Atıklar
Çevre kirlenmesinin önemli bir şekli olan su kirlenmesi, esasen çözünmüş oksijeni kullanarak aşırı biyolojik gelişmeye neden olan organik maddeler ile biyolojik olarak parçalanmaya ve konsantrasyonları belli bir değeri aştığı taktirde suda yaşayan canlılar üzerinde toksik etkiye sahip olan ağır metallerden kaynaklanmaktadır.
Kimyasal maddelerin üretimleri esnasında yan ürün olarak tehlikeli atık sularda üretilmekte ve bu atık sular çevreye arıtılmadan verildiğinde önemli sorunlar yaratmaktadır. Bu sorunların başında atık su içinde bulunan değişik organik maddelerin (fenol, benzen, klorlu bileşikler, pestisidler, yağ ve gres vb.) mikroorganizmalar üzerinde yapmış oldukları toksik etki gelmektedir. Bu nedenle tehlikeli organik kirleticiler içeren atık suların bir ön arıtma sisteminde arıtıldıktan sonra ana arıtma sistemine verilmesi gerekmektedir. Daha sonra kirletici türü uygun bir arıtımla daha az zararlı hale dönüştürülmelidir. Bunun için fizikokimyasal, kimyasal ve biyolojik arıtım yöntemlerinden biri veya birkaçı bir arada uygulanır. Bu çalışmada kısaca bu arıtımlara değinilmektedir.
1.GÄ°RÄ°Åž
Dünyada giderek artan nüfusla birlikte gelişen teknoloji ve hızlı sanayileşme, çok büyük ve çözülmesi giderek zorlaşan bir problemi, çevre kirliliğini de beraberinde getirmiştir. Bugün bu kirlilik doğanın dengesini bozar duruma gelmiş ve insan yaşamını tehdit eden boyutlara ulaşmıştır. Su kirliliği ise çevre kirliliğinin önemli bir boyutunu oluşturmaktadır. Su, hava ve toprakta çevre kirliliği biyolojik ve kimyasal etkenler tarafından oluşturulur. Konutlar, sanayi-endüstri kuruluşları, enerji santralleri, tarım ve hayvancılık uygulamaları sonucu açığa çıkan ve içinde sağlığa zararlı biyolojik ve kimyasal maddeleri barındıran sular ATIK SU olarak tanımlanır. Atık sular yeraltı suları, akarsu, göl ve denizlerde oluşan çevre kirliliğinin en önemli kaynağıdırlar. Atık sularda kirlenmeyi oluşturan ve buna bağlı olarak çevre kirliliğine neden olan etmenler; organik maddeler (proteinler, karbonhidratlar, yağ ve gres, sürfaktanlar, fenoller, pestisidler, klorlu bileşikler vb.), ağır metal bileşikleri (antimon, arsenik, bor, bakır, baryum, çinko, kurşun, nikel krom, kalay, kobalt, gümüş, magnezyum, malibda, kalyum vb.), siyanür, poliklorobifenil (PCB), polibrobifenil (PBB), arometik ve alifatik hidrokarbonlar, asbest, rafinerizasyon ve distilasyon işlemleri sırasında oluşan maddeler, parçalanmaya dirençli deterjanlar olarak özetlenebilir.
Bu kirlenme yalnızca su kaynakları ile sınırlı kalmayıp besin zincirine girerek gıda kirlenmesine de neden olmaktadır. Bu kirleticileri içeren atık suların kullanım amacına göre, su standartlarına uygunluğunun kontrol edilmesi ve kirletici içeriğinin istenilen seviyeye düşürülmesi gerekmektedir. Bunun için suların çeşitli kullanımlar sonucunda atık su haline dönüşerek yitirdikleri kimyasal, fiziksel ve bakteriyolojik özelliklerinin bir kısmını veya tamamını geri kazandırabilmek ve/veya boşaldıkları alıcı ortamın doğal, fiziksel, kimyasal, bakteriyolojik ve ekolojik özelliklerini değiştirmeyecek hale getirebilmek için fiziksel, kimyasal ve biyolojik arıtma işlemlerinin biri veya birkaçı bir arada uygulanır.
2.TEMEL BÄ°LGÄ°LER
2.1. Atık Sular
2.1.1. Genel Özellikleri ve Sınıflandırması
Su kirliliği, su kaynağının fiziksel, kimyasal, bakteriyolojik, radyoaktif ve ekolojik özelliklerinin olumsuz yönde değişmesi şeklinde gözlenen ve doğrudan veya dolaylı yoldan biyolojik kaynaklarda, insan sağlığında, balıkçılıkta, su kalitesinde ve suyun diğer amaçlarda kullanılmasında engelleyici bozulmalar yaratacak madde ve enerji atıklarının boşaltılmasıyla oluşur.
Atık su ise, evsel, endüstriyel, tarımsal ve diğer kullanımlar sonucunda kirlenmiş veya özellikleri kısmen veya tamamen değişmiş sular ile maden ocakları ve cevher hazırlama tesislerinden kaynaklanan sular ve yapılaşmış kaplamalı ve kaplamasız şehir bölgelerinden cadde, otopark ve benzeri alanlarda yağışlarda yüzey veya yüzey altı akışa dönüşmesi sonucunda oluşan sular olarak tanımlanabilir. Şekil 2.1. de bir endüstriyel sistem ve bu sistemden en genel halde kaynaklanan atık türleri verilmiştir. [1,2]
Şekil 2.1. Endüstriyel sistem ve atıklar
Atık sular, fiziksel, kimyasal ve biyolojik olmak üzere üç tür kirlilik gösterirler. Suyun fiziksel özelliklerinin değişmesi (renk, koku, tat, bulanıklık, sıcaklık, pH v.s) fiziksel kirliliğe neden olur. Sıcaklık ve pH, nehirler ve göllerdeki bitkisel ve biyolojik hayatı etkileyen önemli parametrelerdendir. Yüksek sıcaklıkta çevreye bırakılan atık su, karıştığı nehir suyunun sıcaklığını doğal olarak arttıracaktır. Oksijenin yüksek sıcaklıkta, sudaki çözünürlüğü azalacağından, nehir suyundaki biyolojik oksijen, biyolojik hayat için yetersiz kalacaktır. Zamanla suda birikime sebep olan kurşun, civa gibi ağır metaller, biyolojik yolla parçalanabilen organik maddeler ve inorganik atıklar atık suda kimyasal kirlilik yapar. Kimyasal kirlilik, genellikle sanayi atıklarının arıtımsız olarak sulara verilmesi sonucunda oluşur. Bazı endüstriyel atık sulardaki dayanıklı kirleticiler, alıcı su ortamında birikme, canlıların dokularında yoğunlaşma ve belli sınırlar üstünde canlılar üzerinde doğrudan toksik etki etme özelliklerine sahiptirler. Ayrıca endüstriyel atık suların sebep olduğu kirlenmelerde ekolojik denge bozulmasına daha çok rastlanmakta ve bu bozunma çoğunlukla geri dönüşü olmayan bir nitelik taşımaktadır.
Kimyasal kirleticiler özelliklerine göre üç sınıfta toplanabilir.
Bozulmadan kalanlar: Klorür gibi inorganik bileşiklerde zamanla parçalanma görülmez. Derişimleri alıcı suda zamanla artarken yağmur suyu ile zalır.
Değişebilenler: biyolojik olarak parçalanabilen organik kirleticilerdir. Mikroorganizmalar tarafından parçalanarak inorganik kararlı maddelere dönüşürler.
Kalıcılar: Zamanla biyolojik birikime yol açan civa, arsenik, kadmiyum, krom, kurşun, bakır gibi metaller, tarım ilaçları gibi organik maddeler ve uzun yarı ömürlü radyoaktif maddelerdir.
