İÇİNDEKİLER. Sayfa ŞEKİL LİSTESİ...iv. ÇİZELGE LİSTESİ... v 1. GİRİŞ... 1

Transkript

1 İÇİNDEKİLER ii Sayfa ŞEKİL LİSTESİ...iv ÇİZELGE LİSTESİ... v 1. GİRİŞ EVSEL ATIKSULARIN OLUŞUMU VE YÖNETİMİ Evsel Atıksuların Oluşumu Evsel Atıksuların Özellikleri Fiziksel Özellikler Kimyasal Özellikler Organik maddeler İnorganik Bileşenler Gazlar Biyolojik Bileşenler Evsel Atıksuların Arıtılması SIZINTI SULARININ OLUŞUMU VE YÖNETİMİ Sızıntı Sularının Oluşumu Sızıntı Sularının Özellikleri Sızıntı Sularının Arıtımı ELEKTROLİTİK ORTAMDA ARITMA Elektroliz Standart Elektrot Potansiyeli Elektrokimyasal Prosesler Elektroflotasyon Elektrokimyasal Oksidasyon Elektro-Fenton Oksidasyonu Elektrokoagülasyon DENEYSEL ÇALIŞMALAR SS / EAS üzerinde Elektrokoagülasyon Çalışmaları Materyal ve Deneysel Yöntem EAS numunesi üzerinde EK Çalışmaları %1 luk SS Çalışmaları % 5 lik SS Çalışmaları % 2 lik SS çalışmaları % 1 lik SS Çalışmaları SS çalışmaları % 1 lik SS/EAS karışımı için Fe elektrotlu EK çalışmaları Sürekli sistem çalışmaları Ekonomik analiz Sızıntı suyu ve Evsel atıksularda Elektrokoagülasyonun Enerji Maliyeti Elektrokoagülasyon sonrası oluşan çamur karakteristiği... 47

2 Elektrokoagülasyonun NH3-N giderimi üzerindeki etkisi İleri arıtma yöntemlerinin dezenfektan etkisi SONUÇLAR KAYNAKLAR EKLER iii

3 ŞEKİL LİSTESİ Şekil 4.1 Elektroliz hücresi Şekil 5.1 Elektrokoagülasyon düzeneği... 2 Şekil 5.2. EAS için zaman ph değişimi Şekil 5.2. EAS için KOİ giderim performansları Şekil 5.3. EAS için BOİ giderim performansları Şekil 5.4. EAS için AKM giderim performansları Şekil 5.5. EAS için zaman iletkenlik değişimi Şekil 5.6. % 1 luk çalışma için ph - zaman değişimi Şekil 5.7. % 1 luk çalışma için KOİ giderim performansları Şekil 5.8. %1 luk çalışma için BOİ giderim performansları Şekil 5.9. %1 luk çalışma için AKM giderim performansı Şekil 5.1. % 1 luk çalışmada iletkenlik zaman ilişkisi Şekil % 1 luk çalışmada bulanıklık giderim performansı Şekil %1 luk çalışmada renk giderim performansı Şekil 5.13 % 5 lik çalışmada ph zaman değişimi Şekil % 5 lik çalışmada KOİ giderim performansı Şekil % 5 lik çalışmada BOİ giderim performansı Şekil 5.16 % 5 lik çalışmada iletkenlik zaman değişimi... 3 Şekil % 5 lik çalışmada bulanıklık giderim performansı Şekil 5.18.% 5 lik çalışmada renk giderim performansı Şekil % 2 lik çalışmada ph zaman ilişkisi Şekil 5.2. % 2 lik çalışmada KOİ giderim performansı Şekil % 2 lik çalışmada BOI giderim performansı Şekil % 2 lik çalışmada AKM giderim performansı Şekil % 2 lik çalışmada iletkenlik zaman ilişkisi Şekil % 2 lik çalışmada bulanıklık giderim performansı Şekil % 2 lik çalışmada renk giderim performansı Şekil % 1 lik çalışmada ph zaman ilişkisi Şekil % 1 lik çalışmada KOİ giderim performansı Şekil % 1 lik çalışmada BOI giderim performansı Şekil 5.3. % 1 lik çalışmada AKM giderim performansı Şekil % 1 lik çalışmada iletkenlik zaman ilişkisi Şekil % 1 lik çalışmada bulanıklık giderim performansı Şekil SS çalışmasında ph zaman ilişkisi... 4 Şekil SS çalışmasında KOI giderim performansı... 4 Şekil SS çalışmasında BOI giderim performansı Şekil SS çalışmasında AKM giderim performansı Şekil SS çalışmasında iletkenlik zaman ilişkisi Şekil SS çalışmasında bulanıklık giderim performansı Şekil SS çalışmasında renk giderim performansı Şekil 5.4 Farklı elektriksel güç uygulamalarında arıtılan atıksu miktarına bağlı olarak enerji tüketimi (İlhan, 27) Şekil 5.41 Farklı elektriksel güç uygulamalarında giderilen KOİ başına enerji tüketimi (İlhan, 27) Şekil 5.42a,b Elektrokimyasal çalışmalarda oluşan çamur miktarı ve özellikleri Şekil ,56W lık çalışmada elektrot tiplerine bağlı olarak NH3-N Giderimi (İlhan, 27)49 Şekil 5.44 EK arıtma yönteminde NH 3 giderim performansları (Kurt, 27) iv

4 ÇİZELGE LİSTESİ Çizelge 2.1. Evsel atıksuların fiziksel, kimyasal ve biyolojik bileşenleri (Metcalf, 23 )... 2 Çizelge 2.2. İstanbul da mevcut atıksu arıtma tesislerinin durumu ( TÜİK, 26 )... 4 Çizelge 3.1 Depo Yaşına Bağlı Olarak Sızıntı Suyu Kompozisyonu (Qasım and Chiang, 1994)... 8 Çizelge 3.2. İstanbul daki Düzemli Depo sahalarında Oluşan Sızıntı Suyu Özellikleri (İSTAÇ, 26)... 9 Çizelge 3.3. Sızıntı Sularının Bertaraf Yöntemleri... 1 Çizelge 5.1. Paşaköy EAS Karakteristikleri... 2 Çizelge 5.2. Zamana bağlı Amper ve Volt değişimi Çizelge 5.3. EAS Çalışma Sonuçları Çizelge 5.4. % 1 luk çalışma sonuçları Çizelge 5.5. % 5 lik çalışma sonuçları Çizelge 5.6. % 2 lik çalışma sonuçları Çizelge 5.7 % 1 lik çalışma sonuçları Çizelge 5.8. SS çalışması analizleri Çizelge 5.9. % 1 lik SS/EAS karışımı için Fe elektrotlu EK çalışmaları sonuçları Çizelge 5.1 % 1 lik SS/EAS karışımı için sürekli sistem çalışmaları sonuçları Çizelge 5.11 %1 lik SS/EAS Arıtma çamurları karakteristiği Çizelge 5.12 Elektrokoagülasyon sonrası mikrobiyolojik analiz sonuçları (Kurt, 27)... 5 v

