BULANIKLIK VE RENK TAYİNİ Diğer su kalite parametrelerinde olduğu gibi renk parametresinin de içme ve kullanma sularında belli standart değerlerde olması gerekmektedir. Bataklık ve orman alanlarından kaynaklanan doğal maddeleri içeren sular suya kahverengi-sarı bir renk verirler. Bu tür suların hem estetik hem de psikolojik nedenlerden ötürü içme suyu olarak kullanılması istenmez. Halk sağlığı ile ilgili kuruluşlar, kullanma suyu temin edilecek kaynaklara estetik nedenlerden dolayı, renk parametresine 15 birim (Hazen Metodu) sınır değerini getirmişlerdir. Suyun rengi, doğal metal iyonları (demir ve manganez gibi), humus ve turba maddeleri, plankton, bitkiler ve endüstriyel atıklardan dolayı oluşabilmektedir. Herhangi bir kaynaktan temin edilecek suyun, kullanım amacına bağlı olarak (içme suyu olarak, sanayi proseslerinde kullanım vb.) renk giderimi (arıtımı) işlemi gerekebilmektedir. İki tür renk kavramı vardır: Gerçek renk: Atıksu numunesi içindeki bulanıklık oluşturucu partiküllerin doğurduğu rengin önüne geçilmesi için santrifüj ve filtrasyon tatbik edilmiş numunedeki renktir. Zahiri renk: Santrifüj veya filtrasyon yapılmaksızın doğrudan ölçülen renktir. Bazı sanayi atıklarında bulunan koloidal ve askıda maddeler o atıksuyun rengine önemli derecede katkıda bulunurlar, bu durumdaki atıksu numunelerinde her iki renk türü ölçülebilmektedir. Atıksularda renk oluşumunun kaynağı olan en önemli sanayi kollarından birisi tekstil endüstrisidir. Tekstil endüstrisi atıksuları, üretim birimlerinde kullanılan değişik özellikte boyalar, yüzey aktif maddeler ve tekstil yardımcı maddelerden kaynaklanan yüksek organik madde içerikleri nedeniyle kimyasal oksijen ihtiyacı (KOI) ve renk olmak üzere değişken kirlilik parametrelerini içermektedir. Renk, atıksu deşarjında mevcut standartlara göre sınırlayıcı bir parametre olmamakla birlikte estetik açıdan bir problem yarattığı gibi suyun yeniden kullanım imkânını da kısıtlamaktadır. Oluşan atıksu miktarı ve kirlilik parametreleri dikkate alındığında tekstil endüstrisi atıksuları diğer endüstrilerden kaynaklanan atıksulara nazaran daha fazla kirletici özellik taşımaktadırlar. Aynı zamanda kullanılan hammaddeler, işletmenin üretim tipi, üretimde kullanılan teknoloji ve kullanılan kimyasal madde farklılıkları da kirleticilerin tür ve konsantrasyonlarında çeşitli değişikliklere neden olabilmektedir. Proses suyu kullanımı amaçlı geri dönüşüm veya boya içeren atıksuların kontrolü konusunda giderek artan düzenlemeler nedeniyle ayırma ve ayrı arıtım şemaları konularında artan ilgi, yüksek boya içerikli atıksuların arıtımını daha da önemli hale getirmektedir. Boyalı atıksular çok düşük konsantrasyonlarda bile alıcı ortamlarda ciddi estetik ve ekolojik problemlere yol açmaktadırlar. Boyalar yalnızca estetik problemlere değil, aynı zamanda biyolojik girişimlere, ışığa, sıcaklığa ve oksidasyona da direnç gösterirler. Renkleri, biyolojik olarak parçalanmamaları ve canlılar üzerinde potansiyel toksisite oluşturmaları nedeni ile atıksu arıtımında problemler yaratmaktadırlar.