Biyolojik kirliliği, organik atıkların etkisiyle su kaynaklarında üreyen algler, küfler ve bakteriler oluştururlar. Bu canlılar zamanla ortamdaki oksijeni tüketirler. Oksidasyon işlemine bağlı olarak, ekzotermik reaksiyonlar suyun sıcaklığını yükselterek diğer canlıların yaşaması için gereken oksijen miktarını düşürmeye devam eder.
Ä°ngiltere’de Ulusal AraÅŸtırma Enstitüsü tarafından yapılan bir araÅŸtırma sonucunda, içme sularında doÄŸal ve sentetik 324 adet organik bileÅŸik tanımlanmıştır. Bu bileÅŸiklerin hemen tamamının çok düşük deriÅŸimlerde kanserojen oldukları ifade edilmiÅŸtir.
2.1.1.1 Atık Su Parametreleri
Atık su özellikleri fiziksel, kimyasal ve biyolojik olarak gruplandırılabilirler. Bu özellikleri gösteren parametreler şunlardır.
2.1.1.1.a. Fiziksel parametreler
Atık suda bulunan katı maddelerin derişimi, suyun sıcaklığı, pH değeri, kokusu, rengi ve bulanıklığı atık suyun en önemli fiziksel parametrelerini oluşturur. Atık suda bulunan toplam katı madde, çökebilen katıları, askıda katıları ve çözünmüş katıları içerir. Askıda katılar kaba kirleticilerin göstergesi olup basit fiziksel arıtım yöntemleri ile arıtılabilirler. Çökebilen katılar, yer çekimi etkisi ile çöker ve atık suyun membran filtrelerden süzülmesi esnasında filtre üzerinde tutunurlar. Çözünmüş maddeler ise atık suların membran filtreden geçirilmesinden sonra atık sularda kalan maddelerdir.
Sıcaklık ve pH nehirlerde ve göllerdeki bitkisel ve biyolojik hayatı etkileyen önemli parametrelerdir. Bu iki parametre, çözünmüş oksijen ve biyolojik oksijen ihtiyacı gibi birçok kalite parametresinin değerini belirleyici rol oynar.
Koku ölçümü insanın koku alma hassasiyetine bağlı bir parametredir. Taze kullanılmış sular hoş olmayan küf kokuludur. Başka kokular endüstri atıklarının veya septik ev atıklarının suya karıştığının göstergesidir.
Tablo 1. Organik madde içeren atık suların şehir atık su alt yapı tesislerine deşarjında öngörülen atık su standartları
Parametre Birim Ä°zin verilen limit deÄŸer
Sıcaklık 0C 40
PH (Mg/L) 6.5-10.0
Askıda katı madde (Mg/L) 500
YaÄŸ ve gres (Mg/L) 250
Kimyasal oksijen ihtiyacı (Mg/L) 4.000
Sülfat (Mg/L) 1.000
Sülfür (Mg/L) 2
Fenol (Mg/L) 10
Pestisid (Mg/L) 0.5
Kloroform (Mg/L) 200
Bromoform (Mg/L) 100
Monokloroasetik asit (Mg/L) -
Trikloroasetik asit (Mg/L) 100
Siyanür (Mg/L) 70
2,4,6-triklorofenol (Mg/L) 200
Katran ve petrol kökenli yağlar (Mg/L) 50
Yüzey aktif maddeler (Mg/L) Biyolojik olarak parçalanamayan yüzey aktif madde boşaltımı yasaktır.
Suyun bulanıklık derecesi (türbiditesi), çok güvenilir olmakla beraber suyun içerdiÄŸi katı maddenin deriÅŸimi hakkında bilgi verebilir. Bulanıklık derecesi,sudaki katıların belli ÅŸiddetteki ışığı absorbe etme derecesi veya ışığı dağıtma derecesi cinsinden ifade edilir. Suyun içindeki askıda kolloidal katıların suya verdiÄŸi renge “zahiri renk” denir.ve bu renk genellikle gridir.Atık sularda görülen diÄŸer renkler suya endüstriyel atıkların katıldığının göstergesidir.
Tablo 1. de Organik madde içeren atık suların şehir atık su alt yapı tesisine deşarjında öngörülen atık su standartları görülmektedir.
2.1.1.1.b. Kimyasal parametreler
Atık suyun kimyasal özelliklerini, içerdiği çözünmüş organik maddeler, toksik maddeler, azotlu ve fosforlu maddeler belirler. Atık sularda biyolojik olarak bozunabilen organik maddeler üç grupta toplanırlar:
• Proteinler (yüksek molekül ağırlıklı aminoasitler)
• Karbonhidratlar (ÅŸeker, niÅŸasta, selüloz)
• Lipidler (sıvı ve katı yaÄŸlar)
Tipik bir evsel atık suyun organik kısmı, %40-60 protein, %25-30 karbonhidrat ve %10 lipid içerir. Atık suyun içerdiği organik maddeler BOİ (Biyolojik Oksijen İhtiyacı), KOİ (Kimyasal Oksijen İhtiyacı), TOİ (Toplam Oksijen İhtiyacı), TOK (Toplam Organik Karbon) gibi kimyasal parametreler cinsinden ifade edilir. Atık suların içerdiği inorganik bileşikler ise toksik olmayıp, ancak çok yüksek dozlarda kirleticiolarak düşünülebilirler. Kum, çakıl ve mineral tuzlar inorganik katılar arasında sayılırlar.
Fenol ve türevleri önemli kirleticilerdendir. Zehirleyici etkiye sahip olmaları nedeni ile biyolojik bozunmayı kısıtlandırmaktadırlar. Ayrıca sularda kötü tat ve kokmaya neden olurlar. Ayrıca atık sularda çeşitli derişimlerde çözünmüş gazlar da bulunur. Oksijen yüzeysel havalanma sonucu suya geçer ve atık su arıtımında çözünmüş oksijen miktarı önemli bir kimyasal parametredir.
2.1.1.1.c. Biyolojik parametreler
İçme ve kullanma suyunun güvenilir olup olmadığını ve kalite kriterini sağlayıp sağlamadığını kontrol etmek için bakteriyolojik testler yapılır. Sularda bulunabilecek tek hücreli veya çok hücreli patojenik organizmaların miktarı bu testlerle belirlenir. En çok rastlanan patojen türleri koli basili ve streptokoktur. Sağlığa zarar vermeden suyun kullanılabilmesi açısından bu ölçümler büyük bir önem taşır. [3]
2.2. Atık Sularda Bulunan Zaralı Bazı Organik Maddelerin Endüstriyel Kaynakları
2.2.1. Fenoller ve Türevleri
Fenol ve türevleri bilinen en toksik ve tehlikeli organik kirleticilerdendir. Fenol ve türevleri toksik özellikleri nedeniyle nedeniyle atıksularda bu bileşiklerin miktarlarına sınırlandırmalar getirilmiştir. Endüstriyel atık akımlarında sıkça fenol ve türevlerine rastlanmaktadır. Özellikle kömür işletmelerinin kömür destilasyon, petrokimyasallar petrol arıtım ve organik sentezlerin atık akımları bol miktarda fenol kirliliği içerir. Fenolik bileşenler ayrıca kağıt hamuru ve kağıt ağartma tesisleri, reçine, pestisid endüstrileri atık sularında ve doğal olarak insan ve hayvan idrarında da ölçülebilir miktarda yer almaktadır. Ayrıca soğutucu, yangın söndürücü, boya, çözücü, pestisid ve insektisid endüstrileri atık sularında da bol miktarda haloaromatik kirleticiler bulunmaktadır. Fenollü suların içilmesi şiddetli ağrılara, böbrek bozukluklarına, ağır sarsıntılara ve hatta ölümlere neden olabilir. Fenol içeren atık suların arıtılması için çeşitli kimyasal ve fiziksel yöntemler uygulanmaktadır. Bunlar sıvı membran ile ekstraksiyon, aktif karbon ile adsorpsiyon, reçine ile organokiller, yaş hava oksidasyonu, reaktifler ile kimyasal bozunma ve elektrokimyasal yöntemlerdir. Petrokimya endüstrisinin atık sularında yüksek oranlarda bulunan fenolün arıtımı için yaş hava oksidasyonu tavsiye edilmektedir. Bu yöntem atık sulardaki fenolik bileşiklerin hızlı bozunmasını sağlar ve küçük moleküllü organik bileşikler oluşur. Bu küçük moleküllü bileşikler yaş hava oksidasyonu yöntemiyle kolaylıkla atıksulardan uzaklaştırılabilir. [4,5].