5 1 1. GİRİŞ Karmaşık yapısı ve karakteristik özelliklerinin depo yaşına bağlı olarak değişimleri nedeniyle, sızıntı suları arıtımı zor atıksuların başında gelmektedir. Gelişen teknolojilere paralel olarak sızıntı suyunun arıtımı için daha yüksek verimli ve düşük maliyetli arıtma metotlarına olan arayışlar artarak devam etmektedir. Evsel atıksuların arıtımı sızıntı suyuna oranla çok daha kolay olabilmektedir. Sızıntı suları debi olarak evsel atıksu debisi yanında çok düşük bir debiye sahip olmasına karşın çok yüksek kirletici parametre içermektedir. Bu nedenle sızıntı sularının evsel atıksulara belli oranlarda karıştırılmak suretiyle gerek kirletici konsantrasyonunu düşürmek mümkün olabilirken, sızıntı suyunun evsel atıksu arıtma tesisleri yoluyla bazı modifikasyonlarla arıtılabilirliği mümkün olabilecektir. Bu amaçla yapılması düşünülen bu çalışmada evsel atıksular ile farklı oranda karıştırılacak olan sızıntı sularının son yıllarda gelişmekte olan yöntemlerden elektrokoagülasyon yöntemiyle giderilebilirliği incelenmiştir. Evsel atıksuların elektrokoagülasyon yöntemiyle tek başına arıtılabilirliği incelendiğinde 15 dakika gibi çok kısa elektroliz süreleri ile.38 kw-saat/m 3 -atıksu enerji tüketilerek S.K.K.Y. alıcı ortam deşarj limitlerinin sağlandığı (Kurt, 27) göz önüne alındığında, bu durum basit ve düşük maliyetli bir yöntemle evsel atıksularla birlikte sızıntı sularının da arıtılabileceğini de düşündürmektedir. Bu çalışmada evsel atıksuların yüksek orandaki katı partiküllü yapısından faydalınalarak bu açıdan fakir bir özellik gösteren sızıntı sularının elektrokoagülasyon prosesi ile verimli bir şekilde arıtılması hedeflenmektedir. Deneysel çalışmalarda deşarj limitlerinin sağlandığı SS/EAS oranları ile bu oranların belirlenmesinde çalışılan elektrot tipi, elektroliz süresi, hidrolik bekleme süresi ve reaktör sistemi gibi işletme şartları da optimize edilecektir. Diğer taraftan elektrokimyasal arıtma proseslerinde elde edilen çamurların konvansiyonel yöntemlerde oluşan çamurlara oranla daha kararlı yapıda oldukları ve daha az miktarda oluştukları literatürdeki çeşitli çalışmalar ile ortaya konulmuştur. Bu proje çalışmasında ayrıca çamur karaterizasyonu yapılarak oluşan çamurun fiziksel ve kimyasal özellikleri de belirlenecektir. Son olarak tüm deneysel çalışmalar sonucu elde edilen işletme şartları ekonomik açıdan irdelenecektir.

6 2 2. EVSEL ATIKSULARIN OLUŞUMU VE YÖNETİMİ 2.1 Evsel Atıksuların Oluşumu Su kaynaklarından çeşitli işlemler sonucu elde edilen suların insan ihtiyaçları için kullanımı sonucu evsel atıksular (EAS) oluşmaktadır. 26 TÜİK verilerine göre Türkiye de oluşan toplam atıksu miktarı 3367 milyon m 3 tür. Bu değerin yaklaşık %45 i denizlere, 1,4 ü göllere, %42 si akarsulara, % 3,5 i araziye deşarj edilmiştir. Yine aynı verilere göre 26 yılında İstanbul da 851 milyon m atıksu oluşmuştur. Bunun %97 si denizlere, %3 lük kısmı da akarsulara deşarj edilmiştir Evsel Atıksuların Özellikleri Evsel atıksu karakteristikleri genel olarak fiziksel, kimyasal ve biyolojik olarak sınıflandırılabilirler. Çizelge 2.1. Evsel atıksuların fiziksel, kimyasal ve biyolojik bileşenleri (Metcalf, 23 ) Fiziksel Kimyasal Bileşenler Biyolojik Özellikler Organik İnorganikler Gazlar Bileşenler Renk Karbonhidratlar Alkalinite Metan Canlı hücreler Koku Yağ ve gres Klorürler Oksijen Tek hücreliler Katı maddeler Sıcaklık Pestitsitler Fenoller Ağır metaller Azot Hidrojen sülfür Virüsler Proteinler Yüzey maddeler aktif Ph Fosfor Sülfür Toksik bileşenler

7 Fiziksel Özellikler Evsel atıksular için en önemli fiziksel parametre katı maddelerdir. Katı maddeler ; askıda katılar, çökelebilen, koloidal katılar olarak sınıflandırılabilirler.diğer fiziksel karakteristikler; partikül boyutu dağılımı, bulanıklık, renk, yoğunluk, iletkenlik olarak sıralanabilir Kimyasal Özellikler Kimyasal özellikler kendi aralarında organik, inorganik ve gazlar olarak sınıflandırılmaktadırlar Organik maddeler Evsel atıksularda AKM nin % 7 i, filtrata geçen kısmın % 4 ı organik maddeleri oluşturmaktadır. Organik maddelerin dağılımı ise % 4 6 proteinler, % 25 5 karbonhidratlar ve % 1 yağlar şeklinde olmaktadırlar. Diğer bileşenler ise deterjanlar, fenoller ve pestisitlerdir İnorganik Bileşenler Alkalinite, klorür, ağır metaller, azot, fosfor, sülfür, toksik bileşenler, ph, evsel atıksudaki inorganik bileşenler olarak sınıflandırılmaktadır.bu parametreler atıksuda, alıcı ortamda, arıtma proseslerindeki biyokimyasal faaliyetlerin içeriklerinin belirlenmesinde yardımcı olmaktadırlar. Azot ve fosfor parametreleri bakteriler tarafından besin olarak kullanılmaktadırlar.ağır metaller, diğer toksik maddeler ve yüksek klorür konsantrasyonları organizma faaliyetlerini olumsuz yönde etkilemektedirler Gazlar Anaerobik biyolojik faaliyetler sonucu metan ve hidrojen sülfür gazları oluşmaktadır.özellikle kapalı kanalizasyon sistemlerinin havasız ortamları bu gazların oluşumu için müsaittir. Hidrojen sülfür gazı hem toksik etkiye sahiptir hem de kanalizasyon boru sistemi üzerinde korozif etkiye neden olmaktadır.bunun dışında protein yapıların hidrolizi sonucu aminoasitler ve amonyak gazı oluşabilmektedir Biyolojik Bileşenler Evsel atıksulardaki biyolojik bileşenler canlı hücreler, bitkiler, tek hücreliler, virüsler olarak sınıflandırılabilir.tek hücreliler sınıfında bulunan bakteriler, protozoalar ve algler olumlu ya da olumsuz çevre şartlarının oluşmasında rol oynamaktadırlar.

8 4 Bakteriler arıtma proseslerinde kirlilik olan parametrelerle beslenen ve onları nihai ürünlere dönüştüren tek hücreli organizmalardır. Bakteriler bu işlemleri gerçekleştirirken protozoaları da besin olarak kullanmaktadırlar. Besi maddeleri ( N ve P ) konsantrasyonlarının artış göstermesi bu alandaki bakterilerin kontrolsüz şekilde çoğalmalarına dolayısıyla ötrofikasyona neden olmaktadır. Ötrofikasyon sonucu su yüzeyinin alglerle kaplanması zamanla anaerobik ortamın oluşumuna yol açmaktadır. 2.3 Evsel Atıksuların Arıtılması Evsel atıksular içerdikleri biyolojik, fiziksel ve kimyasal bileşenlerine bağlı olarak farklı arıtma yöntemleriyle arıtılabilmektedirler. TÜİK 26 verilerine göre İstanbul da mevcut 15 arıtma tesisi fiziksel, kimyasal ve biyolojik arıtma tesisleri yardımıyla milyon m atıksu arıtımı gerçekleşmiştir. Çizelge 2.2. İstanbul da mevcut atıksu arıtma tesislerinin durumu ( TÜİK, 26 ) 3 Toplam (1m / yıl) Fiziksel arıtma 3 (1m / yıl) Biyolojik 3 (1m / yıl) arıtma İleri 3 (1m / yıl) arıtma Tes. Kap. Art. Tes. Kap. Art. Tes. Kap. Art. Tes. Kap. Art. Say. Mik. Say. Mik. Say. Mik. Say. Mik Evsel atıksuların arıtımında yaygın olarak biyolojik yöntemler kullanılmaktadır. Uygun şartlar sağlandığı taktirde biyolojik arıtımda aktif çamur sistemi organik kirleticilerin arıtımında büyük avantaj sağlamaktadır. Bunun yanında bu sistemlerde yüksek bekletme sürelerine ihtiyaç duyulmaktadır, dolayısıyla bu sistemler büyük debilerdeki atıksuların kısa sürede arıtımında başarılı olamamaktadır. Arıtma tesisinde yüksek hidrolik bekletme süresi,yüksek debili atıksular için arıtma tesisi projelendirilmesinde ilk yatırım maliyetini arttırmaktadır. Günümüzde atıksularının arıtımında amaç sadece deşarj standartlarına uygun çıkış suyu yakalamak değil, arıtma tesisinden çıkan suyun tekrar kullanımını sağlamaktır.bu amaçla mikrofiltrasyon, ultrafiltrasyon, ters osmoz,ozonlama, fenton, elektrokimya gibi ileri arıtım metodları ve/veya biyolojik arıtma sisitemleri ile berber kullanılmaktadır.