Renk hariç tüm kirleticiler genel olarak fiziksel ve kimyasal metotlarla azaltılabilir. Atıksuyun rengi tek bir yöntemle etkili olarak kontrol edilememektedir. Bu nedenle boyalı atıksuların temel problemi boyama prosesleri esnasında oluşan renktir. Boyama ve tekstil proseslerinden kaynaklanan atıksuyun kompozisyonu, boyar maddenin özelliğine, tipine ve ilave edilen bileşenlerin konsantrasyonuna bağlı olarak günden güne ve her saat önemli ölçüde değişmektedir. Boyarmadde içeren atıksuların konvansiyonel arıtımı; biyolojik arıtma, kimyasal koagülasyon ve adsorbsiyon sistemlerini içerir. Ancak boyalı atıksular aktif çamur prosesi gibi konvansiyonel biyolojik proseslerle kolayca ayrıştırılamamaktadır. Atıksularda boyar madde ve renk; yaş oksidasyon, H 2 O 2 /UV, O 3 gibi ileri oksidasyon teknikleri, aktif karbon adsorbsiyonu ve Al veya Fe çözünmüş elektrotları kullanılarak yapılan elektrokoagülasyon yöntemleri ile etkili bir şekilde yok edilebilmektedir; ancak bu yöntemlerin maliyetleri diğerlerine kıyasla daha yüksektir. Renk Ölçüm Metotları Spektrofotometrik Metot Spektrofotometre yardımıyla renk ölçümü, absorbans ya da tutulan ışığın fiziksel rengi demektir. Spektrofotometre yardımıyla absorplama miktarı tespit edilir ve renklilik miktarı hassas bir şekilde belirlenir. Tristumulus Filtre Metodu Filtre Fotometrisi içindeki fotoelektrik pil ve özel ışık kaynağı ile donatılmış 3 adet tristumulus filtresi, genel kontrol amaçlarına uygun renk verileri oluşturmak için kullanılır. Çözelti vasıtasıyla her üç filtre içinde tristumulus ışık iletkenliği oranı tespit edilir. İletkenlik değerleri daha sonra trikromatik sabitlere ve renk karakteristiği değerlerine dönüştürülür. Görsel Karşılaştırma Metodu Bu metoda göre renk, numunenin bilinen konsantrasyonlarındaki renk çözeltileri ile görsel olarak karşılaştırılması sonucu tespit edilir. Karşılaştırma aynı zamanda kalibre edilmiş cam disklerle de yapılabilir. Platin-kobalt metodu (Hazen metodu) standart bir metottur. 1 mg/l platin ile üretilen renk, standart birim olarak kabul edilir. Ölçümlerde 500 mg/l platin içeren K 2 PtCl 6 dan stok çözelti hazırlanır. Uygun tonu sağlamak için kobalt klorür eklenir. Stok çözeltinin rengi 500 birimdir. Çalışma standartları bu çözelti seyreltilerek hazırlanır. Standart çözeltiler, Nessler Tüpleri olarak adlandırılan camdan yapılmış renk karşılaştırma tüplerine konur. 0 dan 70 e kadar olan tonlarda çalışılır. Eğer numune 70 birimden fazla renge sahipse, ölçüm numunenin destile su ile seyreltilmesinden sonra yapılır ve sonuçlar
seyrelme göz önüne alınarak hesaplanır. Bu metot, içilebilir suların ve doğal maddelerin oluşturduğu rengi içeren sularda yapılan renk ölçümlerinde kullanılır. Aşırı renkli ve endüstriyel atıksular için uygun değildir. Renklilik Sayısı (RES) Hazen (Pt-Co) renk ölçüm yöntemi sadece doğal suların renk ölçümünde kullanılabilmektedir. Hekzakloroplatinat standart çözeltisi numunenin gözle karşılaştırılmasıyla rengin mg/l Pt-birimi şeklinde belirlendiği bu yöntemde çevre kirletici metaller kullanıldığı için özellikle Avrupa Birliği ülkelerinde Hazen yönteminin uygulanmasından vazgeçilmektedir. 1994 yılında yayınlanan uluslararası Avrupa Normu EN ISO 7887 ye göre doğal sular ve açık renkli endüstriyel atıksuların rengi optik bir cihaz yardımıyla ölçülmektedir. Burada söz konusu olan, numunenin 0,45 µm membran filtreden süzülmesinden sonra ölçülen gerçek renktir. Bir su numunesinin renginin şiddeti, en yüksek maksimum absorpsiyonlarının görüldüğü dalga boylarındaki ışık absorpsiyonları ile karakterize edilir. Renk gideriminin bir spektrofotometre yardımıyla ölçülmesiyle de kantitatif olarak belirlenir. Endüstriyel atıksuların rengini 1994 yılında yayınlanan uluslararası Avrupa Normu EN ISO 7887 ye göre belirleyebilmek için görünür ışık spektrumu içinde yer alan üç dalga boyu seçilmiştir. Bu dalga boyları ve getirilen sınır değerleri aşağıda verilmiştir: λ(1)=436 nm (sarı) : 7 m -1 λ(2)=525 nm (Kırmızı) : 5 m -1 λ(3)=620 nm (Mavi) : 3 m -1 λ(1)=436 nm de ölçüm zorunludur. λ(2) ve λ(3) dalga boylarında ise belirlenen değerlerde çok az sapmalar olabilir. Karakterizasyonun daha iyi olması için ekstinksiyon maksimumuna yakın değerlerde de ölçüm yapılması faydalı olur. Ölçümden önce çözünmemiş maddelerin girişimini önlemek için su numunesi filtre ya da santrifüj edilmelidir. Sudaki bulanıklık kil, silt, parçalanmış organik ve inorganik maddeler, çözünmüş renkli organik bileşikler, plankton ve mikroskobik organizmaların meydana getirdiği askıdaki katı maddelerden kaynaklanır. Bulanıklık, çözeltide ışığın saçılma ve absorbe olmasına neden olan optik bir özelliktir. Bulanık su estetik olmadığı gibi patojenik (hastalık yapıcı bakteri bulundurabilir) de olabilir. 1900 yılında bulunan Jackson kandil Türbidimetresiyle (Şekil 1) suyun bulanıklığı günümüzde de tayin edilmektedir. Bu yöntemde dibi düz bir tüple (nessler tüpü) bu tüpü alttan aydınlatan bir lambadan oluşan cihazın tüpüne azar azar standart örnek konur. Tüpün tepesinden bakılarak lambanın ışığı kaybolduğu an tespit edilir. Böylece harcanan standart çözelti hacmi bulunur. Bulanıklığı ölçülecek su örneği de ışık görülmeyinceye kadar aynı tüpe konularak gerekli suyun hacmi ölçülür. BS* VS =BX*VX eşitliğinden Bx (bulanıklığı ölçülecek örneğin birimi) hesaplanır. Eşitlikteki BS=standardın birimi olup 1 alınır.
Standart olarak lt sinde 1 mg SiO 2 içeren süspansiyon kullanılır ve bu 1 birim olarak kabul edilir. İçme suyu 5 birimi geçmemelidir. Şekil 1. Jackson Kandil Türbidimetresi Bulanıklık öncelikle estetik açıdan önemlidir. Suda bulunan askıdaki katı maddeler ve çözünmüş organik maddeler bulanıklığa neden olmaktadır. Dolayısıyla, istenmeyen maddelerin varlığına işaret etmektedir. Öte yandan, bulanıklığı yüksek olan sular klorlandığı zaman, çok daha zararlı ürünlerin ortaya çıkacağından kuşkulanılmaktadır. Bu yüzden iyi bir klorlama için bulanıklık 1 değerinden düşük olmalıdır. Bulanıklığın kaynağı, endüstriyel kirlenme, evsel kirlenme ve doğal bozunma olabilir. 1970 li
yıllarda bulanıklık ölçüm standartları güncel halini alarak Şekil 2 de görüldüğü gibi bulanıklık nefolometrik türbidimetreler veya nefolometreler yardımıyla ölçülmeye başlanmıştır. Bu tür cihazlarda bulanıklık ölçümü, gelen ışık demetinden 90 o lik açı ile yayılan ışık ile yapılmaktadır. 90 o lik bir belirleme açısı, partikül boyutundan kaynaklanan değişimlere düşük hassasiyet göstermektedir. Nefolometrik metot 40 nefolometrik birimlik (NTU) formazin polimer süspansiyonu kullanılarak kalibre edilir. Çeşitli standartlarda bulanıklık değeri şöyledir: TSE: 25 NTU (Nefolimetric turbidity unit) WHO:5 NTU EPA:5 NTU Suların bağıl bulanıklığı, bulanıklık derişimiyle doğrusal olarak değişen ve içme suyu standartlarında bulanıklık şiddeti ölçümünde kullanılan NTU birimine uygun süspansiyon meydana getirebilen standart bir maddenin değişik derişimlerdeki süspansiyonları ile numune doğrudan karşılaştırılarak veya kolorimetrik metotla tayin edilebilir. Şekil 2. Nefolometrik Türbidimetre Formazin metodunda uygun derişimlerdeki Hidrazinyum Sülfat ve Hekzametilen Tetramin çözeltilerinin karıştırılması ile meydana gelen Formazin polimeri standart bulanıklık süspansiyonu olarak kullanılır. Hazırlanması kolay olan bu polimerin ışığı dağıtma özelliği kilden ve bulanık doğal su standartlarından daha iyidir. Numunelerin Korunması Bulanıklık analizleri numunenin alındığı gün yapılmalıdır. Numuneler karanlıkta 24 saat kadar saklanabilir. Eğer daha uzun bir süre saklamak gerekiyorsa numuneye koruyucu olarak 1 g/l kadar Civa (II) klorür ilave edilir. Analizden önce bütün numuneler iyice çalkalanmalıdır. Girişimler ve Giderilmeleri Bulanıklığı tayin edilecek su numunelerinde çabuk çöken kaba ve serbest parçaların bulunması, deney esnasında okuma tüpünde hava kabarcıklarının oluşması, su yüzeyinin sarsıntı nedeniyle oynaması ve kullanılan cam kaplardaki lekeler hatalı sonuçlara neden olur.
