ŞELATLAYICI İYON DEĞİŞTİRİCİ REÇİNE VE LİFLERİN JEOTERMAL SULARDAN BOR GİDERİM PERFORMANSLARININ KARŞILAŞTIRILMASI Ö.İPEK *, S.SARP *, İ.YILMAZ *, N.KABAY *, M.YÜKSEL * * Ege Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Kimya Mühendisliği Bölümü, İzmir ÖZET Tarımda sulama amaçlı kullanılan su içindeki maksimum bor derişimi 1 mg/l olarak belirlenmiştir. Bu değeri aşan derişimlerde, borun bazı bitkiler üzerinde zararlı etkisi olduğu tespit edilmiştir. Denizli-Kızıldere bölgesindeki, jeotermal enerji elde edilen işletmenin ürettiği atık su 2-3 mg/l seviyesinde bor içermektedir. Bu değer, sularda bor için izin verilen seviyenin üstündedir (1 mg/l). Bu çalışmada, jeotermal güç santralinin atık suyundaki aşırı miktardaki boru gidermek için N-metil glukamin tipi fonksiyonel grupları içeren şelatlayıcı reçineler ve lifler (Diaion CRB 2, Purolite S 18-II, Chelest-Fiber-GCP (631) ve Chelest- Fiber GRY (1571)) kullanılarak, bor giderimleri kesikli ve sürekli yöntemlerle incelenmiş ve bu malzemelerin bor ayırma performansları karşılaştırılmıştır. Anahtar Kelimeler: Bor; İyon Değiştirme; Jeotermal Atık Su; Şelatlayıcı Reçine; Şelatlayıcı Lif 1. GİRİŞ Bor, genellikle sönmüş veya aktif volkanlarla bağlantılı alanlarda ve sıcak su kaynaklarında bulunmaktadır. Bor içeriği yüksek olan sıcak su kaynaklarına yakın alanlarda kurulan jeotermal enerji santrallerinin atık suları hem çevre ve insan sağlığını hem de ekonomiyi olumsuz yönde etkilemektedir. Jeotermal atık suların göl, nehir, deniz gibi su kaynaklarına verilmeden önce arıtılması gerekmektedir. Borun insan vücudu tarafından günlük alımı 1 mg seviyesini geçtiğinde zehirleyici etkisi oluşmakta, günlük 1 mg seviyesinin üstünde alımlarda ise akut bor zehirlenmesi, şok ve koma şeklinde ortaya çıkmaktadır. Bitkilerde ise borun faydalı ve zehirleyici etkisi arasında çok dar bir konsantrasyon aralığı vardır. Bu sebeplerden dolayı tarımda sulama amaçlı kullanılan su içindeki maksimum bor derişimi 1 mg/l olarak belirlenmiştir. Atık sulardan bor değişik yöntemler kullanılarak giderilebilir. Bu yöntemler; birlikte çöktürme, kompleks yapıcı maddelerle çözücü özütleme, adsorpsiyon, membran prosesler ve iyon değiştirmedir. İyon değiştirme yönteminde, N-metil glukamin tipte fonksiyel grupları içeren şelatlayıcı reçine ve lifler bora karşı yüksek seçimlilik göstermektedir. Fonksiyonel gruptaki hidroksil grupları borat iyonlarını şelatlayarak atık sudan ayırmaktadırlar. İlk bor seçimli reçine Lymann ve Preuss tarafından 195 yılında sentezlenmiştir ve bor için kompleks yapıcı madde olarak davranan stiren-divinilbenzen yapısına bağlı N-metil-glukamin fonksiyonel grubunu taşımaktadır. Bu çalışmada; Diaion CRB 2, Purolite S 18-II ticari reçineleri ile Chelest-Fiber- GCP (631), Chelest-Fiber GRY (1571) ticari lifleri kullanılarak, bu malzemelerin jeotermal atık sulardan bor giderilmesindeki performansları kesikli ve sürekli çalışmalarla incelenmiş ve karşılaştırılmıştır.