2.2.2. Pestisidler
Günümüzde dünya nüfusu hızla artmakta, artan nüfus sayısı da yiyecek talebindeki hızlı artışı beraberinde getirmektedir. Artan yiyecek ihtiyacının karşılanmasının yolu tarımda birim alandan daha fazla verim alınmasını sağlamaktan geçmektedir. Ancak tarım arazilerinde yüksek verim alınmasını etkileyen pest denilen doğal zararlılar (böcekler, mantarlar, kemirgenler, nematadlar ve akarlar vb.) mevcuttur. Böceklerden mantarlara zararlı böcekler ve kemirgenlere, akarlar ve nematadlar gibi canlılara kadar değişen canlı grupları, tarımda yüksek verim alınmasını etkilemekte bir anlamda da insanların yiyeceklerine ortak olmaktadır. İşte bu durumun önlenmesi ve insanlarla hayvanlara zararlı olan çeşitli hastalıkların engellenmesi amacıyla pestisit adı verilen kimyasal maddeler tarımda kullanılmaktadır.
Çeşitli endüstriyel faaliyetlerden kaynaklanan suni organik kimyasal maddeler, tarım alanlarında kullanılan pestisit ve herbisitler, suda doğal olarak güç parçalanan bileşiklerdir. Bu tür bileşiklerin bir kısmı canlı bünyelerinde birikime ve toksik etkilere neden olurlar. Diğer bir kısmı ise canlı bünyede mutojen ve kanserojen etkiler yapar. [6]
2.2.3.Deterjanlar
Sentetik deterjanların içerdikleri fosfor nedeni ile alıcı ortamlarda ötrofikasyona neden olduklarının yanısıra ayrıca deterjanların sulara neden olduÄŸu köpük,estetik bir sorun olarak ortaya çıkar. Bunun ötesinde deterjanlar kimyasal yapılarına baÄŸlı olarak alıcı su ortamlarında çeÅŸitli düzeylerde kirliliÄŸe neden olabilirler.Deterjanların ham maddesi olan alkilbenzen sülfanatlar (ABS) alıcı ortamlarda parçalanması çok güçtür. Bu nedenle pek çok ülkede deterjan üreten endüstriler ABS üretimini durdurmuÅŸ ve onun yerine lineer Alkil Sülfanat (LAS) üretimine baÅŸlamışlardır.LAS’lar aerobik koÅŸullarda biyolojik olarak kolay ayrışabilmekte ve deterjanlarla kirlenme problemi azalmaktadır.Bir diÄŸer önemli kirletici maddede deterjanlarda katkı maddesi olarak kullanılan ve yüzey aktif aktif maddelerin etkinliÄŸini artırmada özelliÄŸi olan Sodyum Tripolifosfat (STPP) olup, kullanımında da çeÅŸitli kısıtlamalar ve yasaklamalar söz konusudur. Katkı maddelerinin birinci görevi suyu yumuÅŸatmaktır. Bunların birçok avantajları yanı sıra fosfor içermesi nedeni ile önemli çevre problemlerine yol açmaktadır. Çünkü STPP içerdiÄŸi yüksek düzeydeki P (fosfor) nedeni ile sularda alg çoÄŸalmasının artmasına ve dolayısıyla oksijen azaltımına neden olmaktadır. Bu durumda su canlıları yok olup,Ötrofikasyon ortaya çıkmaktadır. [7]
2.2.4. Uçucu Organik Bilesşikler (UOB)
Atık sularda bulunan organik bileÅŸiklerin çoÄŸu uçucu organik bileÅŸiklerdir. Bunların buhar basıncı yüksek olduÄŸundan arıtma tesislerinde ve alıcı ortamlarda emisyona koku ve toksit kirlenmeye sebep olurlar. Atık sulardan yayılabilecek muhtemel UOB’ler şöyle sınıflandırılabilirler; Aromatik hidrokarbonlar (HK), klorlu HK, oksijenli HK ve alifatik HK.
Endüstri ve ticari aktiviteler kentsel atık sudaki UOB’lerin en büyük kaynaklarıdır. UOB’ler için baÅŸlıca endüstriyel kaynaklar kimya ve petrokimya üretimleri, elektronik üretimi (örn. Devre üretimi sırasında oluÅŸan atıklar) ve petrol rafinerileridir. UOB’lerin ticari kökenli baÅŸlıca kaynakları ise araç ve makine tamirhaneleri, kuru temizleyiciler, hastaneler, boyahaneler, petrol ve kimyevi madde dağıtımıdır. UOB’ler bulundurdukları bileÅŸenlere göre
çeÅŸitli gruplara ayrılırlar. Bu gruplar ve örnekler Tablo 2’de verilmiÅŸtir. Ölçülmüş bazı UOB’lerin konsantrasyonları Tablo 2’de özetlenmiÅŸtir.
Evsel, endüstriyel ve ticari kökenli kaynakların yanısıra UOB’ler arıtma tesislerinden de oluÅŸurlar. Su dezenfeksiyonu sırasında trihalometanlar (THM’ler) oluÅŸup ve UOB kaynağı oluÅŸturabilirler. Bununla beraber atık su arıtma tesisinde dezenfeksiyon ve koku kontrolü için yapılan klorlamada UOB kaynağı olarak ortaya çıkar. Ayrıca biyokimyasal dönüşümler sırasında da UOB’ler oluÅŸabilir.
Tablo 2. UOB Grupları ve Bu Grupların Örnekleri
Bileşen Sınıfı Örnekler
Alifatikler Alkanlar, Hidrokarbonlar
Aromatikler Benzen, Etilbenzen, Toluen
Ksilen
Halojenli Türler Trikloroeten, Trikloroetan
Vinil klorür, Metil klorür
Trikloroetilen, 1.1.1. Trikloroetan
Tetrakloroetilen, Kloroform
Karbontetraklorür
Oksijen İçeren Türler Formaldehit, Aseton, Çeşitli
Alkoller, Eterler, Aminler
Sülfür içeren Türler Merkaptonlar, Tiyofenler
Azot İçeren Türler Benzonitril
UOB’ler normal atmosferik koÅŸullar altında (250C) yüksek buhar basıncına
( > 0.01 kPa) ve düşük kaynama noktasına sahiptirler.
2.2.5. Endüstriyel Çözücüler
Sayıları her geçen gün artan ve pek çok endüstriyel aktivitede kullanılan bu grup bileşiklerin kanserojen oldukları bilinmekte ve bu nedenle bu bileşiklerin derişimleri içme sularında sınırlandırılmaktadır. Bu bileşiklerin en yaygın olarak kullanılan ilk altısı; boya, metal işleri, eczacılık, asetat film yapımında kullanılan di-klorometan (DCM); floro-karbon sentezi ve eczacılıkta kullanılan chloroform (TCM); metal ve plastik temizlemede kullanılan metil kloroform (TCA); yine floro-karbon sentezi ve yangın söndürücülerde kullanılan karbon
tetra-klorür (CTC); metal temizleme ve kuru temizlemede kullanılan tri-kloroetilen (TCE) ve perkloro-etilen (PCE) olarak sıralanmaktadır. Bu bileşiklerden TCE, PCE, TCA ve DCM içme sularında sık sık rastlanan endüstriyel çözücüler olarak tanımlanmaktadır.