9 5 3. SIZINTI SULARININ OLUŞUMU VE YÖNETİMİ 3.1 Sızıntı Sularının Oluşumu Katı atık bertarafında ekonomik olması sebebi ile en çok kullanılan yöntem düzenli depolama yöntemidir.ancak düzenli depolama yöntemi ile katı atıkların olumsuz etkileri ortadan kaldırılamamaktadır.depolanan atığın anaerobik olarak ayrışması sonucu zamanla depo gazları ve kirletici parametreleri yüksek olan sızıntı suları oluşmaktadır. Atıktaki ayrışma ile beraber büyük yapılı organik maddeler çözünür forma dönüşmekte ve yağmur suyunun atık içerisine süzülmesiyle beraber bu çözünür hale gelen maddeler ve askıda katı maddeler oluşan sızıntı suyu ile deşarj olmaktadır. Birçok kimyasal ve biyolojik reaksiyonun gerçekleştiği depo ortamında, çöplerin içerisinden yağış sularının ve ayrışmanın nihaî ürünü olan suların süzülmesi sonucu katı atıkların organik ve inorganik bileşimleri çözünerek sızıntı suyuna karışır. Kimyasal ve biyolojik reaksiyonlara ilave olarak, depo kütlesinde, difüzyon ve adsorpsiyon gibi fiziksel prosesler de gerçekleşir. Sızıntı suyu bileşenleri 3 grupta incelenebilir deponide aerobik ve anaerobik ayrışmalar sonucu oluşan sızıntı suyu deponi sahasına dökülen ve sıkıştırılan katı atığın su içeren bileşiklerinin sıkıştırılmasından oluşan sızıntı suyu deponi yüzeyine düşen yağışların deponi kütlesinden geçerek oluşturduğu sızıntı suyu.(heyer vd., 1999) Sızıntı suyu oluşum miktarı saha yapısıyla değişiklik göstermesiyle beraber, atık bileşimi, depo sahasına dışardan gelen suyun özellikleri, depo sahasının özellikleri, depolama tekniği, örtü tabakasının permeabilitesi ve topografik özellikleri ve atığın içerisinde meydana gelen fizikokimyasal reaksiyonlara da bağlı olabilmektedir. Atıklar ilk depolandıklarında % 2 3 arasında nem içerirler.depo sahasına yüzeysel veya yer altı sularının girmesi veya yağışların infiltrasyonu sonucunda atığın nem muhtevası atış gösterir. Nem muhtevası doygunluk değerine ulaştıktan ve bu değeri aştıktan sonra su atık içerisinde süzülmeye başlar. Depo sahasının içerisine ulaşan su miktarı sızıntı suyu miktarını etkilemektedir.(yuen, vd., 1997 ) Depo sahalarında oluşabilecek sızıntı sularının önceden tahmin edilebilmesi için basit su dengesi eşitliğinden faydalanılabilir. I = Y YA B

10 6 I : İnfiltrasyon miktarı Y : Yağış miktarı YA : Yüzeysel akış miktarı B: Buharlaşma miktarı SS = I + YA + G + N C - S g - Sb ± ΔD SS : Oluşan sızıntı suyu miktarı I : İnfiltrasyon miktarı G : Akiferleden kaynaklanan yer altı suyu akışı N : Katı atık ve örtü malzemesinin mevcut su muhtevası C S : Depo gazı üretiminde kullanılan su miktarı g S : Depo gazı içerisinden buharlaşan su miktarı b Δ D : Sahanın su tutma kapasitesinde meydana gelen değişim 3.2 Sızıntı Sularının Özellikleri Katı atık depo sahalarında oluşan sızıntı suları koyu gri hatta siyaha yakın renkte, keskin ve rahatsız edici kokuya sahiptir.içerdiği farklı tipteki organik maddeler,askıda katı maddeler, ağır metaller ve diğer çözünür bileşikler dolayısıyla kompleks bir yapı göstermektedir.ayrıca yüksek KOİ ve BOİ değerleri ve potansiyel toksisitesi yüzünden önemli çevresel sorunlara neden olmaktadır.sızıntı suyundaki kirletici bileşenleri ve konsantrasyonları atıkların karakterine ve depo sahasının yaşına göre değişiklik göstermektedir. Genç depo sahalarından sızan atıksuların muhteviyatındaki organik maddelerin önemli birkısmı (%9) organik asitlerden kaynaklanır. Bu organik asitlerin %9'a varan kısmı asetik, propiyonik ve bütirik asitlerden ileri gelir (Johansen ve Carlson, 1976). Kısa zincirli yağ asitlerinin konsantrasyonu farklı sızıntı sularında önemli değişiklikler gösterir. Genellikle en fazla asetikasit, en az da valerik ve kaproik asit türleri bulunur. Sızıntı suyunda bütirik asit konsantrasyonunun yüksek olması diğer organik asitlerin de yüksek konsantrasyonlarda olduğunu gösterir. Sızıntı suyu muhteviyatındaki kirletici

11 7 konsantrasyonunun yüksek olması, ayrışmanın, kompleks organiklerin suda iyi çözünen organik asitlere dönüştüğü birinci anaerobik ayrışma safhasında olduğunu gösterir. Düşük organik asit konsantrasyonu biyolojik ayrışma hızının yavaş olduğunu ya da sızıntı suyu ve atıkların etkili bir şekilde stabilize olduğu ikinci anaerobik ayrışma safhasını karakterize eder. Organik atıkların biyolojik aktiviteye bağlı olarak hızlı bir şekilde ayrıştığı dönemde ortaya çıkan sızıntı suları; yüksek BOİ/KOİ oranı (biyolojik olarak kolay parçalanabilmeyi ve parçalanabilirlerin yüksek oranını ifade eder), düşük ph ve yüksek ağır metal konsantrasyonu ile karakterize edilir. Depo sahası yaşlandıkça sızıntı sularının fulvik asit konsantrasyonu azalırken, humik asit konsantrasyonu artar (Chian ve DeVValle, 1977). Calace ve Petronio, (1997), biyolojik olarak stabil hale gelmiş atıklardan süzülen suların yüksek konsantrasyonlarda humik yapılı makromoleküler organik maddeler içerdiğini belirtmişlerdir. Bu bileşenler, karboksilik, fenolik ve keto grupları içeren yüksek moleküler ağırlıklı (>1) polimerlerdir (Harmsen, 1983). Ligninin oldukça stabil olan humik maddelere dönüşümü yavaş gerçekleşirken, şekerler hızla CO 2,H 2 O, etanole ve asetik, propiyonik, bütirik, valerik ve kaproik asite fermente olurlar. Depo yeri yaşlandıkça biyolojik ayrışma zorluğu olan organiklerin oranı sızıntı suyunda artmaktadır.depo sahasındaki fermantasyon kademesi, atık bileşimi, depo sahasının işletme şekli ve depolanan atık türü sızıntı suyunun karakterizasyonunda rol alan önemli parametrelerdir. Sızıntı suyundaki kirletici parametreler genel olarak 4 grupta incelenebilir Çözünmüş Organik Maddeler : KOİ, TOK, UYA, fulvik ve humik asitler. İnorganik Makro Bileşenler : kalsiyum ( Ca ), magnezyum ( Mg 2 ), sodyum ( + + Na ), amonyum ( NH ), demir ( Fe ), mangan ( Mn 2 ), klorür ( Cl ), sülfat (SO 2 ) ve hidrojen karbonat (HCO 3 ). 4 4 Ağır Metaller : bakır (Cu ), çinko ( Zn ), kadmiyum (Cd), krom ( Cr ), kurşun (Pb) ve nikel ( Ni). Evsel ve endüstriyel kimyasallardan kaynaklanan ve genellikle 1 mg/l den daha düşük konsantrasyonlarda mevcut olan ksenobiyotik organik bileşikler (XOC). Bu bileşikler aromatik hidrokarbonlar, fenoller, klorlu olifatikler ve pestisitler gibi bileşikleri ihtiva ederler.