2. DENEYSEL 2.1 Materyal Jeotermal atık sulardan bor giderimi için yapılan bu çalışmada, Purolite International ve Mitsubishi firmaları tarafından üretilen N-metil glukamin grubu taşıyan reçineler Purolite S 18-II ve Diaion CRB 2 ile Japonya nın Chelest Co. firması tarafından laboratuarımıza hediye olarak gönderilen selülozik şelatlayıcı lifler (Chelest-Fiber-GCP (631) ve Chelest-Fiber- GRY (1571)) kullanılmıştır. Çalışmalarda kullanılan bora seçimli şelatlayıcı reçinelerin özellikleri Çizelge 1 de verilmiştir. Çizelge 1. Bora seçimli şelatlayıcı reçine Purolite S 18-II ve Diaion CRB 2 nin özellikleri Özellikler Purolite S 18-II Özellikler Diaion CRB 2 Polimer yapısı Polistiren divinil benzen Polimer yapısı Polistiren divinil benzen Ortalama tane boyutu Ortalama tane boyutu,3-1, (mm) (mm),355-1 Nem içeriği (%) 52-58 Nem içeriği (%) 5-6 Tersinir şişme (%) 6 Yüzey alanı (m 2 /g) 27 Toplam kapasite (eq/l),8 Toplam kapasite (meq/cm 3 ),6 Şelatlayıcı N-metil glukamin fonksiyonel grubunun kimyasal yapısı aşağıda verilmiştir: [CH CH 2 ] n CH 3 CH N CH 2 [CH(OH)] 4 CH 2 OH 2.2 Kesikli çalışmalar 2.2.1 Optimum reçine ve lif miktarlarının bulunması Reçine ve lif miktarının jeotermal atık sudan (2-3 mg/l) bor giderimine etkisini incelemek amacıyla; 3ºC de 48 saat çalkalama süresinde çeşitli reçine ve lif miktarlarında kesikli denemeler yapılmıştır. 2.3 Sürekli çalışmalar Sürekli çalışmalarda reçine ve liflerin toplam bor giderim kapasiteleri, salıverme kapasiteleri, borun reçine/lif üzerinden sıyrılma verimleri incelenmiştir. Adsorpsiyon işlemleri, jeotermal suyun, debi 15 yatak hacmi/saat olacak şekilde, içine.5 ml ıslak hacimli reçine/lif yerleştirilmiş, iç çapı.7 cm olan cam kolon içinden peristaltik pompa yardımıyla geçirilmesiyle gerçekleştirilmiştir. Salıverme eğrileri, kolonun altından fraksiyon toplayıcı
yardımıyla toplanılan örneklerin analiziyle elde edilmiştir. Sıyırma işlemleri ise, debi 1 yatak hacmi/saat olacak şekilde, %5 lik H 2 SO 4 kullanılarak yapılmıştır. 2.4 Analizler Bor analizleri, Jasco (V-53 UV-VIS Spectrophotometer) spektrofotometresi kullanılarak Curcumine yöntemi ile 543 nm dalga boyunda gerçekleştirilmiştir. 3. SONUÇLAR 3.1 Kesikli çalışmalar 3.1.1 Optimum reçine ve lif miktarlarının bulunması Kullanılan şelatlayıcı lif ve reçineler, jeotermal atık sulardan bor iyonlarının uzaklaştırılmasında yüksek bir performans göstermişlerdir. Yapılan kesikli çalışmalarda, optimum reçine ve lif miktarları elde edilmiştir. Şekil 1 ve 2 de görüldüğü üzere Purolite S 18-II reçinesi ve Diaion CRB 2 reçinesinin optimum miktarları yaklaşık olarak aynı, Chelest-Fiber-GCP (631) lifinin (1571) lifine oranla daha az miktarlarda kullanılarak jeotermal atık sulardaki boru tamamen uzaklaştırmışlardır. 1 1 Bor Giderimi (%) 8 6 4 2 Diaion CRB 2 Purolite S 18-II Bor Giderim i (%) 8 6 4 2 Chelest- Fiber-GCP.2.4.6 Reçine Miktarı Şekil 1. Optimum reçine miktarının bulunmasına ait karşılaştırmalı eğriler.2.4.6.8 1 1.2 Fiber Miktarı Şekil 2. Optimum lif miktarının bulunmasına ait karşılaştırmalı eğriler 3.2 Sürekli çalışmalar Sürekli çalışmalar sırasında şelatlayıcı reçine ve liflerle sırasıyla adsorpsiyon-yıkama-sıyırma işlemlerini içeren çalışmalar yapılmış ve bu çalışmalara ait salıverme ve sıyırma eğrileri sırasıyla Şekil 3 ve 4 da verilmiştir. Bu çalışmalar sonucunda Diaion CRB 2 reçinesinin diğer reçine ve liflerden daha fazla salıverme ve toplam kapasitesine sahip olduğu görülmüştür. Şelatlayıcı reçine ve lifler üzerinde tutulan bor %5 lik H 2 SO 4 çözeltisi kullanılarak tamamen sıyrılabilmiştir. Sürekli çalışmalara ait salıverme ve sıyırma değerleri Çizelge 2 de özetlenmiştir.