Sulara karışan diğer bir kısım ise, ultraviyole ışınlarının tesiri ile oksitlenmekte ve zehirli olmayan son ürünlere dönüşmektedirler. Genel olarak bu bileşiklerin atmosferik yarı ömrü, üç ay olarak tanımlanırken; bazı bileşikler için (örneğin TCA) bu süre beş yıl gibi bir düzeye ulaşabilmektedir. Diğer taraftan, buharlaşma yoluyla atmosfere karışan bileşikler, atmosferde oldukça yoğun düzeylere erişebilmekte ve yağmurla tekrar yüzey sularına dönebilmektedirler.
2.2.6. Polisiklik Aromatikler (PAH lar)
Temel olarak organik maddelerin tam yanmaması sonucu ortaya çıkan bu bileşikler, egzos emisyonları, yakıt kullanımı ve kısmen de, bakteri ve bitki faaliyetleri sonucu ortaya çıkmaktadır. Dolayısıyla, egzos emisyonları, yakıt kullanımı başlıca kaynaklar olarak ortaya çıkmaktadır. Sindirim sistemi kanserlerine yol açtığı bilinen bu bileşikler, çözünürlükleri çok yüksek olmamakla beraber, partiküler maddelerin üzerinde kolayca adsorblanabilmeleri nedeniyle, askıda katı maddenin yüksek olduğu sularda yüksek derişimlere erişebilmektedirler. Demir boruların yüzeyinde kullanılan bitüm kaplamanın, suya PAH ların geçmesine yol açtığı bilinmektedir. En yüksek çözünürlüğe sahip PAH bileşiği olan fluorantan (240 Mg/L) bu yolla suya geçmekte ve derişimi, tanımlanmış sınır değerleri aşabilmektedir.
Avrupa Birliği ve Dünya Sağlık Teşkilatı, söz konusu altı bileşiğin toplam derişimi için, içme sularında 0.0002 mg/l sınır değerini önermektedir.
2.2.7. Dezenfeksiyon Sonucu OluÅŸan Organik Maddeler
Klorun, sularda bulunan doÄŸal organikler olan hümik ve fulvik asitler ile reaksiyona girmesi sonucu oluÅŸan klorlu organik bileÅŸikler, sularda bulunan baÅŸlıca dezenfeksiyon yan ürünleri yada THM’ler olarak tanımlanırken, sularda doÄŸal olarak bulunan bromür de, THM oluÅŸumuna yol açmaktadır.
Tablo 3. Sularda referans bileşik olarak tanımlanan PAH lar
WHO
Avrupa BirliÄŸi
Fluorantane
3,4 - benzofluranten
11,12 - benzofluranten
3,4 - benzopiren
Indeno - (1,2,3 – cd) piren Fluorantane
Benzo 3,4 – fluranten
Benzo 11,12 – bfluranten
Benzo 3,4 – piren
Indeno - (1,2,3 – cd) piren
Tablo 4.İçme sularında bulunan başlıca dezenfeksiyon yan ürünleri
Triholometanlar (THM ler) Siyanürlü halojenler
Kloroform Siyanür klorür
Bromodiklorometan Siyanür brömür
Bromoform
Aldehitler Klorofenoller
Formaldehitler 2-klorofenol
Asetaldehit 2,4-diklorofenol
Trikloroasetaldehit 2,4,6-triklorofenol
Literatürde, uygulanan klor miktarının, suda bulunan organik madde miktarına oranının, oluşan yan ürünlerin türlerini belirleyen en önemli faktör olduğu belirtilmektedir. Örneğin, düşük klor dozlarında, fenol suya tat veren klorofenole çevrilirken, yüksek dozlarda tatsız klorlu kinonlara çevrilmektedir.
Tablo 5. de Bazı endüstriyel atıkların kaynakları, özellikleri ve arıtma yöntemleri verilmektedir.
Tablo 5. Bazı Endüstriyel Atıkların Kaynakları, Özellikleri ve Arıtma Yöntemleri
Endüstriler Üretimde Atık Su Kaynakları Atıkların Genel Özellikleri Arıtma ve Bertaraf Yön
Konserve
Meyve ve sebzeleri
kesme, istifleme, koparma, ayırma, presleme ve kabuğunu soyarak beyazlatma Yüksek süsponse ve katı madde, kolloidal ve çözünmüş organik madde Izgara, elek, lagünleme, toprak absorbsiyonu veya püskürtmeli sulama
Süt ve mamülleri
üretimi Sütün seyreltilmesi, ayrılmış süt, peynir suyu ve yayık ayranı Yüksek çözünmüş organik madde protein, yağ ve laktoz Biyolojik arıtma, damlatmalı filtre, aktif çamur metodu, oksidasyon hendeği
Et ve kümes hay.
Ürünleri
Hayvan kesimi, yağ ve kemiklerin parçalanmasında, yağ ve yıkama suyu Yüksek çözünmüş ve süsponse organik madde, proteinler ve yağlar Izgara ve elekten geçirme çökeltme ve flotasyon damlatmalı filtrelerden geçirme
Şeker pancarından
şeker üretimi Pancarların taşınımı, yıkama ve preslenmesi sırasında oluşan sular, kireçlemeden sızan sular soğutma kondensatları Yüksek çözülmüş ve süsponse organik madde, şeker ve protein Atıkların geri kullanımı Koagülasyon ve lagünleme
İlaç ve ecza ürünleri Kullanılan süzülmüş madde ve yıkama suyu Yüksek çözülmüş ve süsponse organik madde, vitamin Buharlaştırma ve kurutma, beslemede kullanma
Deri Derinin kılının kazınması,
Islatılması, kirecini giderme, temizleme Yüksek toplam katı madde, sertlik, tuz, sülfürler, krom, pH, BOI ve çökelmiş kireç Dengeleme, çökeltme ve biyolojik arıtma dengeleme ve kimyasal arıtma
Tekstil Liflerin hazırlanması ve pişirilmesi, hapıl sökme sırasında oluşan atıklar Oldukça bazik renkli yüksek BOİ yüksek süsponse kolloidal ve çözünmüş katı madde Nötralizasyon, kimyasal çökeltme, biyolojik arıtma damlatmalı filtre, aktif çamur sistemi
Deterjan Üretimi Deterjan ve sabunların temizleme ve yıkama suları Yüksek BOİ ve sabun atıkları, yüzey aktif maddeler Flotasyon ve sıyırma CaCl2 ile çökeltme
Kağıt Üretimi Pişirme, temizleme liflerin yıkanması kağıt hamurunun süzülmesi Yüksek veya düşük pH, renk, yüksek süsponse kolloid ve çözünmüş katı maddeler, organik maddeler, fenol Çökeltme, lagünleme, biyolojik arıtma, yan ürünlerin kazanılması
Çelik Kömürün koklaşması, eritme fırının yıkanması, baca gazları ve çeliğin asit ile temizlenmesi Düşük pH, asitler, fenol, maden filizi, kok kireç taşı Nötralizasyon, geri kazanma ve geri kullanma, kimyasal koagülasyon
Kömür Prosesleri Kömürün ayrılması ve temizlenmesi ile sülfür damarların temizlenmesi Yüksek süsponse katı maddeler kömür, düşük pH, yüksek H2SO4, FeSO3 Çökeltme, Flotasyon, drenaj kontrolü ve madenlerin tabakalaşması
3. ATIKSULARDAKÄ° ORGANÄ°K MADDELERÄ°N ARITIMI
Atık sulardan organik bileşiklerin gideriminde çeşitli fiziksel,kimyasal ve biyolojik yöntemler kullanılmaktadır. Arıtım için kullanılacak yöntem organik bileşiklerin tipine ve derşimine bağlı olarak saptanır.
Tablo 6. da endüstriyel atık suların arıtımında kullanılan başlıca arıtım yöntemleri gösterilmektedir.