12 8 Çizelge 3.1 Depo Yaşına Bağlı Olarak Sızıntı Suyu Kompozisyonu (Qasım and Chiang, 1994) Parametre 1 Yaş 5 Yaş 16 yaş BOİ5, mg/l KOİ, mg/l ph, mg/l 5,2-6,4 6,3 TÇM, mg/l AKM, mg/l İletkenlik, µs/cm Alkalinite,mg CaCO3/L Sertlik, mg CaCO3/L Top. P, mg/l PO4-P, mg/l NH4-N, mg/l Nitrat, mg/l Kalsiyum, mg/l Klorür, mg/l Sodyum, mg/l Potasyum, mg/l Sülfat, mg/l Mangan, mg/l Magnezyum, mg/l Demir, mg/l Çinko, mg/l Bakır, mg/l Kadmiyum, mg/l Kurşun, mg/l ,2-, , ,6 45 6,3,4 <,5 <,5, , ,6 9,6,1 <,5 <,5 1, İstanbul genelinde günde yaklaşık 12, ton evsel atık depolama sahalarında depolanmaktadır. Bu atıklardan meydana gelen sızıntı suyu miktarı ise toplam 36 m3/gün dür. Odayeri Depolama Sahasında 22 m 3 /gün, Kömürcüoda Depolama Sahasında 14

13 9 m 3 /gün sızıntı suyu oluşmaktadır. Kemerburgaz ve Şile de kurulan arıtma tesisleri ile sızıntı suyu ön arıtımdan geçirilerek deşarj edilmektedir (İSTAÇ, 26). Çizelge 3.2. İstanbul daki Düzemli Depo sahalarında Oluşan Sızıntı Suyu Özellikleri (İSTAÇ, 26) Parametre(mg/1) Odayeri Kömürcüoda ph 5.6 6,5 7. KOİ BOİ AKM UAKM TÇM TKN NH3-N Organik Azot NO3-N NO2-N - - Toplam Fosfor S Cr 1.3 2,2 <.5 Cu.5 <.5 Fe Cd.2 <.2 Zn.7 - Hg Pb.8 - Ni,9 1,3.75 Fenol Klorür - 53 Tuzluluk (%) Sızıntı Sularının Arıtımı Sızıntı suları içerdikleri birçok kirletici parametre dolayısıyla kompleks bir yapı göstermektedir. Özellikle yüksek orandaki KOİ ve BOİ değerleri ve sahip olduğu toksisite sızıntı sularının arıtımında dikkate alınmaktadır. Oluşan sızıntı suyunun niteliği depo sahasının yapısı, atığın bileşeni, depo sahasının aldığı yağış miktarı ve depo sahasının yaşı gibi etkenlere bağlı olarak değişiklik göstermektedir.

14 1 Depo sahasının yaşı arttıkça sızıntı suyu içerisindeki biyolojik olarak çözünebilir madde miktarı depo sahasındaki biyolojik faaliyetler yüzünden azalır. Bundan dolayı yaşlı depo sahalarındaki sızıntı suyunun arıtımı genç depo sahalarına göre daha zor geçekleşmektedir. Büyük ölçekli evsel katı atık depo sahalarında oluşan sızıntı suları ve tehlikeli atık depo Çizelge 3.3. Sızıntı Sularının Bertaraf Yöntemleri Uygulanan Proses Uygulama Yorumlar Biyolojik Prosesler Aerobik Sistem Aktif Çamur Refrakter organiklerin giderimive yavaş ayrışan org. Giderimi düşük.toksik maddelere toleransı yok Çöktürmeye ihtiyaç var Havalandırmalı lagünler Organik maddelerin giderimi Geniş arazi ihtiyacı var. Sabit yataklı sistemler Soğuk havalardan etkilenmektedirler.yalıtım gerekmektedir Anaerobik sistemler Toksik maddelere ve yüksek yoğunluklu inorg. Maddelere toleransı yok.düşük işletme maliyeti ve çamur miktarı. Nitrifikasyon denitrifikasyon ve Azot giderimi Organik giderimi boyunca nitrifikasyon/denitrifikasyon gerçekleştirilebilir. Fiziksel Kimyasal İşlemler Çöktürme Askıda madde giderimi Ağırlıkça büyük maddelerin giderimini sağlar.diğer sistemlerle birlikte kullanılır. Çözünmüş hava ile yüzdürme Askıda madde, yağ ve gres giderimi Çözünmüş maddeler giderilemediğinden bu maddeler için de ek işlem uygulanması gerekir. Filtrasyon Diğer sistemlerle birlikte kullanılır. Ultrafiltrasyon Bakteri, yüksek yoğunluklu org. giderimi Sızıntı suyu arıtımında sınırlı uygulaması yapılmaktadır. Hava ile sıyırma Uçucu organikler ve amonyak giderimi Uçucu olmayan org gideriminde başarısız, çıkan gazlar hava kirliliğine neden olmaktadır. Buharla sıyırma Uçucu organikler ve amonyak giderimi Pahalı sistem Absorpsiyon Organiklerin giderimi Sızıntı suyu kalitesine göre maliyet değişmektedir.

15 11 Ters ozmoz İnorganik çözeltilerin seyrelmesi İyi yapılmış ön arıtma ihtiyacı var. İyon değişimi Çözünmüş organik ve inorganik giderimi Alkalen metallerin gideriminde zorlanmaktadır. Nötralizasyon Ph ayarlaması Diğer prosesler için yapılan bir işlemdir. Kimyasal çöktürme Bazı metallerin giderimi,özellikle kadmiyum,krom,nikel,bakır,kurşun. Oksidasyon Organiklerin giderimi, bazı toksik inorganiklerin giderimi Birçok organik giderilemez, oluşan çamur tehlikeli atık niteliğindedir. Oksidasyonun tam gerçekleşmemesi istenmeyen bileşiklerin oluşmasına neden olur, sızıntı suyu için yüksek miktarda kimyasala ihityaç duyulur. Evaporasyon Sızıntı suyunun deşarjına izin verilmeyen durumlarda kullanılır. Proses çamuru tehlikeli nitelikte olabilmektedir. sahalarında oluşan sızıntı suları yerinde yapılan arıtma işlemine tabi tutulur.bazı uygulamalarda ön arıtımı gerçekleştirilen sızıntı suları bulunan herhangi atıksu arıtma tesisine deşarj edilmektedir. Sızıntı sularının arıtımında birçok farklı yöntem kullanılmaktadır.bunlar ; biyolojik (aerobik ve anaerobik biyolojik sistemler )ve fiziksel kimyasal sistemler (çöktürme, adsorpsiyon, koagülasyon, havayla sıyırma, kimyasal oksidasyon, ters ozmoz, vb.) olarak sınıflandırılabilir. Sızıntı suları aynı zamanda depo sistemine spreyleme sistemiyle püskürtülmektedir. Bu sayede hem bir miktar sızıntı suyu arıtmı gerçekleşmiş olur hem de konteminantların stabilizasyonunu ve bakteri faaliyetleri için gerekli nemi sağlamış olur.