Deneysel işlemlere dikkat edilerek hatalar minimuma indirilebilir. Numune Hazırlanması Bulanıklığı ölçülecek numune iyice çalkalanarak doğrudan ölçme yapılır. Reaktifler 1.Bulanıklığı giderilmiş su: Bir miktar saf su, gözenekleri 0.45µm veya daha küçük olan bir membran filtreden (0.2 µm ) süzülür ve ilk 200 ml lik süzüntü atılır. NOT: Laboratuvarda bu özellikte gözenekli membran filtre mevcut değil ise saf su doğrudan kullanılmalı veya mevcut en düşük gözenekli filtre kağıdından süzülmelidir. Bu durumda deney sonuçları verilirken deneyde kullanılan suya uygulanan işlemler belirtilmelidir. Standardların Hazırlanması 1. Çözelti-A :1.000g ± 0.001 Hidrazinyum sülfat [(NH 2 ) 2 H 2 SO 4 ] 100 ml lik balonda bulanıklığı giderilmiş su ile iyice çözülür ve 100 ml ye tamamlanır. 2. Çözelti-B : 10.00 g ± 0.01 Hekzametilentetramin [(CH 2 ) 6 N 4 ] 100 ml lik balonda bulanıklığı giderilmiş su ile iyice çözülür ve 100 ml ye tamamlanır. 3. Çözelti-C : 100 ml lik balona 5 ml çözelti A ve 5 ml çözelti B alınıp, iyice karıştırılarak 24 saat 25 ± 3 o C de bekletilir. Daha sonra bulanıklığı giderilmiş su ile 100 ml ye tamamlanıp iyice karıştırılır. Bu çözeltinin bulanıklık şiddeti 400 NTU dur. Bu çözeltiler aylık hazırlanır. 100 NTU Ara Standardı: 400 NTU luk çözeltiden 25 ml alınıp bulanıklığı giderilmiş su ile 100 ml ye tamamlanıp iyice karıştırılır. İşlemler 1. Deneye başlamadan önce bulanıklık cihazı açılarak 15 dk. cihazın kararlı hale gelmesi için beklenir. 2. Çalışılacak numunenin tahmin edilen bulanıklık durumuna göre cihazın 1, 10 veya 100 NTU luk standardlar ile kalibrasyonu yapılır. Kalibrasyonlarda, bulanıklığı giderilmiş su ile aletin blank ayarı yapılır. 3. Numune iyice çalkalanıp cam tüpte belirtilen çizgiye kadar doldurulur ve direkt okunan değer bulanıklık miktarını NTU cinsinden verir. 4.Numunelerin tüplere doldurulmasında ışık dağılımına etki yapan hava kabarcıklarının oluşmamasına dikkat edilmelidir. Böyle bir durumda kesin okumalar için bir müddet beklemek gerekir. NOT: Numune seyreltilmiş ise, bulunan değer seyreltme faktörü ile çarpılarak verilir. Ancak, seyreltme işlemi genellikle tavsiye edilmez Kaynaklar ASKİ Merkez Laboratuvarları - Su ve Çevre Kimyası Analizleri http://www.esli.com.tr/, Son Erişim Tarihi: 20.09.2010
Gökkuş, Ö., Boyarmadde İçeren Tekstil Atıksularında Fenton Prosesi ve Kimyasal Koagulasyon Uygulanarak Renk ve KOI Gideriminin İncelenmesi, 109 sf., Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Y. Lisans Tezi, Kayseri, 2009. Prof. Dr. Mehmet YAMAN, Su Kimyası Ders Notları, 19 sf.