Tablo 6. Endüstriyel Atık Suların Arıtımında Kullanılan Başlıca Arıtım Yöntemleri
KONVANSİYONEL YÖNTEMLER
FÄ°ZÄ°KSEL KÄ°MYASAL BÄ°YOLOJÄ°K
Debi ölçümleri
Izgaralar
Öğütücüler
Dengeleme
Karıştırma
Yumaklaştırma
Çökeltme
Yüzdürme
Mikroelekler
Gaz transferi
Uçurma ve gaz ile sıyırma Kimyasal çöktürme
Adsorpsiyon
Dezenfeksiyon
Klor ile giderme
Klor ile dezenfeksiyon
Klordioksitle dezenfeksiyon
Brom klorür ile dezenfeksiyon
Ozon ile dezenfeksiyon AEROBÄ°K PROSESLER
• Askıda büyüyen prosesler
• Yüzeyde büyüyen prosesler
• BirleÅŸik-askıda ve yüzeyde büyüyen prosesler
ANOKSÄ°K PROSESLER
• Askıda büyüyen prosesler
• Yüzeyde büyüyen prosesler
ANAEROBÄ°K PROSESLER
• Askıda büyüyen prosesler
• Yüzeyde büyüyen prosesler
BİRLEŞİK AEROBİK-ANOKSİK VE ANAEROBİK PROSESLER
• Askıda büyüyen prosesler
• BirleÅŸik askıda ve yüzeyde büyüyen prosesler
STABÄ°LÄ°ZASYON HAVUZLARI
İLERİ YÖNTEMLER
Mikroelekler
Gaz transferi
Uçurma ve gaz ile sıyırma
Filtrasyon
Hava ile sıyırma
Ultrafiltrasyon
Ters osmoz
Elektrodiyaliz
Ä°yon deÄŸiÅŸtirme
Karbon adsorpsiyonu
Kimyasal oksidasyon
Ultraviyole ışığı ile kimyasal oksidasyon
Kırılma noktası klorlaması
Metal tuzları ile kimyasal çöktürme
Kireç ile kimyasal çöktürme Biyolojik nitrifikasyon
Biyolojik nitrifikasyon/denitrifikasyon
Biyolojik denitrifikasyon
Biyolojik fosfor giderme
Aktif çamur-toz aktif karbon
3.1.Fizikokimyasal Yöntemler
Genel olarak fiziksel işlemler sayıca fazladırlar. Atık suyun içerdiği askıda kolloidal partikülleri ve diğer iri maddeleri sudan ayırarak, ileriki proseslere arıtılmak üzere hazırlayan yöntemlerdir. Bu yöntemler şunlardır:
3.1.a. Izgara ve elekleri: Genel olarak arıtmada ilk rastlanan temel işlem elemedir. Eleme, kaba ve çökebilir katı parçaların engel oluşturma suretiyle alıkonma işlemidir.
3.1.b. Kum tutucular: Atık su arıtma tesislerinde kum tutma işlemi atıksudan kum, çakıl, cam, metal ve bazı maddeleri ayırmak için yapılır.
3.1.c. Dengeleme: Atık su arıtma tesislerinde atık su debileri genellikle sabit değildir. Debi dengeleme işleminin amacı bu değişiklerden meydana gelen çeşitlilik durumlarını sabitleştirmek mansap tarafındaki ekipmanlara düzenli ve kararlı bir akış sağlamaktır.
3.1.d. Karıştırma: Kimyasal işlemlerde sık karşılaşılan, birden fazla maddenin birbiriyle karışması için uygulanan bir işlemdir.
3.1.e. Çökeltme ve Berraklaştırma: Çökeltme ve berraklaştırma işlemleri aynı fiziksel ilkenin, çöktürme (veya sedimentasyon) işleminin uygulamaları olup, katı partiküllerin dibe çökerek berrak sıvı fazdan ayrılması esasına dayanır.
3.1.f. Yüzdürme (Flotasyon): Sudaki hafif batmayan ince veya kaba askıda katı maddelerin, örn. askıda organik veya inorganik bileşiklerin ve yağ cinsi maddelerin, mikroskobik gaz kabarcıkları vasıtasıyla (bubbles) yüzeye kadar getirilip, sıyırıcılar vasıtasıyla yüzen tabakayı, alttaki su tabakasından ayırmaktır.
3.2. Kimyasal Yöntemler
Kimyasal arıtım atık sudaki bileşiklerin kimyasal yapısını değiştirerek onları arıtmaya yarar.
3.2.1. Adsorpsiyon
Atom, iyon yada moleküllerin bir katı yüzeyinde tutulmasına adsorpsiyon, tutunan taneciklerin yüzeyden ayrılmasına desorpsiyon, katıya adsorplayıcı (adsorbent), katı yüzeyinde tutunan maddeye ise adsorplanan (adsorben) adı verilir.
Adsorpsiyon olayı sabit sıcaklık ve sabit basınçta kendiliğinden gerçekleştiği için, adsorpsiyon sırasındaki serbest entalpi değişimi daima negatif işaretlidir. Diğer taraftan, gaz yada sıvı ortamında daha düzensiz olan tanecikler katı yüzeyinde tutunarak daha düzenli hale geldiğinden, adsorpsiyon sırasındaki entropi değişimi de daima negatif işaretlidir.
Metaller ve plastikler de dahil olmak üzere bir kristal yapıya sahip olsun yada olmasın tüm katılar az veya çok adsorplama gücüne sahiptirler. Adsorplama gücü yüksek olan bazı doğal katılar kömürler, killer, zeolitler ve çeşitli metal filizleri yapay katılar ise aktif kömür, moleküler elekler (yapay zeolitler), silikajeller, metal oksitleri katalizörler ve bazı özel seramikler şeklinde sıralanabilir.
Çözeltiden bir katıya adsorpsiyon, belirli bir çözücüde çözünen katı sistemi için iki belirgin özelliğin birinin yada ikisinin sonucu olarak oluşur. Bunlar;
1. Adsorpsiyon için ana sürücü güç, çözücüye göre çözünenin hidrofobik özelliği
2. Katı için çözünenin yüksek bir ilgiye sahip olmasıdır.
Adsorpsiyona etki eden bu iki ana nedenin her biri değişen derecelerde etkili olabilir. Adsorpsiyonda ana sürücü güç katı maddenin çözünene karşı ilgisinden kaynaklanır. Bu yüzey olayı, çözünenin adsorbente elektriksel çekilmesinden, Vander Waals çekiminden yada kimyasal yapıdan kaynaklanır.
Asorpsiyon Mekanizmaları:
Adsorplayan madde yüzeyi ile adsorplanan kimyasal arasındaki çekim kuvvetlerine bağlı olarak gerçekleşen üç tür adsorpsiyon işlemi tanımlanmaktadır.
3.2.1.a. Fiziksel adsorpsiyon (Vander Waals adsorpsiyonu)
Fiziksel adsorpsiyonda yüzeye tutunmayı sağlayan, zayıf Vander Waals kuvvetleridir. Bu adsorpsiyon türü, katı yüzey ile adsorplanan madde molekülleri arasındaki çekim kuvvetlerinin etkisiyle gerçekleşir. Adsorbent katının kristal örgüsü içine girmez ve çözünmez fakat yüzeyi tamamen kaplar. Düşük sıcaklık aralığında oluşabildiği gibi çok tabakalı ve rejenerasyonu kolay bir adsorpsiyon türüdür. Adsorpsiyon sonucu, ekzotermik olarak yoğuşma enerjisinden biraz fazla ısı açığa çıkar. Aktivasyon enerjisi düşük, bağlar tersinir ve zayıftır.