16 12 4. ELEKTROLİTİK ORTAMDA ARITMA 4.1 Elektroliz Elektroliz, elektrik iletkenliğinin olduğu elektrolitik ortamda bir bileşiği bileşenlerine ayırmak veya elektrolit çözeltideki katyonları katot olarak seçilen eşya üzerine kaplamak amacıyla sıkça kullanılan bir elektrokimyasal yöntemdir. Bir elektroliz hücresinden 1 Faraday (965 kulon) elektrik akımı geçirildiğinde anottan 1 eşdeğer gram madde (anot metali iyonu) açığa çıkar ve katotta 1 eşdeğer gram madde indirgenir (Craighton, H.J.,1969). M + = e. I. t / 965 (4.1) M + : Anotta açığa çıkan metal iyonu veya katotta toplanan (indirgenen) madde miktarı (gram). e: eşdeğer gram (ekivalent miktar=mol ağırlığı/etki değerliği) I: Akım şiddeti (amper) t: Elektroliz süresi (Sn) Şekil 5.1 de bir elektroliz hücresi şematik olarak gösterilmiştir. Şekil 4.1 Elektroliz hücresi

17 13 Anot reaksiyonları: M M + + e - 2H 2 O O 2 + 4H + + 4e - (4.2) Anotta yükseltgenme olur. Oksidasyon reaksiyonları hakimdir. Katot reaksiyonları: M + + e - M 2H 2 O + 2 e - H OH - (4.3) Katotta indirgenme olur. Redüksiyon reaksiyonları hakimdir. 4.2 Standart Elektrot Potansiyeli 25 o C de ve 1 M H + iyonu konsantrasyonuna sahip bir çözeltide, Pt elektrot üzerine bir tüp vasıtasıyla habbecikler halinde gönderilen H 2 gazının oluşturduğu yarı pil reaksiyonu (Standart hidrojen elektrodu) gerilimi. volt kabul edilir. Standart şartlarda, referans hidrojen elektroduna karşılık ölçülen her bir elementin yarı pil tepkimesi gerilimi o element için standart yükseltgenme veya indirgenme potansiyelini gösterir ve E o ind. veya E o yük. şeklinde ifade edilir. E o pil = E o ind. + E o yük. (4.4) E o pil > ise reaksiyon yazıldığı yönde yürür, E o pil < o ise reaksiyon ters yönde yürür. Bir reaksiyonun pil gerilimini, girenler ve oluşan ürünlerin konsantrasyonuyla ilişkilendiren temel bağıntı Nernst eşitliğidir. E = E o (.591/n) log Q (4.5) E : Pil gerilimi (volt) E o : Standart Pil gerilimi (volt) n : Alınan-verilen e - sayısı Q : Denge kesri ([ürünler]/[girenler])

18 14 Bir kimyasal reaksiyon için E > olması reaksiyonun gerçekleştiğini gösterir ancak, reaksiyonun hızı hakkında bir fikir vermez. Reaksiyon hızı kinetiğin konusudur ve deneysel olarak belirlenir. 4.3 Elektrokimyasal Prosesler Elektrokimyasal arıtma yöntemleri, atıksu arıtma teknolojileri açısından oldukça yeni bir yöntemdir.kimyasal madde kullanımının sınırlı düzeyde kalması, reaksiyonların hızlı gerçekleşmesi, elektrokimyasal proseslerin yeterli iletkenliğe sahip atıksularda çok düşük amper ve voltajlarda elektrik akımlarında dahi gerçekleşebilmeleri, son yıllarda bu alandaki araştırma çalışmalarının giderek yoğunlaşmasına yol açmıştır. Elektrokimyasal prosesler henüz ticari uygulamalara dönüştürülememiştir. Bu konuda laboratuar ve pilot ölçekli olarak, organik bileşiklerin arıtlmasına yönelik, Mieluch vd., 1975; Boudene vd., 1996; Brillas vd., 1998 çalışmaları mevcuttur. Elektrokimyasal prosesler 3 şekilde gerçekleşmektedirler: Elektroflotasyon Elektrooksidasyon Elektrokoagülasyon Elektroflotasyon Elektrokoagülasyonda meydana gelen olayların aynısı burada da gerçekleşir. Oluşan floklar çökebilecek ağırlıkta olmadıkları zaman yüzeyde toplanırlar. Bu durumda floklar yüzeyden sıyırma ile alınır. Atıksu deşarjı yüzey altından yapılır. Bir diğer bahse değer konu elektroliz esnasında katot ve anot reaksiyonları sonucu meydana gelen gaz çıkışıdır. Gaz kabarcıkları oluşan flokları yüzeye taşıyarak onların yüzmesini sağlamaktadır Elektrokimyasal Oksidasyon Fenton reaksiyonları metal katalizörler elektroliz ortamında elektrotlardan (anot: Fe) sağlanarak da gerçekleştirilebilir. Belirtilmesi gereken önemli bir konu ise çözeltilerin elektrolizi esnasında suyun oksidasyonu ortamdaki mevcut organik maddelerin oksidasyonundan oldukça hızlı gerçekleşmektedir (Palau, 1998). Spesifik organik maddelerin elektrooksidasyon yöntemi ile arıtılmasında, nitrobenzen,

19 15 Comminellis, 1994; Colucci vd., 1999; fenol, Lanoutte, 1977; Smith ve Watkinson, 1981; Comminellis ve Pulgarin, 1993; Pulgarin vd.,1994; tekstil atıksularında renk giderimi, Lin ve Peng, 1994; Vlyssides vd.,1999,2; Zappi vd.,2; Gutierrez vd., 21; renk, bulanıklık ve KOİ nin koagülasyonla kombineli olarak giderimi, Lin ve Cheng,1997 tarafından çalışılmıştır Elektro-Fenton Oksidasyonu Elektro-Fenton yönteminde ortamda katalitik etkiyi yapacak olan Fe ++ iyonları elektroliz ortamında oluşturulur ve Fe ++ iyonları varlığında Fenton oksidasyon reaksiyonları gerçekleşir(bkz.fenton reaksiyonu). Anot ve katot elektrotları olarak Fe kullanılması durumunda, anotta gerçekleşecek Fe in çözünme reaksiyonları aşağıda gösterilmiştir (Sayıner, 23). Fe ++ + OH - FeOH + (ads.) + e - (4.6) FeOH + (ads.) + OH - Fe(OH) 2(ads.) (4.7) Fe(OH) 2(ads.) Fe(OH) 2(çöz.) (4.8) Fe(OH) 2(çöz.) FeOH + + OH - (4.9) FeOH + Fe ++ + OH - (4.1) Sheng ve Chih (2) sızıntı suyu ile yaptıkları kimyasal koagülasyon sonrası elektro-fenton çalışmasında 23 dakika gibi kısa bir sürede, teorik H 2 O 2 dozunun %37 sini kullanarak % 68 oranında KOİ giderme verimine ulaşmışlardır. Bu arıtılmış suyun %3 luk kısmını da BOİ temsil etmektedir Elektrokoagülasyon Elektrokoagülasyon ile arıtma uygulamalarının esası, koagülan maddenin elektroliz hücresinde, anot materyali olarak seçilmesi ve elektrik akımı ile ortama geçirilmesine dayanmaktadır. Klasik uygulamalarda, Fe +2, Fe +3 ve Al +3 iyonlarının kimyasal madde olarak ilavesi şeklinde gerçekleştirilen koagülasyon işlemleri, bu tür uygulamalarda katot materyali olarak seçili Fe veya Al metalinin elektroliz esnasında çözünüp ortama geçmesi ile gerçekleşmektedir. Elektrokoagülasyonda katot reaksiyonları baskın gelmekte ve ortamın ph sı giderek yükselmektedir. Metal iyonları ve hidroksil iyonlarının çökebilecek konsantrasyona ulaşmaları neticesinde, yeşil renkli Fe(OH) 2, kahverenkli Fe(OH) 3 veya beyaz

