ÇEV416 ENDÜSTRİYEL ATIKSULARIN ARITILMASI 8.Kolloid Giderimi Yrd. Doç. Dr. Kadir GEDİK Çapları 10-6 mm 10-3 mm ( 0.001-1μm) arasındadır. Kil, kum, Fe(OH) 3, virusler (0.03-0.3μm) Bir maddenin kendisi için çözücü olmayan bir ortamda mikron boyutunda dağılmasıyla oluşan çözeltilere kolloidal çözelti denir. Süspansiyon: Sıvının içine dağılmış katı partiküller Emülsiyon: Sıvının içine dağılmış sıvı parçacıklar Filtre kağıtlarından geçerler. Anyonik veya katyonik olabilirler Kolloidlerin yüzey alanları çok büyüktür (yüzey alanı/hacim). Bu nedenle, suyu veya sudaki diğer iyonları adsorplamaya meyillidir. Atıksu içerisindeki toplam katı miktarının ¼ ü kolloidal bileşenlerden oluşmaktadır Bu kolloidal bileşenler ise toplam BOİ ihtiyacının %50 sini karşılamaktadır Kolloidlerin Özellikleri Kolloid; boyutu (milimikron), hidrasyon durumu ve yüzey elektrik yükü nedeniyle askıda duran bir paçacıktır. Hidrofobik ve hidrofilik olmak üzere iki gruba ayrılır: Hidrofilik kolloidler yapılarındaki amino (-NH 2 ), karboksil (- COOH), sulfonik (-SO 2 OH) ve hidroksil (-OH) gibi suda çözünebilir özellikteki gruplardan dolayı suyu severler. Bu bileşikler kolloid yüzeyinde bir su film tabakası oluşturarak hidratizasyonu teşvik eder ve diğer hidrofilik kolloidlerinde toplanmasına yardımcı olurlar. Hidrofobik kolloidler ise suyu sevmezler ve yüzeylerinde bu nedenle su filmi oluşmaz, örneğin kil partikülleri gibi. 1
Kolloidal katıların çeşit ve özellikleri Özellik Hidrofobik Hidrofilik Fiziksel durum süspansoid emülsoid Yüzey gerilimi ortam özelliklerini taşır daha düşük yüzey gerilimine sahiptir Viskozite çok etkilemez artırır Tyndall etkisi belirgindir ihmal edilebilir Toparlanma Elektrolit ile tepkime Örnek donma veya kurutma sonrası eski haline ulaşması zordur kolaydır Metal oksitler, sülfitler, silikon, gümüş halidler kolayca eski haline dönebilir zordur Protein, nişasta, yapıştırıcı, sabun Tyndall etkisi Kolloid ya da süspansiyondaki parçacıklar (liyofilik) tarafından ışığın saçılması Yüzey gerilimi yüzeydeki moleküllerin sadece bir tarafı su molekülleriyle çevrili olduğu için içeriye doğru net bir kuvvetle çekilirler. Kolloidlerin Kimyasal Koagülasyon ile Giderimi Su içindeki kolloidlerin yüzey yükleri değişim göstermekle birlikte çoğunlukla negatif yüklendiği gözlenmiştir. Kolloidal tanecikler, bulundukları sıvı içinde daima elektriksel bir yüzey yüküne sahip olduklarından, parçacığın yüzey yüküne zıt yüklü iyonlar çevresinde birikirek sabit bir tabaka (Stern tabakası) oluşturur. İkinci tabakada zıt yüklü iyonların derişimi sudaki derişime doğru ulaşır ve bu tabakaya dağılımlı veya yayılma tabakası denir Her iki düzlemde (tabakada) (-) ve (+) yükler içermesine rağmen, (+) iyon sayısı fazladır. 2
Karşı iyonların derişimi, parçacık yüzeyinde en büyüktür ve yayılma tabakasının dış sınırındaki çözeltide derişim düşer. Parçacığı çevreleyen kayma veya kesme düzlemi, parçacıkla hareket eden bağlı suyu kuşatır. Zeta potansiyeli (gerilimi), kayma yüzeyindeki durgun yük potansiyeli veya parçacıklar arasındaki itme ve çekme değeri ölçümüdür. Çift tabakada yer alan iyon tip veya sayısındaki değişim, zeta potansiyelini düşürerek, kolloidin stabilizasyonunu (kararlı yapısını) bozar. Kararlılık nedir? Kararlılık (stabilite), bir parçacığın çökmeye ve/veya daha büyük bir parçacık oluşturmaya karşı gösterdiği direnç yeteneğidir. En küçük boyut ve en yüksek elektriksel yüke sahip parçacık, en stabil durumdadır Kolloidler ancak kararsız olduğu durumda birleşebilir. Schulze Hardy kuralı gereğince bir kolloidin elektrolitlerle pıhtılaşmasında etkili iyon, kolloidin zıt işaretle yüklü olan iyonudur ve bunun pıhtılaştırma kuvveti iyonun artan değerliği ile artar. Kolloidlerin destabilizasyonu; Çözeltiye eklenen zıt yüklü iyonlar, parçacık etrafındaki çift tabaka kalınlığının incelmesine neden olur. Çözeltiye ilave edilen metal iyonları veya organik polimerlerin kolloidlerin yüzeyine adsorbe olması ile kolloidlerin yüzey potansiyelleri düşer. Metal hidroksitler çökerken kolloidleri bir ağ şeklinde sararak onların da çökelmesini sağlar Organik polimerler kolloidlerin etrafını sararak kolloidlerin destabilizasyonu sağlanır. 3
Elektrolit Değerlik ve koagülant dozu Değerlik (Anyon veya Katyon) Gereken min. kons. (mmol/lt) KCl 1 103 KBr 1 138 KNO 3 1 138 K 2 CrO 3 2 0.325 K 2 SO 4 2 0.219 K 3 Fe(Cn) 6 3 0.096 NaCl 1 51 KNO 3 1 50 K 2 SO 4 1 63 MgSO 4 2 0.81 ZnCl 2 2 0.68 BaCl 2 2 0.69 AlCl 3 3 0.09 Koagülasyon prosesinde kullanılan kimyasallar; Alum, Al 2 (SO 4 ) 3.18H 2 O Demir (II) sülfat, FeSO 4.7H 2 O Demir (III) sülfat, Fe 2 (SO 4 ) 3 Demir (III) klorür, FeCl 3 Karbonlu atıkların koagülasyonunda alum etkili iken, atıksuda bol miktarda protein olması durumunda demir sülfat daha etkindir (-) veya (+) yüklü iyonlara sahip organik polimerlerin koagülant olarak kullanılması kolloid gideriminde etkin olarak kullanılan bir diğer yöntemdir. Kolloidlerin Adsorpsiyonla Giderimi Adsorpsiyon yöntemi kolloid gideriminde kullanılan diğer bir uygulamadır. Boya, domates işleme, tekstil haşıl sökme atıksuları gibi yüksek oranda kolloid içeren endüstriyel atıkların arıtılmasında adsorpsiyon uygulamaları gözlenmektedir. Endüstriyel kolloid arıtımında kullanılan aktif karbon, genellikle, taş kömüründen elde edilmektedir. Kolloidlerin Adsorpsiyonla Giderimi Granül aktif karbon reaktivasyon çevrimi Aktif karbon arıtımında proses konfigürasyonu 4
5