3.2.1.b. Kimyasal adsorpsiyonu
Adsorplanan madde ve katı yüzey arsında kimyasal bağ oluşumu sonucu görülen adsorpsiyon tipidir. Kimyasal adsorpsiyon, tersinmez ve tek tabakalı olup genellikle yüksek sıcaklık aralığında gerçekleşir, ayrıca rejenerasyonuda oldukça zordur. Adsorpsiyon sırasında açığa çıkan ısı, reaksiyon ısısından daha büyüktür ve aktivasyon enerjiside yüksektir.
3.2.1.c. Ä°yonik adsorpsiyonu
İyonik adsorpsiyon, elektrostatik çekim kuvvetlerinin etkisiyle, yüzeydeki yüklü bölgelere iyonik özelliklere sahip adsorbatların tutunması olarak tanımlanabilir. Burada adsorplayan ile adsorplananın iyonik güçleri ve moleküler büyüklükleri önemlidir. Fiziksel, kimyasal ve iyonik adsorpsiyon arasında kesin bir ayrım yapılamaz, üçü aynı anda veya ardarda görülebilir. [3]
Adsorpsiyonu pH, sıcaklık, yüzey alanı, çözünen maddenin cinsi ve özellikleri gibi parametreler etkilemektedir. Adsorpsiyon işlemi amacıyla en yaygın olarak aktif karbon kullanılmaktadır. Aktif karbon granül veya toz olarak kullanılabilir. Genel olarak aktif karbon kolonlara doldurulur ve atık su bu kolonlardan geçirilir. Doğal olarak bir müddet sonra aktif karbonun yüzeyi dolacağı için verimi düşer. Bu durumda aktif karbonun rejenere edilmesi gerekir. Aktif karbonun temel olarak rejenere edilmesi sırasında rejenerasyon sıcaklığı bu bileşiklerin nihai arıtımını sağlar.
Literatürde değişik kaynaklı aktif karbonla fenol ve organik madde adsorpsiyonu üzerinde birçok çalışma mevcuttur. Fındık kabuklarından üretilen aktif karbonun atık su arıtımında kullanılabileceği bir araştırma raporunda gösterilmiştir. Uçucu kül, bentonit, kömür, slika, kil, şeker kamışı posası, mısır bitkisi, pirinç, kitin gibi bir takım ucuz adsorbanlar adsorpsiyonda başarıyla kullanılmaktadır. [10,11]
Literatürde kuvvetli bazik anyon değiştiricilerle karboksil grubu içeren organik asitlerin uzaklaştırılması ile ilgili çalışmada, bu asitlerin ana mekanizmasının iyon değişimi olduğu, ancak bir miktar organik asitin reçine yüzeyinde adsorplandığı belirlenmiştir.
Polimerik reçineler ile toksik organik maddelerin adsorpsiyon yöntemiyle arıtımında kullanılabileceği sonucuna varılmıştır. [12]
Adsorpsiyonu Etkileyen Faktörler
pH: Adsorpsiyonu etkileyen en önemli faktörlerden biridir. Hidranyum ve hidroksil iyonları kuvvetle adsorbe olduklarından, diÄŸer iyonların adsorpsiyonunda çözelti pH’ı etkilidir. Ayrıca asidik ve bazik bileÅŸiklerin iyonizasyon derecesi de adsorpsiyonu etkiler.
Sıcaklık: Adsorpsiyon işlemi genellikle ısı veren bir tepkime biçiminde gerçekleşir. Bu nedenle azalan sıcaklık ile adsorpsiyon büyüklüğü artar. Açığa çıkan ısının genellikle fiziksel adsorpsiyonda yoğuşma veya kristalizasyon ısıları mertebesinde, kimyasal adsorpsiyonda ise kimyasal reaksiyon ısısı mertebesinde olduğu bilinmektedir.
Yüzey alanı: Adsorpsiyon bir yüzey işlemi olduğundan, adsorpsiyon büyüklüğü spesifik yüzey alanı ile orantılıdır. Adsorplayıcının partikül boyutunun küçük, yüzey alanının geniş ve gözenekli yapıda olması adsorpsiyonu arttırır.
Çözünen maddenin cinsi ve özellikleri: Çözünen maddenin çözünürlüğü, adsorpsiyon dengesi için kontrol edici bir faktördür. Genel olarak, çözünen maddenin adsorpsiyon hızı ile, sıvı fazdaki çözünürlüğü arasında ters bir iliÅŸki vardır. Bu “Lundelius” kuralıdır. Çözünürlük arttıkça çözücü-çözünen bağı kuvvetlenir, adsorpsiyon derecesi azalır. ÇoÄŸu zaman, herhangi bir organik bileÅŸiÄŸin zincir uzunluÄŸu arttıkça suda çözünürlüğü azalır. Çünkü, karbon sayısı arttıkça, bileÅŸik hidrokarbona daha fazla benzer. Bu, çözünen cinsi ve adsorpsiyon arasındaki bağıntıyı belirten ikinci temel ifadedir. (Traube Kuralı). Hidrokarbon yapı ağır bastıkça da çözünenin hidrofob özelliÄŸi artar. Hidrofob maddeler tercihli olarak adsorplanır.
İyonlaşma arttıkça, adsorpsiyon azalır. Yüklü türler için adsorpsiyon minimum, nötral olanlar için maksimumdur. [3]
Adsorpsiyon işlemleri, adsorbentler ile çözeltilerin birbirini nasıl etkilediklerini ve adsorbentlerin çözümsel optimizasyonda kullanılışının önemini tarif eder. Teorik ve deneysel eşitlikler ile izoterm bilgisinin karşılıklı ilişkileri pratik çalışmalarda istenir. [13] Şekil 3.1. de X- eksenindeki, sıvı içindeki saçılan moleküllerin arakesitte katı ile temas halindeki derişimleri (c), arakesiti kateden madde miktarını (qe) gösterdiğine göre; I ve III nolu eğriler sıvıda kalan ve sorpsiyonla tutulan derişimlerin ilişkilerinde sırasıyla uygun ve uygun olmayan eğrisel bir gidişi, II nolu eğri ise lineer bir çalışma çizgisini göstermektedir. [15]
Şekil 3.1. Sıvı içinde saçılan moleküllerin derişimleri ile arakesiti kateden madde miktarı arasındaki ilişki
Granül aktif karbon adsorpsiyonu istenmeyen organiklerin aktif karbon taneciklerinin yüzeyinde toplanması esasına dayalı bu işlem, klorlama yan ürünlerinin giderilmesinde çok etkin olmakla birlikte, yüksek maliyeti nedeniyle uygulanmamaktadır. [9]
3.2.2. Kimyasal Oksidasyon
Kimyasal oksidasyon, çeşitli nedenlerle istenmeyen bileşiklerin zararsız bileşiklere dönüştürülmesi veya daha sonraki arıtma işlemleri için uygun yapıya getirilmesi amacıyla uygulanır. Kimyasal oksidasyon serbest veya bir bileşik yapısında bulunan bir elementin oksidasyon düzeyinin diğer bir deyimle değerliğinin yükseltilmesi ile sağlanır. Başlıca kullanımlar arasında,
- Organik bileÅŸiklerin giderilmesi
- Dezenfeksiyon
- Renk giderilmesi
- Siyanür giderilmesi
- Sülfür giderilmesi
- Amonyak giderilmesi
- Demir ve mangan giderilmesi sayılabilir.
Organik maddelerin arıtılmasında, oksidasyon uygulamalarında başlıca oksidasyon vasıtaları [15]
3.2.2.a. Ozon ile kimyasal oksidasyon
Ozon güçlü bir oksitleyicidir. Atık sulardaki organik maddeler ve mevcut mikroorganizmalarla kolayca reaksiyona girer. Endüstriyel atıkların arıtılmasında ozon en çok fenol giderme, tad ve koku giderme, renk giderme ve siyanür giderme amaçları ile kullanılmaktadır. Ozonla arıtma oldukça pahalı bir artma yöntemidir. Ve ozonla gerçekleşen reaksiyonlar oldukça hızlı olmasına rağmen maliyet yüksektir.
