Toz aktif karbon ile geosmin ve 2-MIB giderim verimine gözenek boyutunun etkisi
The effect of pore size on the efficiency of geosmin and 2-MIB removal by powdered activated carbon
Yazar: MELİKE HURİ YAVUZ
Danışman: PROF. DR. AYSEL ÇAĞLAN GÜNAL ; PROF. DR. MEHMET ÇAKMAKCI
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Bilimleri Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Aktif karbon = Activated carbon ; Gözenek = Pore ; Karbon = Carbon ; İçme suyu = Drinking water

Özet:
Yüzeysel su kaynaklarında alg oluşumlarının artışı ile birlikte tat ve koku problemleri de oluşmakta olup tat ve kokuya genellikle 2-metilisoborneol (2-MIB) ve geosmin (GSM) varlığı sebep olmaktadır. Bu çalışmada, Ankara ili Kurtboğazı Barajı sularında tat ve koku problemlerine neden olan 2-MIB ve GSM'in toz aktif karbon (TAK) ile arıtılabilirliği araştırılmıştır. Aktif karbon özelliklerinin tat ve koku giderimine etkisinin değerlendirilebilmesi amacıyla, ticari olarak sıkça kullanılan, farklı özelliklerde üç toz aktif karbon numunesi kullanılmıştır. Kurtboğazı Barajı sularında dört mevsim boyunca 2-MIB ve GSM'in mevsimsel olarak değişimi incelenmiştir. 2-MIB ve GSM seviyeleri sırasıyla 1,108-39,064 ng/L ve 2,559-47,351 ng/L aralığında bulunmuştur. 2-MIB ve GSM konsantrasyonlarının düşük olduğundan numunelere harici olarak 50, 100, 200, 250 ve 500 ng/L konsantrasyonlarında GSM ve 2-MIB ilave edilmiş ve sonrasında da 5, 10, 20 ve 40 mg/L TAK eklenmiştir. TAK numunelerinin BET, FTIR, SEM analizi ile metilen mavisi, iyot sayısı ve nem tayini analizleri yapılmıştır. BET analizi ölçüm değerleri t-plot, Dubinin Astakhov, Dubinin Radushkevich, Horvath-Kawazoe analizleri ile aktif karbon numunelerinin gözenek yapıları incelenmiştir.  BET analizlerinden elde edilen izoterm grafiklerine göre WOS PL 1000 ve Aquasorb MP 23'ün Tip I, Aquasorb LP 39'un ise Tip II izoterm eğrisine uygun olduğu görülmüştür. 2-MIB ve GSM adsorpsiyon çalışmalarında; başlangıç çözelti derişimi ve temas süresinin adsorpsiyona etkileri incelenmiştir. İlk 15 dakika temas süresi boyunca adsorpsiyon çok hızlı gerçekleşmiş ve 75. dakika sonunda hızın azaldığı belirlenmiştir. Elde edilen deneysel sonuçlarla Freundlich, Langmuir, Temkin, Dubinin Radushkevich, Redlich Peterson ve BET izotermleri ile birinci ve ikinci derece kinetik eğrileri oluşturulmuştur. En uygun izoterm Freundlich ve Dubinin Radushkevich izotermleri olarak belirlenmiş ve ikinci derece kinetiğin R2 değeri daha yüksek bulunmuştur. Maksimum adsorpsiyon kapasitesi 5 mg/L TAK dozajında elde edilmiş ve bu dozaj seviyesinde Kf adsorpsiyon kapasiteleri WOS PL 1000, Aquasorb MP 23 ve Aquasorb LP 39 için sırasıyla 2-MIB için 204,41, 200,68 ve 90,72; GSM için 228,61, 197,11 ve 58,09 olarak hesaplanmıştır. Adsorpsiyon enerjileri ise Dubinin-Radushkevich izotermine göre 5 mg/L TAK dozajında adsorpsiyon kapasiteleri WOS PL 1000, Aquasorb MP 23 ve Aquasorb LP 39 için sırasıyla 2-MIB için 4,77 kJ/mol, 4,01 kJ/mol ve 4,12 kJ/mol; GSM için 4,94 kJ/mol, 4,38 kJ/mol ve 4,36 kJ/mol tespit edilmiştir.

Abstract:
With the increase in algae growth in surface water resources, taste and odor problems also occur, and taste and odor are usually caused by the presence of 2-methylisoborneol (2-MIB) and geosmin (GSM). In this study, the treatability of 2-MIB and GSM, which cause taste and odor problems in Ankara Kurtboğazı Dam waters, with powdered activated carbon (PAC) was investigated. In order to evaluate the effect of activated carbon properties on taste and odor removal, three commercially frequently used powdered activated carbon samples with different properties were used. The seasonal variation of 2-MIB and GSM in the waters of Kurtboğazı Dam during four seasons was investigated. 2-MIB and GSM levels were found in the range of 1,108-39,064 ng/L and 2,559-47,351 ng/L, respectively. Since 2-MIB and GSM concentrations were low, GSM and 2-MIB were added to the samples externally at concentrations of 50, 100, 200, 250 and 500 ng/L, and then 5, 10, 20 and 40 mg/L PAC was added. BET, FTIR, SEM analysis of PAC samples and methylene blue, iodine number and moisture determination analyzes were performed. BET analysis measurement values, t-plot, Dubinin Astakhov, Dubinin Radushkevich, Horvath-Kawazoe analyzes and pore structures of activated carbon samples were investigated. According to the isotherm graphs obtained from BET analyzes, it was observed that WOS PL 1000 and Aquasorb MP 23 were suitable for Type I and Aquasorb LP 39 were suitable for Type II isotherm curves. In 2-MIB and GSM adsorption studies; the effects of initial solution concentration and contact time on adsorption were investigated. During the first 15 minutes of contact time, the adsorption was very fast and it was determined that the rate decreased at the end of the 75th minute. With the experimental results obtained, Freundlich, Langmuir, Temkin, Dubinin Radushkevich, Redlich Peterson and BET isotherms and first and second order kinetic curves were created. The most suitable isotherm was determined as Freundlich and Dubinin Radushkevich isotherms, and the R2 value of the second order kinetics was found to be higher. The maximum adsorption capacity was obtained at 5 mg/L PAC dosage, and the Kf adsorption capacities at this dosage level were 204,41, 200,68 and 90,72 for 2-MIB for WOS PL 1000, Aquasorb MP 23 and Aquasorb LP 39, respectively; and it is calculated as 228,61, 197,11 and 58,09 for GSM. The adsorption energies were determined according to the Dubinin-Radushkevich isotherm are 4,77 kJ/mol, 4,01 kJ/mol and 4,12 for 2-MIB for WOS PL 1000, Aquasorb MP 23 and Aquasorb LP 39, respectively; 4,94 kJ/mol, 4,38 kJ/mol and 4,36 kJ/mol for GSM.