20 16 renkli Al(OH) 3 flokları belirgin biçimde görülebilmektedir. Günümüzde elektrokoagülasyon ile arıtım yöntemi birçok farklı tipte atıksuyun arıtımında yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu yaygın kullanım alanı birçok farklı araştırmanın yapılabilmesi için taban oluşturmuştur. Tekstil atıksularının arıtımında, endüstriyel atıksulardan metal gideriminde, maden atıksularından metal gideriminde, yağ içeren atıksuların arıtımında, sızıntı sularından organik madde gideriminde, boya endüstrisi atıksularının gideriminde, arsenik gideriminde, elektrokoagülasyon yöntemi yaygın olarak kullanılmaktadır. Sızıntı suyu ile ilgili yapılan bir çalışmada katot bakır olmak üzere demir ve alüminyum anotlar denenerek KOİ giderimleri belirlenmiştir. Sızıntı sularında 1V ile 2 dakika süren bir çalışmada Fe-Cu elektrot çifti ile %41,8 TOK giderimi sağlanırken bu değer Al-Cu elektrot çifti için %39,6 olarak belirlenmiştir(tsai vd., 1997). Yapılan bir başka çalışmada, 5 ml numune hacminde Fe ve Al elektrotlar kullanılarak sızıntı suyunun arıtılabilirliği karşılaştırılmıştır. Çalışma sonucunda Fe elektrotlar kullanıldığında %75 KOİ, %65 TOK, %95 renk ve %98 de krom giderimi sağlanmıştır. Al elektrotlar kullanıldığında ise %8 lik bir KOİ giderimi elde edilirken, %7 TOK, %97 renk ve %9 krom giderimi elde edilebilmiştir. Bu sonuçlar sızıntı suyu arıtımında elektrokoagülasyon yönteminin uygulanabileceğini ve alüminyum elektrotların sızıntı suyu için genel itibariyle daha verimli sonuçlar verdiğinin göstermektedir (Öztürk vd., 25). Kurt (27), EAS örneklerinin 5-1 dakika gibi çok kısa elektroliz ve 3 dakika gibi çöktürme sürelerinde düşük maliyetli olarak alıcı ortam deşarj limitlerine indirilebileceğini ortaya koymuştur. Diğer taraftan, İlhan (26) sızıntı suları üzerinde yaptığı elektrokoagülasyon çalışmaları ile % 6 seviyelerinde KOİ giderimine ulaşmıştır. Feng ve ark. (27), deri sanayi atıksularının elektrokoagülasyon yöntemi ile arıtılabilirliğini araştırmışlardır.çalışmalarında düşük akım yoğunluğu (< 1A ) ve alüminyum çelik elektrodlarını kullanmışlardır.yapılan çalışmalar sonucunda çelik elektrodların sülfür gideriminde Al elektroda göre daha verimli olduğu görülmüştür. Al elektrodları renk giderimi açısından daha verimli iken sülfür giderim verimi %12 den az olmaktadır. İki elektrodun da üstün yanlarını kullanmak amacıyla iki kademeli bir sistemle çalışılmıştır.deri endüstrisi atıksuyuna öncelikle çelik elektrodla elektrokoagülasyon uygulanmıştır.bunun arkasından filtrasyon ve ardından Al elektrodla elektrokoagülasyon işlemi uygulanmıştır.bu çalışma sonucunda % 68 KOI, % 43,1 Amonyak, % 55,1 TOK, %96,7 Sülfür, %84,3 renk giderimi gerçekleşmiştir.

21 17 Yapılan başka bir çalışmada siyah zeytin atıksuyunun EK + çöktürme yöntemiyle detoksifikasyonu araştırılmıştır. Siyah zeytin atıksuyu yüksek bulanıklık, renk, AKM, KOİ(1 g/l ye ulaşan ) parametrelerine sahiptir. Bunun dışında 1 g/l ye ulaşan toksik fenolik bileşikler anaerobik biyolojik arıtmayı olumsuz etkilemektedir. Bu çalışma anaerobik biyolojik arıtım öncesi uygulanacak EK + çöktürme sisteminin detoksifikasyonunu incelemiştir. EK prosesi yardımıyla polimerize olan fenolik bileşiklerin sudan ayrılması kolaylaşmıştır. EK prosesi sonucu hamsudaki BOİ 5/ KOİ oranı,33 ten,58 e yükselmiştir. EK ardından 3 günlük basit çöktürme ile %76,2 fenolik bileşik, % 75 bulanıklık, % 71 askıda katı, % 43 KOİ, % 9 renk giderimleri sağlanmıştır.ayrıca bu ön işlem sayesinde anaerobik mikroorganizma Vibrio fisherl inhibisyonunu % 66,4 oranında azaltmıştır. EK + çöktürme işleminin ardından yapılan anaerobik proseste metanın biyolojik dönüşümü daha yüksek oranda gerçekleşmiştir ( Khoudi vd., 26 ). Hernández ve ark. (26), farklı endüstrilerin atıksularını içeren karışık endüstriyel atıksudaki kirleticilerin elektrokoagülasyon + sorpsiyon birleşik prosesiyle arıtılabilirliğini araştırmışlardır. ph: 8 ve akım yoğunluğu 45,5 A / olarak belirlenen çalışma koşullarında, EK ile sudaki tüm kirleticilerin etkili şekilde arıtıldığı gözlemlenmiştir. Bu prosese ilaveten sorpsiyon prosesinin eklenmesiyle atıksudan ; % 84 KOİ, % 78 BOİ, % 97 renk, %98 2 m bulanıklık, % 99 fekal koliform giderimi gözlemlenmiştir. Ün ve ark. (27), Al elektrod kullanılarak bitkisel yağ rafinasyonundan kaynaklanan atıksuların artımını incelemişlerdir. Çalışma sırasında yardımcı kimyasallar olarak PAC ( poli alüminyum klorid) ve sodyum sülfat kullanılmıştır. Organik maddelerin ve KOİ gideriminin incelenmesinde işletme şartlarından olan ; Ph, akım yoğunluğu, PAC dozajı, sodyum sülfat dozajının etkileri dikkate alınmıştır. Yapılan çalışmalar sonucu EK prosesi için en uygun ph 2 değerinin 7 olduğu belirlenmiştir. Bu ph değerinde 35 ma /cm akım yoğunluğunda 9 dk. lık reaksiyon süresi sonunda % 98,9 oranında KOİ giderimi gerçekleşmiştir.çıkış suyu gayet temiz ve çıkış standartlarını sağlayan özelliktedir. Öztürk ve ark. (25 ), sızıntı suyunun Al ve Fe eletrodlar kullanılarak arıtılabilirliğini araştırmışlardır. 5 ml lik numunelerle yapılan çalışmalarda Fe elektrod kullanılması sonucu % 75 KOİ, % 65 TOK, % 95 renk ve % 98 krom giderimi gerçekleşmiştir.al elektrod kullanımı sonucu ise % 8 KOİ, % 7 TOK, % 97 renk, % 9 krom giderimi gerçekleşmiştir.bu çalışmalar sızıntı suyu arıtımında elektrokoagülasyonun uygulanabildiğini, Al elektrodun daha iyi sonuçlar verdiğini göstermiştir. 5

22 18 Elektrooksidasyon ve elektrokoagülasyon prosesleri birlikte kullanılarak tekstil atıksuyunun arıtılabilirliği Raju ve ark. (28), tarafından araştırılmıştır. Al elektrodun kullanıldığı EK prosesinde % 99 AKM, % 62,5 KOİ giderimi görülmüştür.elektrokoagülasyonun ardından uygulanan elektrooksidasyon prosesinde 2 türde malzemeyle çalışılmıştır. Bunlar grafit ve RuO / IrO / TaO kaplı titanyum anotlarıdır. RuO / IrO 2 / TaO kaplı titanyum elektrod varlığında KOİ de 8 mg/l lik bir düşüş zorla görülmüştür. Diğer elektrodların varlığında ise 38 mg/l nin de üzerinde bir düşüş gözlenmiştir. Organiklerin anodik insinerasyonunda RuO / IrO / TaO kaplı titanyuma göre garfit daha etkili olduğundan tercih edilmştir. Cl iyonunun elektrooksidasyon sırasında düşüşü KOİ gideriminin artışına neden olmuştur. Grafit elektrodun kullanımı sayesinde ani akım verimi ( ICE ) % 45 e ulaşırken, bu değer RuO / IrO / TaO kaplı titanyum için % 1 kadardı.akım yoğunluğunun 4,53 den,91 ma /cm 2 2 ye düşürülmesi ICE nin yükselmesini sağlamıştır.akım yoğunluğunda yapılan bu değişim sayesinde enerji sarfiyatı,7 kwh/g dan,2 kwh/g a düşürülmüştür. Elektrokoagülasyon çalışmalarında sadece arıtılabilirlik çalışmaları yapılamamıştır. Uygulanan EK prosesinin ekonomik analizinin yapıldığı çalışmalar da bulunmaktadır m / gün debiye sahip tesisin m ü başına arıtma maliyeti hesaplanmıştır. Bu amaçla en önemli işletme parametreleri olan harcanan elektrik ve elektrod, iş gücü, çamur işleme, bakım, aşınma payının doğrudan ve dolaylı etkileri göz önüne alınmıştır.yapılan çalışmalarda en uygun maliyetin mono- polar - paralel metoda ait olduğu belirlenmiştir. Kullanılan paralel ve seri bağlı Al ve Fe elektrodların her ikisi de KOİ ve bulanıklık giderimde benzer sonuçlar göstermiştir.ancak Fe elektrod maliyeti açısından Al elektroda 2 göre daha uygun bulunmuştur.fe için ph 7, Al elektrod için ph 5, 3 A / m lik akım yoğunluğunda, minimum 15 dk işlem uygulanması istenilen verimi sağlamıştır. Kimyasal koagülasyona göre elektrokoagülasyonun daha ekonomik, daha az madde sarfeden, daha kararlı ph ya sahip, giderim verimi daha yüksek, daha az çamur oluşturan bir proses olduğu belirlenmiştir. Ayrıca EK prosesinin KK prosesine göre 3,2 kat daha ucuz olduğu belirlenmiştir ( Bayramoğlu vd., 23 ). 2 2