3.2.2.b. Permanganat ile kimyasal oksidasyon
Güçlü bir oksijen maddesidir. Fe+2, Mn+2, S=, CN-, fenoller ve diÄŸer tad ve koku oluÅŸturan maddelerle reaksiyona girer. BaÅŸlıca kullanım alanları proses suyu hazırlanması (alg kontrolü, organik madde giderme, Fe+2, ve Mn+2 giderme), Endüstriyel atıkların arıtılması (fenol giderme, H2S ve radyoaktif kirleticileri giderme), İçme suyu arıtımı (tad ve koku kontrolü, fenol giderme, mangan, demir, H2S giderme…)
3.2.2.c. Klor ile kimyasal oksidasyon
Klor H2S, NO2-, Mn+2, ve Fe++ yi kolaylıkla oksitler. Oksitleme gücü pH ile artar. Klor en yaygın olarak dezenfeksiyonda kullanılır. Klorun dezenfeksiyon verimliliÄŸi pH’ın azalması ile artar. Oksidasyon verimi ise pH’ın artması ile artar. Siyanür arıtımı, renk arıtımında hipokloritle oksidasyon yapılır.
3.3. Enzim Kullanımıyla Arıtım Yöntemi
Enzimlerin atık su arıtımında kullanımı kavramı 1930’lara dayanır. Bununla beraber ancak 1970’lerde endüstriyel atık sulardaki hedef kimyasal bileÅŸiklerin seçimli olarak uzaklaÅŸtırılması için en uygun maddeler oldukları anlaşıldı. Bunlardan en önemlisi ligninolitik enzimlerdir. Lignin degredasyonu ligninin spesifik olmayan yanışından dolayı enzimatik yanma olarak anılır. Biyokimyasal araÅŸtırmalar iki hem peroksidazının lignin degredasyonu ile iliÅŸkili olduÄŸunu göstermiÅŸtir. Peroksidazlar, yaygın substrat spesifikliÄŸine sahip enzimlerdendir. Bazı araÅŸtırmacılar kara turptan elde edilen peroksidazların sulu karışımlarından fenol ve diÄŸer aromatik kirleticilerin uzaklaÅŸtırılmasında yararlanılabileceÄŸini ortaya koymuÅŸlardır.
MnP’lar (EC 1.11.1.13 Mn (II): Hidrojen peroksit oksidoredüktaz Mn2-, Mn3-, ara redoks çifti olarak kullanılarak fenolik substratlar üzerinde tamamen bir fenol oksidaz gibi davranır.
Lakkazlar (Lac), (EC 1.10.3.2. Benzendiol : O2 oksidoredüktaz geniş bir substrat spesifikliğine sahip gerçek bir fonol oksidazdır. Bu enzim ile fenolik bileşikler ve fenolik lignin alt birimleri ya radikallerden tek elektron çekilerek yükseltgenir veya polimerizasyona yada depolimerazasyona uğrarlar.
LIP (EC 1.11.1.14 diarilpropan, oksijen, hidrojen peroksit oksidoredüktaz için uygun substratlar, fenolik olmayan metoksiller için uygun substratlar, fenolik olmayan metoksiller ve lignin alt birimleridir. Genelde, moleküler oksijen katyon radikalleri ile çok yavaş reaksiyon verir. Radikal katyonlar oksijenle hemen reaksiyon veren diğer radikallere kolayca dönüşürler. [6]
3.4. İleri Koagülasyon ile Arıtım
Çoğu arıtma tesisinde bulanıklığı arıtmak için kullanılan kimyasal koagülasyon işlemi,
optimize edildiği zaman bulanıklığın yanı sıra dezenfeksiyon yan ürünlerini oluşturun organik maddelerin de arıtımını sağlamaktadır. Bu prosesin, aktif karbon adsorpsiyonuna göre avantajları;
1. İlk yatırıma gerek olmaması yada çok az miktarda olması
2. Proses maliyetine çok az bir artış getirmesi
3. Proses detaylarının iyi bilinmesi
olarak belirtilmektedir.
Bu amaçla, hem aliminyum hem de demir tuzları etkin olarak kullanılabilmektedir.
3.5. Membran Filtrasyonu ile Arıtım
Etkin ama pahalı bir diÄŸer seçenek olan membran filtrasyonu da sık uygulanmamaktadır. Bu teknoloji ile, %75’den daha fazla organik karbon giderimi elde etmek için molekül ağırlıkları 200-500 detan arası olan organikleri tutabilen özellikle membran içeren nanofiltrasyon cihazlarının kullanımı gerekmektedir. ÇoÄŸu uygulamada, membran bozulmasını önlemek amacıyla ön arıtma gerekli olmaktadır. Buda maliyeti arttıran bir diÄŸer unsur olarak ortaya çıkamktadır.
Membran sistemlerinin hali hazırda atık sudan boyayı uzaklaştırmada, arıtmadan çıkan suyun yeniden kullnılması ve bazı boyar maddelerin geri kazanımı gibi çok iyi avantajları vardır. Şu anda ticari amaçlı olarak kullanılan membran sistemleri olarak ultrafiltrasyon, ters osmoz, gaz ayırma ve elektrodiyaliz sayılabilir. [6,9]
3.6. pH ve Nötralizasyon ile Arıtım
Endüstriyel atık sular, kullanılan prosese göre asidik veya bazik karakter gösterir. Bu atıklara boşaltım işlemi yapılmadan yada diğer arıtım yöntemleri kullanılmadan önce nötralizasyon işlemi yapılması gerekir. Bir biyolojik arıtım ünitesindeki optimum pH 6.5-8.5 arasındadır.
3.7. Biyolojik Yöntemler
Biyolojik arıtım, atık su içindeki çözünmüş yada asılı organik maddelerin mikroorganizmalarla parçalanarak kararlı inorganik bileşiklere dönüştürülmesi ve çökebilen mikroorganizmaların oluşturulmasıdır. Organik kirleticilerin parçalanarak zararsız maddelere dönüştürülmesi çok sayıda mikroorganizma tarafından gerçekleştirilmektedir. Bu mikroorganizmalar aerobik, anaerobik ve fakültatif olarak sınıflandırılabilirler.
3.7.1. Biyosorpsiyon
Biyosorpsiyon, çeÅŸitli bileÅŸenlerin (organik, inorganik, metal iyonu, vb.) biyolojik kökenli malzemeler tarafından (biyokütle, biyopolimer vb.) ortam pH’ına baÄŸlı olarak aktif yada pasif alınımı olarak tanımlanır. Pasif alınım, biyosorbent yüzeyindeki aktif merkezlere yüzey adsorpsiyonu, kompleks ve ÅŸelat oluÅŸumu gibi mekanizmalarla gerçekleÅŸirken, aktif alınım ise, kirleticinin hücre içine alınımı ÅŸeklinde olup, kovalent baÄŸ oluÅŸumu, yüzey çöktürme, redoks reaksiyonları, hücre zarında stoplazmaya taşınım ve stoplazmadaki protein, lipit gibi yapılara baÄŸlanma ÅŸeklinde olur.
Tekli organik kirleticilerin mikroorganizmalarla biyosorpsiyonu konusundaki çalışamlar ise oldukça yeni olup, literatürde R. arrhizus ve aktif çamurla fenol ve türevlerinin biyosrpsiyonu ile ilgili çalışmalar mevcuttur. (Kennedy et al., 1992; Brandt et al., 1997; Yener, 1997; Aksu ve Yener, 1998)
Bilindiği gibi endüstriyel atık sular ise çok sayıda ağır metal iyonunu ve organik kirleticiyi bir arada içermektedir. Literatürde çoklu metal iyonu karışımıyla ilgili yeterli sayıda biyosorpsiyon çalışması bulunmasına karşın, organik kirletici ve metal iyonu bir arada içeren atıksuların biyosorpsiyonla arıtımı üzerine araştırmalar oldukça yenidir.
