DEMİR ELEKTROTLU REAKTÖRDE KOİ, FOSFAT, RENK VE BULANIKLIK GİDERİMİ Tuba ÖZTÜRK a, Sevil VELİ b, Anatoli DİMOĞLO c, M. Adalet YILDIZ d,* a Namık Kemal Üniversitesi, Çevre Mühendisliği Bölümü, Çorlu/Tekirdağ, e-posta: tubaozturk@nku.edu.tr b Kocaeli Üniversitesi Müh. Fak. Çevre Mühendisliği Bölümü, Kocaeli, e-posta: sevilv@kocaeli.edu.tr c Gebze Yük.Teknoloji Enstitüsü, Çevre Mühendisliği Bölümü, Kocaeli, e-posta: dimoglo@gyte.edu.tr d,* Kocaeli Üniversitesi Müh. Fak. Çevre Mühendisliği Bölümü, Kocaeli, e-posta: ayildiz@targim.com.tr ÖZET- Bu çalışmada tehlikeli katı atık depo sahasından alınan sızıntı sularının elektrokoagülasyon yöntemi ile arıtılabilirliği incelenmiştir. Prosesde çözünen elektrot olarak demir plakalar kullanılmış olup, seçilen elektrot malzemesine bağlı olarak sızıntı suyuna karışan Fe +2 iyonları, elektrokoagülasyon prosesinin gerçekleşmesini sağlamıştır. Demir anotların kullanıldığı elektrokoagülasyon prosesinde KOİ, fosfat, renk ve bulanıklık parametrelerinin giderim verimlerinin belirlenmesi esas alınmıştır. Çalışma sonucunda KOİ gideriminin %65, fosfat gideriminin %, renk gideriminin %88 ve bulanıklık gideriminin %91 olduğu görülmüştür. Su ve atıksu uygulamalarının yanısıra sızıntı suyu gibi genel olarak daha karmaşık kirleticileri içeren suların arıtımında da prosesden yüksek verim alınması elektrokoagülasyonun yaygınlaşması açısından oldukça önemlidir. Anahtar Kelimeler: Elektrokoagülasyon, KOİ, fosfat, renk, bulanıklık. Giriş Endüstrileşmeye bağlı olarak üretim miktarının artması ve çeşitlenmesi beraberinde, üretim işleminden kaynaklanan ve birbirinden farklı özellikler taşıyan, çeşitli endüstriyel katı atıkların ortaya çıkmasına neden olmaktadır. Bu endüstriyel atıkların büyük bir bölümü, çevre ve halk sağlığı açısından tehlikeli niteliği taşıyan atıklardır. Tehlikeli olarak isimlendirilen bu grup atıklar, sadece üretim dolayısıyla fabrika kaynaklı olarak değil, aynı zamanda büyük miktarlarda hastanelerden de açığa çıkmaktadır [1,2]. Bu atıkların depolama yöntemi ile bertarafları durumunda ise depolandıkları sahalarda, atıkların özelliklerini taşıyan sızıntı suları oluşmaktadır. Sızıntı suları hem toprak kirliliğine sebep olmaları hem de yeraltı ve yüzey sularına ulaşmaları halinde meydana getirecekleri potansiyel kirlilik tehlikesi nedeniyle çevre sağlığı açısından önemli sulardır [3,4,5]. Katı atık depo sahalarının yönetiminde sızıntı sularının kontrolü öncelikle çözülmesi gereken konulardan biridir. Su ve atıksu arıtımında olduğu gibi sızıntı suyu arıtımında da uzun yıllardır pek çok yöntem kullanılmaktadır. Elektrokimyasal yöntemlerden arıtım amaçlı yararlanılması eskiye dayanmasına rağmen, proses tam olarak yaygınlaşamamıştır [6,7,8]. Son dönemlerde farklı nitelikteki sular üzerinde yapılan uygulamalarda prosesden verim alınması, yöntemin tüm dünyada daha geniş kullanım alanı bulacağını göstermektedir [9,]. Özellikle klasik arıtım basamakları ile istenilen verimde giderilemeyen kirleticilerin kontrolünde bu yöntemlerin uygulama alanı bulması önem taşımaktadır [6]. Elektrokimyasal arıtım teknolojileri içerisinde en çok tercih edilen yöntem elektrokoagülasyondur [11]. Bu çalışmada da tehlikeli atık sahasından alınan sızıntı suyu numunelerinin demir elektrotlu elektrokoagülasyon reaktöründe arıtılabilirliği incelenmiştir. Sözkonusu arıtılabilirlik çalışması KOİ, fosfat, renk ve bulanıklık parametrelerinin izlenmesiyle gerçekleştirilmiştir. Deneysel Çalışmalar Deneylerde kullanılan sızıntı suları İzmit Evsel ve Tehlikeli Katı Atık Düzenli Depolama Tesisi nden sağlanmış olup, bu tesisde bir bölüm tehlikeli katı atıkların depolanması için ayrılmıştır. Çalışmada bu bölümden alınan sızıntı suyunun elektrokoagülasyon yöntemi ile