1.8 C/Co.6.4 Diaion CRB 2 Purolite S 18-II.2 Chelest-Fiber-GCP 1 2 3 4 Yatak Hacmi (ml çözelti/ml reçine/fiber) Şekil 3. Şelatlayıcı reçine ve liflerle yapılan sürekli çalışmalara ait karşılaştırmalı salıverme eğrileri. 6 Bor Konsantrasyonu (mg/l ) 5 4 3 2 1 Diaion CRB 2 Purolite S 18-II Chelest-Fiber-GCP 1 2 3 4 5 Yatak Hacmi (ml çözelti/ml reçine/fiber) Şekil 4. Şelatlayıcı reçine ve liflerle yapılan sürekli çalışmalara ait karşılaştırmalı sıyırma eğrileri. Çizelge 2. Reçine ve liflerin elde edilen salıverme ve sıyırma değerleri Salıverme Sıyırma Salıverme Kapasitesi (mg B/mL Reçine) Toplam Kapasite (mg B/mL Reçine) Sıyırma Kapasitesi (mg B) Sıyırma Verimi (%) Diaion CRB 2 Purolite S 18-II Chelest- Fiber-GRY Chelest- Fiber-GCP 1.12.75.76.68 1.61 1.22 1.2.91 1.6 1.24.75.9 99.1 ~1. 73.3 ~1
4.TEŞEKKÜR İşbirlikleri ve destekleri için MTA Genel Müdürlüğü ne (Ankara) ve TEAŞ a (Kızıldere, Denizli), ayrıca laboratuvar çalışmalarımızda özverili desteklerini ve yardımlarını esirgemeyen Dr. Müşerref Arda ya, Doktora öğrencisi Saba Samatya ya, ve Yük. Kim. Müh. Özge Solak a teşekkür ederiz. 5. KAYNAKLAR 1. Badruk, M., Kabay, N., Demircioğlu, M., Mordoğan, H., İpekçoğlu, Ü., 1999a, Removal of Boron from Wastewater of Geothermal Power Plant by Selective Ion Exchange Resins. I: Batch Sorption- Elution Studies, Separation Sci. and Techn., 34(13), s. 2553-2569 2. Badruk, M., Kabay, N., Demircioğlu, M., Mordoğan, H., İpekçoğlu, Ü., 1999b, Removal of Boron from Wastewater of Geothermal Power Plant by Selective Ion Exchange Resins. II: Column Sorption- Elution Studies, Separation Sci. and Techn., 34(15), s. 2981-2995 3. Yılmaz, İ., 23, Removal and Recovery of Boron from Geothermal Wastewater by Ion Exchange Technology, MSc Thesis, Ege University Izmir. 4. Samatya, S., 22, Removal of Boron form Aqueous Solutions by Using Chelating Ion Exchange Resins, MSc Thesis, Ege University Izmir. 5. Yamaç, S., 22, Removal of Boron form Wastewater of Geothermal Power Plant by Ion Exchange, MSc Thesis, Ege University Izmir.