İyonlaştırıcı radyasyon ile atıksu arıtma tesisi çıkış sularındaki çeşitli mikrokirleticilerin arıtılması
Ionizing radiation treatment of various micropollutants in the effluents of wastewater treatment facility
Yazar: AYŞENUR GENÇ
Danışman: PROF. DR. ORHAN ACAR ; PROF. DR. MAHİR İNCE
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Analitik Kimya Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Artan dünya nüfusu ve suya olan talebin artması, atıksuların arıtma sonrası tekrar kullanımını zorunlu hale getirmiştir. Bununla birlikte mevcut evsel atıksu arıtma tesislerinin çıkış suları içerdiği mikrokirleticiler nedeniyle doğrudan kullanıma sunulamamaktadır. Mikrokirleticiler, arıtma çıkış sularında genellikle ng/L ile µg/L seviyesinde eser miktarlarda bulunurlar. Düşük derişim, hem analiz hem de arıtma sürecinde güçlüklere neden olur.  Bu çalışma ile evsel atıksu arıtma tesisi çıkış sularında yaygın olarak bulunan 13 mikrokirleticinin (ketoprofen, ibuprofen, dietil ftalat, difenil amin, diklofenak sodyum, triklosan, bisfenol-A, 17-β-estradiol, estriol, 17-α-etinil estradiol, estron, 4-oktil fenol, 4-nonil fenol) iyonlaştırıcı radyasyonla arıtılması ve minerilizasyonunun sağlanması araştırılmıştır. İlk olarak bu mikrokirleticilerin tespit edilebilmesi amacıyla doğrulanmış bir analitik metodoloji geliştirilmiştir. Geliştirilen bu metodoloji ile atıksu örneklerindeki 10 hedef mikrokirleticinin (ketoprofen, ibuprofen, dietil ftalat, difenil amin, diklofenak sodyum, triklosan, bisfenol-A, 17-β-estradiol, estron, 4-oktil fenol) derişiminin gözlenme sınırlarının üzerinde olduğu tespit edilmiştir. Atıksu örnekleri, 0-50 kGy arasında değişen dozlarda gama ışınlarına maruz bırakılmıştır. 30 kGy dozda yapılan ışınlama işlemi sonrasında atıksu örneklerinin renk, pH ve TOK ve KOİ değerlerinde sırasıyla %100, %5 ve %43 ve %40'lık bir azalma gözlemlenmiştir. Işınlanmamış atıksu örneklerinde tespit edilen hedef mikrokirleticiler için optimum ışınlama dozları ve arıtma verimleri sırasıyla, 10 kGy ışınlama dozunda; ibuprofen (%86), diklofenak (%93), difenilamin (%79), triklosan (%98), 20 kGy ışınlama dozunda; bisfenol-A (%97), 30 kGy ışınlama dozunda ketoprofen (%78) ve dietil ftalat (%83) şeklinde bulunmuştur. İyonlaştırıcı radyasyonla arıtma verimini artırmak ve işlemi düşük doz değerlerinde gerçekleştirmek için farklı derişimlerde (%0,1; %0,5; %1,0 (v/v)) hidrojen peroksit eklenmiş ve ışınlamalar gerçekleştirilmiştir. Genel olarak %0,5 (v/v) hidrojen peroksit derişimi, tüm hedef kirleticilerin arıtma verimini artırdığı tespit edilmiştir. Bir molekülün %90'ının giderilmesi için gereken en düşük absorbe doz triklosan için bulunmuştur (10,5 kGy).

Abstract:
The increasing world population and demand for water have made the reuse of wastewater after treatment mandatory. However, the effluents of existing domestic wastewater treatment plants cannot be used directly because of the micropollutants they contain. Micropollutants are generally found in trace amounts in treatment effluents, ranging from nanograms to micrograms per liter. Low concentrations cause difficulties in both analysis and purification processes. In this study, the treatment and mineralization of 13 micropollutants (ketoprofen, ibuprofen, diethyl phthalate, diphenyl amine, diclofenac sodium, triclosan, bisphenol-A, 17-β-estradiol, estriol, 17-α-ethinyl estradiol, estrone, 4-octyl phenol, 4-nonyl phenol) commonly found in domestic wastewater treatment plant effluents were investigated using ionizing radiation. First, a validated analytical methodology was developed to detect the micropollutants. With this developed methodology, it was determined that the concentrations of 10 target micropollutants (ketoprofen, ibuprofen, diethyl phthalate, diphenyl amine, diclofenac sodium, triclosan, bisphenol-A, 17-β-estradiol, estrone, 4-octyl phenol) in wastewater samples were above the limit of detection. Wastewater samples were exposed to gamma rays at doses of 0-50 kGy. After irradiation at a dose of 30 kGy, decreases of 100%, 5%, 43%, and 40% were observed in the color, pH, TOC, and COD values of the wastewater samples, respectively. Optimum irradiation doses and treatment efficiencies for target micropollutants detected in non-irradiated wastewater samples are expressed, respectively, at an irradiation dose of 10 kGy; ibuprofen (86%), diclofenac (93%), diphenylamine (79%), and triclosan (98%) at an irradiation dose of 20 kGy; bisphenol-A (97%), ketoprofen (78%), and diethyl phthalate (83%) at an irradiation dose of 30 kGy. To increase the treatment efficiency by using ionizing radiation and to carry out the treatment process at low dose values, hydrogen peroxide was added at different concentrations (0.1%, 0.5%, and 1.0% (v/v)), and irradiation was performed. In general, it has been determined that a 0.5% (v/v) hydrogen peroxide concentration increases the treatment efficiency of all target pollutants. The lowest absorbed dose required to remove 90% of a molecule was found for triclosan (10.5 kGy).