23 19 5. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Bu proje çalışmasının temel amacı, sızıntı suyu ve evsel atıksularının belirlenen oranlarda karışımlarının elektrokoagülasyon işlemi ile arıtılabilirliğinin araştırılmasıdır. Bu amaçla; /1 1/99 2/98 5/95 1/9 1/ oranlarında SS/EAS karışımlarının elektrokoagülasyon ile arıtılabilirliği araştırılmıştır. Deneysel çalışmalarda İ.S.K.İ. Gn.Md. ne ait Paşaköy Arıtma Tesisi nden alınan evsel atıksu numunesi ile Odayeri Katı Atık Depo Sahası na ait sızıntı suyu numunesi ile çalışılmıştır. Alınan numunelere YTÜ Çevre laboratuarına getirilmiş ve zaman kaybetmeden çalışmalara başlanmıştır. 5.1 SS / EAS üzerinde Elektrokoagülasyon Çalışmaları Materyal ve Deneysel Yöntem Çalışmalarda Paşaköy İleri Biyolojik Atıksu Arıtma Tesisi giriş suyu ile Odayeri Katı Atık Düzenli Depo Sahasından alınan sızıntı suyu kullanılmıştır. Elektrokimyasal uygulamalarda 6*6*15 cm boyutlu elektroliz hücresi,6*15*1 cm boyutlu Al plakalar anot ve katot elektrotlar olarak,elektriksel güç kaynağı olarak,gw INSTEK,GPS 33 DD marka ve modelli 3 V gerilim ve 3 A akım kapasiteli güç kaynağı cihazı kullanılmıştır.elektroliz sonrası çöktürme amacıyla 25 ml lik mezürler kullanılmıştır. Elektroliz ortamından alınan numunelerde KOİ, BOİ, AKM, Renk, Bulanıklık gibi kirlilik parametrelerinin koagülasyon mekanizması ile giderim hızları, ph, elektriksel güç (watt), iletkenlik, akım yoğunluğu, zaman değişkenleri açısından incelenmiştir. Her bir set 25 ml numune ile çalışılmış ve bütün numunelerde sabit akım değeri (,31 A) dikkate alınmıştır. Elektroliz süreleri ise,., 5., 1., 15. ve 3. dakikalar olarak belirlenmiş. Tüm çalışmaların sonunda 3 dakikalık çöktürme ile berrak fazdan numuneler alınarak analizlemeler yapılmış ve arıtma performansları tesbit edilmiştir.

24 2 Şekil 5.1 Elektrokoagülasyon düzeneği (1-Numune Tankı, 2-Peristaltik Pompa, 3-Elektroliz hücresi, 4-Güç Kaynağı, 5-Çöktürme Tankı, 6- Arıtılmış atıksu) EAS numunesi üzerinde EK Çalışmaları Paşaköy İleri Biyolojik Atıksu Arıtma Tesisinden alınan evsel atıksu numunesi karakterizasyonu aşağıda Çizelge 5.1 ile verilmiştir. Çizelge 5.1. Paşaköy EAS Karakteristikleri Parametre Analiz sonucu ph 7,75 KOİ (mg/l) 245 BOİ (mg/l) 5 15 AKM (mg/l) 95 İletkenlik (ms) 1,75 EAS örneği üzerinde gerçekleştirilen elektrokoagülasyon işlemine ait süre(dakika) - akım

25 21 şiddeti (amper) / voltaj değerleri Çizelge 5.2 de görülmektedir. Çizelge 5.2. Zamana bağlı Amper ve Volt değişimi A V,31 2, 5,28 2, 1,24 2, 15,21 2, 3,18 2, Cihaz çalıştırılarak 5, 1, 15 ve 3 dakika süreyle EK işlemi uygulanmıştır.reaksiyonun sonunda hücreden alınan su numunesine flokülasyona yardımcı olması amacıyla,5 ml anyonik polielektrolit ilavesi yapılmıştır. polielektrolit ilavesinin ardından numunelere çökelmeleri amacıyla 25 ml lik mezürlere alınmıştır. 3 dakikalık çökelme işleminin ardından duru fazdan alınan numunelere gerekli analizler yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar çizelge 4.3, şekil 6.1., şekil 6.2, şekil 6.3, şekil 6.4 ve şekil 6.5. te gösterilmiştir. Çizelge 5.3. EAS Çalışma Sonuçları ph 7,75 8,17 8,33 8,53 8,6 KOİ (mg/l) BOİ (mg/l) AKM(mg/l) İletkenlik(mS) 1,75 1,66 1,62 1,58 1,54

26 22 ph 8,7 8,6 8,5 8,4 8,3 8,2 8,1 8 7,9 7,8 7, Seri 1 Şekil 5.2. EAS için zaman ph değişimi Çizelge ve şekillerden de görüleceği üzere EK prosesinde zaman geçtikçe ph değerinde artış gözlenmektedir. Bunun nedeni şudur; elektroliz esnasında anot reaksiyonları metal çözünmesi şeklinde gerçekleşirken, katot reaksiyonlarında eğilim suyun H 2 gazı ve OH - iyonları oluşturması şeklindedir. Zamanla ortamda artan OH - konsantrasyonu ph nın artmasına neden olmaktadır. ph değerlerindeki bu artış ortamdaki Al 3+ ve OH - iyon konsantrasyonlarının çarpımının Al(OH) 3 çözünürlük çarpımı olan Kç:1-33 değerine ulaşmasıyla durur. 3 1 KOİ (mg/l) Giderim verimi (%) Şekil 5.2. EAS için KOİ giderim performansları Şekle bakıldığında EK prosesinin EAS da etkili şekilde KOİ giderimi sağladığı görülmektedir. 5. dakikadan itibaren gözlenen sonuçlar deşarj standartlarını sağlamaktadır.

27 23 BOI (mg/l) Giderim verimi (%) Şekil 5.3. EAS için BOİ giderim performansları AKM (mg/l) Giderim verimi (%) Şekil 5.4. EAS için AKM giderim performansları

28 24 İletkenlik (ms) 1,76 1,74 1,72 1,7 1,68 1,66 1,64 1,62 1,6 1,58 1, Şekil 5.5. EAS için zaman iletkenlik değişimi Zamanla iletkenlik değerindeki azalmanın nedeni, iletkenliği oluşturan iyonların EK prosesi ile indirgenerek katot yüzeyinde depolanmaları ve elektroliz sürecinde artan hidroksil iyonlarına bağlı olarak çöktürülmeleridir. Aynı şekilde atıksu içerisindeki kolloidal ve askıda maddeler reaksiyon süresinin artışıyla azalma göstermiştir %1 luk SS Çalışmaları Toplam numune hacminde %1 oranında SS olacak şekilde hazırlanmıştır. Hazırlanan karışıma EAS için uygulanan işlemlerin aynısı uygulanmış, duru fazdan alınan numunelere aynı analizler yapılmıştır.yapılan çalışmalarda sabit akım değeri (,31 A- 4mA/cm 2 ) ile çalışılmıştır. % 1 luk çalışmaya ait analiz sonuçları aşağıda verilmiştir. Çizelge 5.4. % 1 luk çalışma sonuçları ph 7,7 7,82 8,17 8,18 8,2 KOİ (mg/l) BOİ 5 (mg/l) AKM (mg/l) İletkenlik(mS) 4,98 4,9 4,72 4,57 4,4 Bulanıklık(NTU) Renk (Hazen)

29 25 8,3 8,2 8,1 ph 8 7,9 7,8 7,7 7, Şekil 5.6. % 1 luk çalışma için ph - zaman değişimi KOİ (mg/l) Giderim verimi (%) Şekil 5.7. % 1 luk çalışma için KOİ giderim performansları Evsel atıksuya kirletici parametreleri daha yüksek ve kompleks olan sızıntı suyunun karışması sonucu oluşan atıksu numunesi sızıntı suyunun yüksek kirletici özelliğini ortaya çıkarmıştır. Bu nedenle KOİ giderimi ancak % 23 gibi bir değerde kalmıştır.