arıtılabilirliği incelenmiştir. Tablo 1 de çalışılan sızıntı suyuna ait reaktöre giriş değerleri verilmektedir. Tablo 1. Tehlikeli katı atık sızıntı suyunun karakterizasyonu Parametreler KOI (mg/l) 1247 Fosfat (mg/l) 6 Renk (HZ) 59 Bulanıklık (NTU) Konsantrasyonlar Bu parametrelerin analizleri Standart Metotlara uygun olarak yapılmıştır [12]. Deneylerde Velp-Eco16 marka/model termoreaktör ve Merc-SQ118 marka/model fotometre kullanılmıştır. ph ayarları için,1 N H 2 SO 4 ve,1 N NaOH hazırlanmıştır. Arıtım işlemi için kullanılan elektrokoagülasyon reaktörü 2 mm kalınlığında paslanmaz çelikten yapılmıştır. 2 L hacmindeki reaktörde karşılıklı 7 adet Fe elektrot bulunmaktadır. Şekil 1 de reaktör şematik olarak verilmektedir. + Güç Kaynağı Fe Anot Sızıntı suyu girişi Arıtılmış su çıkışı Şekil 1. Fe elektrotlu elektrokoagülasyon reaktörü Sonuçlar ve Tartışma Çamur Çıkışı Yağışlı havalarda sızıntı suyunda meydana gelebilecek seyrelmeler gözönünde bulundurularak arıtılabilirlik çalışmalarında, farklı seyrelme oranları kullanılmıştır. Bu nedenle reaktöre, seyreltilmemiş, % ve olmak üzere üç farklı şekilde sızıntı suyu girişi yapılmıştır.
Tehlikeli katı atık sızıntı sularına prosesde pıhtılaşmayı sağlayacak Fe +2 iyonları,5-1,39 g/l aralığında değişen konsantrasyonlarda uygulanmıştır. Sular oluşan yumakların ayrılması için dakika çöktürülmüştür. Deneyler ph 8,5-9 aralığında gerçekleştirilmiştir. Sistemde uygulanan Fe +2 konsantrasyonuna karşı KOİ (Şekil 2), fosfat (Şekil 3), renk (Şekil 4) ve bulanıklık (Şekil 5) giderimini gösteren grafikler aşağıda verilmektedir. 8 % seyreltilmiş Şekil 2. Elektrokoagülasyon yöntemi ile KOİ giderimi. Şekil 2 de %25 ve % seyreltilmiş sızıntı suları ile seyreltilmemiş sızıntı sularının arıtımında KOİ giderim verimlerinin uygulanan Fe +2 miktarına bağlı olarak sırasıyla %27-, %28-62, %-65 arasında değiştiği görülmektedir. Bu parametre için en yüksek giderim verimi seyreltilmemiş sızıntı suyunun arıtımında sağlanmıştır. 8 % seyreltilmiş Şekil 3. Elektrokoagülasyon yöntemi ile fosfat giderimi.
Şekil 3 de de görüldüğü gibi fosfat giderim verimi yine %25, % seyreltilmiş ve seyreltilmemiş sızıntı suları için sırasıyla %45-8, %53-84, %22- aralığında olmuştur. Fosfat gideriminde en yüksek verim % seyreltilmiş sızıntı suyunun arıtımında elde edilmiştir. 8 % seyreltilmiş Şekil 4. Elektrokoagülasyon yöntemi ile renk giderimi. %25 ve % seyreltilmiş sızıntı suları ile seyreltilmemiş sızıntı sularının arıtımında renk giderim verimleri sırasıyla %53-91, %65-, %56-88 arasında değişmiş olup, en yüksek verim sızıntı suyu artımında alınmıştır (Şekil 4). 8 % seyreltilmiş Şekil 5. Elektrokoagülasyon yöntemi ile bulanıklık giderimi. Bulanıklık giderim aralığı %25, % seyreltilmiş ve seyreltilmemiş sızıntı suları için sırasıyla %85-98, %74-, %-91 arasında değişmektedir. Bu parametre için yine en yüksek verim %25 seyreltilmiş numunelerde görülmektedir (Şekil 5).