Mikroorganizmanın ve adsorplanan bileşenin türü, mikroorganizmanın yüzey özellikleri ve yapısındaki bileşenler biyosorpsiyonu etkileyen parametrelerdendir. Ayrıca adsorpsiyonu etkileyen bütün parametreler biyosorpsiyonu da etkilemektedir.
3.7.2. Biyosorbent
Mikroorganizmaların adsorpsiyon işleminde kullanılmasında, adsorpsiyon malzemesine biyosorbent denir. Aktif çamur en yaygın kullanım alanına sahip biyosorbentlerdendir. Üretim proseslerine bağlı olarak aerobik ve anaerobik aktif çamur olarak iki grupta toplanır.
3.7.2.1. Aerob Aktif Çamur
Aerob aktif çamur, insan faliyetleri sonucu gelişen doğal biyolojik prosestir. Kanalizasyon ve herhangi bir organik atığın belirli bir süre havalandırılması, içerdiği organik maddelerin indirgenmesi ve yumaklanmış çamur oluşumuyla elde edilir. Aerob aktif çamur, içerdiği mikroorganizmalarla organik atıkları, CO2, su ve enerjiye dönüştüren havalı (aerobik) biyokimyasal bir prosestir. Bu proses sırasında mikroorganizmalar hem kendi enerjilerini hemde sentez gereksinimlerini karşılarlar. Arıtılan atık suyun niteliği, kullanılan biyolojik arıtma sistemi ve çalışma koşullarına göre çok geniş bir dağılım gösteren bu mikroorganizma karışımı genelde dört ana grupta toplanır. Bunlar; topaklaşmayı sağlayan mikroorganizmalar, saprofitler, diğer canlılarla beslenen organizmalar ve zararlı organizmalardır. Topaklaşmayı sağlayan mikroorganizmalar en önemli mikroorganizmalardır. Çünkü bunlar atık sudan aktif çamurun ayrılmasını kolaylaştırırlar. Saprofitler organik maddelerin parçalanmasını sağlar. İki tür olup birincil saprofitler doğrudan organik maddelerin parçalanmasını, ikinciller ise birincil saprofitlerin ürettiği metabolitlerin yükseltgenmesini sağlarlar.
Aerob aktif çamur içerisinde diğer mikroorganizmalarla beslenen organizmaların çoğunu bakterilerle yaşamını sürdüren protozoalar oluşturur. Aerob aktif çamur içerisindeki organizma popülasyonu, sadece çok geniş ekolojik organizma grupları tanımı ile ifade edilebilecek kadar karışıktır. Bunlar çoğunlukla bakteriler protozoalar (Sorcodina, Mestigofona, Öglena, Silomonas, Oi komonas, Siliset-Paramecium, Tetrahimena, Verticelle, Glaucomo, Espistile) metozoalar ve mantarlardır. Güneş ışığının varlığında algler de bulunur.
3.7.2.2. Anaerob Aktif Çamur
Anaerobik aktif çamur prosesleri mikrobiyolojik olarak komplekstir. Ortamda az miktarda mantar ve protozoa bulunmasına karşın, proses bakteri aktivitesine bağlı olarak ilerler. Bu işlemde ortamda bulunan bakteriler üç grupta toplanır. Bunlar; hidrolitik, fermantasyon yapabilen ve metanojenik bakterilerdir.
Anaerobik aktif çamurun üremesinden sonra ortamdaki metanojenik organizmaların miktarı oldukça fazladır. Bu türler saf kültür içinde üreyemez. Fermentasyon yapan organizmaların üremesi işleminden sonra ortaya çıkan metan gazı varlığında son ürün olarak ortaya çıktıkları düşünülmektedir. Atık suların biyolojik yollardan arıtılmasında bazı üstünlükleri nedeni ile sürekli karıştırmalı biyolojik reaktörler yaygın olarak kullanılmaktadır. Tek kademeli biyolojik reaktörlere göre çok kademeli biyolojik reaktörler arıtım içim daha kullanışlıdır. Çünkü bir kademeden diğerine geçiş olduğu için mikroorganizmalar toksik ortama uyum sağlamakta ve böylelikle toksik madde mikroorganizmalara şok etkisi yapmamaktadır. [3,16]
Çok kademeli biyolojik reaktör şeması şekil 3.7.1. de görülmektedir.
Şekil 3.7.1. Çok Kademeli Biyolojik Reaktör Şeması
4. KAYNAKLAR
[1] Su Kirliliği Yönetmeliği, 1988, Resmi Gazete, 4 Eylül, Sayı, 19919
[2] Tünay, O., 1996, Endüstriyel Kirlenme Kontrolü, İ.T.Ü. Yayınları, İstanbul
[3] Akpınar, D., 1998, Endüstriyel Atık Sulardaki Fenol ve Ağır Metal İyon Karışımlarının Adsorpsiyon / Biyosorpsiyonunun Karşılaştırmalı İncelenmesi, Yüksek Mühendislik Tezi, Hacettepe Üniversitesi, Ankara
[4] Koçhisar, N., 1989, Endüstriyel Atık Sulardan Fenol Giderilmesi, Yüksek Mühendislik Tezi, Ondokuzmayıs Üniversitesi, Samsun
[5] Lin, H., Wang, C., 2002, Treatment of High-Strength Phenolic Wastewater by a New Two-Step Method, Elsevier Science B.V., B90, 205-216, Taiwan
[6] Baklaya, N., 1998, Pestisitlerin Alıcı Su Ortamlarına Etkileri, I. Atık Su Sempozyumu kitabı içinde (Editörler; V. Atlı, İ. Belenli), 310-315, Kayseri
[7] Kabasolak, B., 1998, Atık Su-Atık Su Arıtımı ve Alıcı Ortamlara Etkileri, I. Atık Su Sempozyumu kitabı içinde (Editörler; V. Atlı, İ. Belenli), 299-303, Kayseri
[8] Vigneswaran, S., Visvananathan, C., 2000, Water Treatment Processes, Boca Raton, Florida
[9] Yetiş, Ü., Dilek, F., Su Kaynaklarında Kirlenme, Yerel Yönetimler Araştırma ve Eğitim Merkezi Yayınları, Ankara
[10] Banat, F., A., Al-Bashir, B., Al-Asheh, S., Hayajneh, O., 2000, Adsorption of Phenol by Bentonite, Elsevier Science Ltd., 107, 391-398, Jordan
[11] Viraraghavan, T., Flor de Maria Alfaro, 1998, Adsorpsition of Phenol from Westewater by Peat, Fly ash Bentonite, Elsevier Science B.V., 57,59-70, Canada
[12] Altunok, S., 1994, Atık Sulardan Fenolün Adsorpsiyon Yöntemi ile Giderilmesi, Yüksek Mühendislik Tezi, Atatürk Üniversitesi, Erzurum
[13] Wu, F., Tseng, R., Juang, R., 1999, Pore Structure and Adsorption Performence of the Activated Corbans Prepared from Plum Kernels, Elsevier Science B.V., B69, 287-302, Taiwan
[14] Şengül, F., Küçükgül, Y., 1995, Çevre Mühendisliğinde Fiziksel-Kimyasal Temel İşlemler ve Süreçler, Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Yayınbları, 3. Baskı, İzmir
[15] Tünay, O., 1991, Kimyasal Arıtma, Endüstriyel Atık Su Arıtımı Kitabı içinde (Editör; G. Kocasoy), TMMOB Kimya Mühendisleri Odası Yayını, 119-140, Ankara
[16] Pekin, B., 1983, Biyokimya Mühendisliği, 2. Kitap, Kısım 3, Ege Üniversitesi Kimya Fakültesi Yayınları, İzmir