30 26 BOI (mg/l) Giderim verimi (%) Şekil 5.8. %1 luk çalışma için BOİ giderim performansları 5 Sızıntı suyu içerisindeki kompleks bileşiklerin biyolojik olarak parçalanabilirlikleri zaman zaman düşük özellikte olabilmektedir. Yine sızıntı suyunun baskın etkisi dolayısıyla bu atıksu numunesinde giderim verimi ancak % 19 gibi bir değere ulaşmıştır. AKM ( mg/l) Giderim verimi (%) Şekil 5.9. %1 luk çalışma için AKM giderim performansı

31 27 5,1 5 İletkenlik (ms) 4,9 4,8 4,7 4,6 4,5 4,4 4, Şekil 5.1. % 1 luk çalışmada iletkenlik zaman ilişkisi Organik kirlilikte istenen verimin yakalanamamasına rağmen EK yöntemiyle bu atıksudan AKM giderimi % 8 gibi bir değere ulaşmıştır. Bu çalışmayla beraber alınan numunelerde renk ve bulanıklık analizleri de yapılmıştır. Analizlerin sonuçları şekil 5.11 ve şekil 5.12 de verilmiştir Bulanıklık(NTU) Giderim verimi (%) Şekil % 1 luk çalışmada bulanıklık giderim performansı

32 28 Renk ( Hazen ) Zaman(dk) Giderim verimi (%) Şekil %1 luk çalışmada renk giderim performansı % 5 lik SS Çalışmaları Diğer çalışmalarda olduğu gibi bu çalışmada da sabit akımda (,31 A) çalışılmıştır.diğer numunelere uygulana işlemlerin aynısı bu çalışmada da yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar aşağıdaki gibidir. Çizelge 5.5. % 5 lik çalışma sonuçları ph 7,64 7,85 8,1 8,6 8,33 BOİ (mg/l) KOİ (mg/l) İletkenlik(mS) 3,14 3,1 2,97 2,85 2,65 Renk (Hazen) Bulanıklık(NTU)

33 29 ph 8,4 8,3 8,2 8,1 8 7,9 7,8 7,7 7, Şekil 5.13 % 5 lik çalışmada ph zaman değişimi KOİ (mg/l) Giderim verimi (%) Şekil % 5 lik çalışmada KOİ giderim performansı Görüldüğü üzere hazırlanan karışım içerisindeki SS oranı azaldıkça numune içerisindeki kirletici parametrelerde azalma görülmüştür.bu azalma EK prosesinin performansının artışına da yardımcı olmaktadır.% 1 dan % 5 e düşüşle orantılı olarak KOİ ve BOİ değerleri de nerdeyse yarı yarıya düşüş göstermiştir. Elektrokoagülasyon performansı da belirgin olarak 3 katına kadar artmıştır.

34 3 BOİ (mg/l) Giderim verimi (%) Şekil % 5 lik çalışmada BOİ 5 giderim performansı 3,2 3,1 İletkenlik (ms) 3 2,9 2,8 2,7 2, Şekil 5.16 % 5 lik çalışmada iletkenlik zaman değişimi

35 Bulanıklık (NTU) Giderim verimi (%) Şekil % 5 lik çalışmada bulanıklık giderim performansı 3 9 Renk (Hazen) Giderim verimi (%) Şekil 5.18.% 5 lik çalışmada renk giderim performansı % 2 lik SS çalışmaları % 2 lik SS çalışmaları da diğer çalışmalarda olduğu gibi sabit akımla gerçekleştirilmiştir. Bu karışım oranı ile yapılan çalışmada istenilen deşarj standartlarına daha da yaklaşıldığı görülmüştür.karışım içerisindeki SS oranının azalmasına bağlı olarak çıkış değerlerinde iyileşmeler gözlemlenmiştir. % 2 lik çalışmaya ait analiz sonuçları aşağıda verilmiştir.

36 32 Çizelge 5.6. % 2 lik çalışma sonuçları Zaman KOİ (mg/l) BOİ (mg/l) ph 7,3 7,87 7,9 8,41 8,57 İletkenlik (ms) Renk (Hazen) Bulanıklık (NTU) 2,2 2,16 2,6 1,98 1, AKM (mg/l) ,8 8,6 8,4 8,2 ph 8 7,8 7,6 7,4 7, Şekil % 2 lik çalışmada ph zaman ilişkisi

37 33 KOİ (mg/l) Giderim verimi (%) Şekil 5.2. % 2 lik çalışmada KOİ giderim performansı %2 lik çalışmayla beraber KOİ giderim oranında da artış gözlenmeye başlamıştır. % 1 lık çalışmada 46 civarında olan KOİ değeri % 2 lik çalışmada 123 lara kadar düşmüştür. Bu da EK prosesinde daha iyi sonuçların elde edilmesine yardımcı olmuştur. BOİ Giderim verimi (%) Şekil % 2 lik çalışmada BOI giderim performansı

38 AKM (mg/l) Giderim verimi (%) Şekil % 2 lik çalışmada AKM giderim performansı Sonuçtan da anlaşılacağı üzere atıksu numunesi içerisindeki sızıntı suyu miktarı azaldıkça giderim performansları da artış göstermektedir. % 2 lik çalışmada AKM giderim verimi % 9 gibi bir değeri görmüştür aynı şekilde renk ve bulanıklık gideriminde de yüksek verimde sonuçlar elde edilmiştir. 2,5 2 İletkenlik (ms) 1,5 1, Şekil % 2 lik çalışmada iletkenlik zaman ilişkisi

39 Bulanıklık (NTU) Giderim verimi (%) Şekil % 2 lik çalışmada bulanıklık giderim performansı Renk ( Hazen ) Giderim verimi (%) Şekil % 2 lik çalışmada renk giderim performansı % 1 lik SS Çalışmaları % 1 lik karışımla elde edilen 52 mg KOİ/L lik numunede istenilen deniz deşarj limitlerinin altına inilmiştir. Hem KOİ hem BOİ hem de diğer parametreler açısından istenilen değerlere ulaşım sağlanmıştır. Elde edilen sonuçlar aşağıda verilmiştir.

40 36 Çizelge 5.7 % 1 lik çalışma sonuçları KOİ (mg/l) BOİ 5 (mg/l) AKM (mg/l) ph 7,68 7,7 7,8 7,88 8,7 İletkenlik(mS) 1,82 1,76 1,69 1,64 1,43 Renk (Hazen) Bulanıklık(NTU) ,8 8,6 8,4 ph 8,2 8 7,8 7, Şekil % 1 lik çalışmada ph zaman ilişkisi

41 37 KOİ (mg/l) Giderim verimi (%) Şekil % 1 lik çalışmada KOİ giderim performansı %1 lik çalışma sonucu 52 mg/l KOİ ye sahip karışımın 3 dakikalık reaksiyon süresi sonunda 23 mg/ l ye düşmesi istenen deşarj standartlarını sağlamıştır. Giderim verimi açısından diğer oranlara göre düşük olmasına rağmen çıkış değeri açısından beklentileri karşılamıştır. BOİ (mg/l) Giderim verimi (%) Şekil % 1 lik çalışmada BOI giderim performansı

42 38 AKM (mg/l) Giderim verimi (%) Şekil 5.3. % 1 lik çalışmada AKM giderim performansı İletkenlik (ms) 2 1,8 1,6 1,4 1,2 1,8,6,4, Şekil % 1 lik çalışmada iletkenlik zaman ilişkisi