Deneyler sonucunda elde edilen veriler incelendiğinde seyreltilmemiş sızıntı suları için KOİ gideriminin uygulanan Fe +2 konsantrasyonuna bağlı olarak %-65 arasında değiştiği, fosfat, renk ve bulanıklık gibi izlenen diğer parametrelerinde giderim verimlerinin sırasıyla %22-, %56-88, %-91 olduğu belirlenmiştir. Çalışmada farklı seyrelme oranları kullanılmış, buna bağlı olarak da bu tip proseslerin sahada kullanılmaları durumunda iklim özelliklerinin proses verimi üzerindeki olumsuz etkileri belirlenmeye çalışılmıştır. Bu amaçla çalışmanın tümü dikkate alınarak deney sonuçları değerlendirildiğinde seyrelme miktarı ve giderim verimi arasında net bir ilişki kurulamamıştır. Öneriler Elektrokoagülasyon yöntemi çevre mühendisliğinde kullanım alanı bulan önemli bir elektrokimyasal prosesdir. Bu yöntemden su ve atıksu uygulamalarında başarı elde edilmesi, son dönemlerde yapılan çalışmaların farklı özellikteki sular üzerinde yoğunlaşmasına neden olmaktadır. Elektrokoagülasyon yöntemi ile belirtilen parametrelerin giderim verimlerinin incelendiği bu çalışmada da prosesden verim alındığı görülmektedir. Sonuçlar değerlendirildiğinde KOİ ve fosfat gideriminin %65 ve %, renk ve bulanıklık gideriminin de % seviyesinde olması yöntemin başarılı bir arıtım basamağı olduğunu göstermektedir. Bu konu ile ilgili olarak yapılan tüm çalışmalar, prosesin etkin bir arıtım yöntemi olduğunu göstermesi açısından önemli olduğu kadar, geliştirilmesini ve uygulanabilirliğinin daha da kolaylaştırılmasını sağlayacak yeni çalışmaları teşvik etmesi açısından da önemlidir. Teşekkür Bu çalışma TÜBİTAK Projesi (Proje No: 6Y151) tarafından desteklenmiştir. Kaynaklar 1. Duan, H., Huang, Q., Wang, Q., Zhou, B., Li, J., Hazardous Waste Generation and Management in China.A review., Journal of Hazardous Materials, 158, 221-227, 8. 2. LaGrega, M.D., Buckingham, P.L. ve Evans, J.C., Hazardous Waste Management, McGraw- Hill International Editions, Civil Engineering Series, ISBN:-7-19552-8, 22-23, 1994. 3. Ding, A., Zhang, Z., Fu, Jiamo, Cheng, L., Biological Control of Leachate from Municipal Landfills, Chemosphere, Cilt 44, 1-8, 1. 4. Sang, N., Li, G., Xin, X., Municipal Landfill Leachate Induces Cytogenetic Damage in Root Tips of Hordeum Vulgare, Ecotoxicology and Environmental Safety, Cilt 63, 469-473, 6. 5. Tauchert, E., Schneider, S., Lopes de Morais, J., Peralta-Zamora, P., Photochemically Assisted Electrochemical Degredation of Landfill Leachate, Chemosphere, Cilt 64, 1453-1463, 6. 6. Chen, G., Electrochemical Technologies in Wastewater Treatment Separation and Purification Technology, Cilt 38, No 1, 11-41, 4.
7. Moreno-Casillas, H.A., Cocke, D.L., Gomes, J.A.G., Morkovsky, P., Parga, J.R., Peterson, E., Electrocoagulation Mechanism for COD Removal, Separation and Purification Technology, Cilt 56, 4-211, 7. 8. Veli, S., Öztürk, T., Dimoglo, A., 8, Treatment of Municipal Solid Wastes Leachate by Means of Chemical-and Electro-coagulation, Separation and Purification Technology, 61, 82-88. 9. İlhan, F., Kurt, U., Apaydın, Ö., Gönüllü, T.M., Treatment of Leachate by Electrocoagulation using Aluminum and Iron Electrodes, Journal of Hazardous Materials, Cilt 154, 381-389, 8.. Drouiche, N., Ghaffour N., Lounici, H., Mameri, M., Electrocoagulation of Chemical Mechanical Polishing Wastewater, Desalination, Cilt 214, 31-37, 7. 11. Chen, X., Chen, G., Yue, P.L., Investigation on the Electrolysis Voltage of Electrocoagulation, Chemical Engineering Science, Cilt 57, 2449-2455, 2. 12. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 19 th ed., APHA, AWWA, WPCF, Washington, DC., 1995.