revised 23 September 2002; accepted 25 September ; Available online 15 February [2]. ( ) [3]. V. CAMEL and A.BERMOND, The Use Of Ozone And Associated Oxidation Processes In Drinking Water Treatment, Laboratoire de Chimie Analytique, Institut National Agronomique Paris-Grignon. 16 rue Claude Bernard Paris Cedex 05 France, Nisan 1997, sayfa 3208 [4]. H. Aksel EREN, P. ANİŞ, Tekstil Boyama Atıksularının Ozonlama İle Renk Giderimi, Uludağ Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, Cilt 11, Sayı 1, 2006 [5]. ( ) [6] Hoigné J. Chemistry of aqueous ozone, and transformation of pollutants by ozonation and advanced oxidation processes. In: J. Hubrec, editor. The handbook of environmental chemistry quality and treatment of drinking water. Berlin: Springer, [7] R. Stettler, R. Courbat, U. von Gunten, H-.P. Kaiser, J-.L. Walther, P. Gaille, R. Jordan, S. Ramseier and P. Revelly, Utilisation de l ozone pour le traitement des eaux potables en Suisse. Gas Wasser Abwasser 78 (1998), pp [8] Haag WR, Yao CCD. Ozonation of US drinking water sources: OH concentrations and oxidation competition values. In: Ozone in water and wastewater treatment, San Francisco, USA, August 29 September 3, p.s S-17, , New York: Port City Press. [9] J.S. Nicoson, L. Wang, R.H. Becker, K.E. Huff Hartz, C.E. Muller and D.W. Margerum, Kinetics and mechanisms of ozone/bromite and ozone/chlorite reactions. Inorg Chem 41 (2002), pp [10] B.C. Hitzfeld, S.J. Hoger and D.R. Dietrich, Cyanobacterial toxins: removal during drinking water treatment and human risk assessment. Environ Health Perspect 108 Suppl. 1 (2000), pp [11] A.R. Shawwa and D.W. Smith, Kinetics of microcystin-lr oxidation by ozone. Ozone Sci Eng 23 (2000), pp [12] J.L. Acero, S.H. Haderlein, T. Schmidt, M.J-.F. Suter and U. von Gunten, MTBE oxidation by conventional ozonation and the combination ozone/hydrogen peroxide: efficiency of the process and bromate formation. Environ Sci Technol 35 (2001), pp [13] J. Hoigné and H. Bader, The formation of trichloronitromethane (chloropicrin) and chloroform in a combined ozonation/chlorination treatment of drinking water. Water Res 22 (1988), pp [14] K. Stemmler, G. Glod and U. von Gunten, Oxidation of metal-diethylenetriamine-pentaacetate (DTPA) - complexes during drinking water ozonation. Water Res 35 (2001), pp