Farklı bölgelerden alınan uçucu küllerin ağır metal iyonlarının adsorbansında kullanımının geliştirilmesi
Improvement method for usage of fly ashes from different areas at adsorption of heavy metal ions
Yazar: ŞEYMA KÖLEMEN
Danışman: YRD. DOÇ. DR. NURCAN TUĞRUL
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Adsorpsiyon = Adsorption ; Ağır metaller = Heavy metals ; Paletleme = Palletizing ; Uçucu kül = Fly ash

Özet:
Uçucu kül termik santrallerde açığa çıkan önemli bir atık olup, kullanılan kömürün yanması nedeniyle baca tarafından çekilen gazlarla birlikte yukarıya sürüklenen çok ince parçacıklar olarak tanımlanmaktadır. Dünya'da ortaya çıkan uçucu kül miktarı yılda 600 milyon ton civarındadır. Dünya'da üretilen toplam uçucu külün % 25'den daha azı değerlendirilmektedir. Ülkemizde son yıllarda artan enerji ihtiyacı termik santrallerin yaygınlaşmasını kaçınılmaz hale getirmiştir. Türkiye'de faaliyet gösteren termik santrallerde yaklaşık olarak yılda 13 milyon ton uçucu kül elde edilmektedir. Bu miktarın önümüzdeki yıllarda enerji tüketimine bağlı olarak daha da artacağı düşünülmektedir. Ülkemizde 2020 yılına kadar yılda 50 milyon ton atık külün ortaya çıkması beklenmektedir. Termik santrallerden açığa çıkan atıkların, önemli çevre sorunları yarattığı bilinmektedir. Bu atıkların inşaat sektöründe, özellikle beton ve çimento üretiminde değerlendirilmesi çevresel, teknik ve ekonomik yönden büyük faydalar sağlamaktadır. Ancak ortaya çıkacak uçucu kül hacmi çok büyük olduğundan, ilave kullanım alanlarının uygulamaya geçirilmesi son derece önemlidir.Bu çalışmanın amacı; atık sularda bulunabilecek ağır metal iyonlarının adsorpsiyonu için düşük maliyetli adsorban malzemesi olarak Türkiye'nin farklı bölgelerinden alınan uçucu küllerin, bağlayıcı (bentonit, üleksit ve melas çözeltisi) katkısıyla peletlendikten sonra, atık sulardan ağır metallerin adsorplanmasında kullanılabilirliğinin incelenmesidir. Öncelikle, farklı bölgelerden alınmış olan uçucu küllerin (Orhaneli, Çatalağzı) karakterizasyon çalışmaları için, X-Işını Difraktometresi (XRD), X-Işınları Fluoresans Spektrometresi (XRF), Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektrometresi (FT-IR), morfolojik açıdan hammadelerin incelenmesi için, Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM), ve yüzey alanı analizi için Brauner-Emmett-Teller (BET) analizleri, elek analizi, serbest CaO (%) tayini, nem tayini (%) ve kızdırma kaybı tayini (%) uygulanmıştır. Daha sonra, uçucu küller farklı oranlarda bağlayıcılar olarak bentonit (% 0-10, uçucu kül miktarı üzerinden, ağ/ağ), üleksit (% 0-10, uçucu kül miktarı üzerinden, ağ/ağ) ve melas çözeltisi (0-0.75 ml; Melas : Saf su = 1 : 1) ilave edilerek peletlenmiştir. Daha sonra bu peletler çinko (Zn) ve kurşun (Pb) ağır metallerinin adsorpsiyon deneylerinde kullanılmış ve deney boyunca 30-150 dakika aralığında atık sulardan alınan numunelerin elementel analizleri gerçekleştirilmiştir.Uçucu kül türü, bentonit miktarı, üleksit miktarı, melas miktarı, süre, pelet tipi (küresel, silindirik), ağır metal türü, pH ve konsantrasyon gibi deney parametrelerinin adsorpsiyon verimi üzerindeki etkileri incelenmiştir. Küresel peletlerin çinko ve kurşunu adsorplamada yetersiz kaldıkları görülmüştür. Silindirik peletler kullanıldığı durumda, Zn adsorpsiyon verimi için optimum nokta, Orhaneli uçucu külünden yapılan peletler için; Orhaneli uçucu külü (10 gr), bentonit (% 0, uçucu kül miktarı üzerinden, ağ/ağ) ve melas (0.25 ml); Çatalağzı uçucu külünden yapılan peletler için; Çatalağzı uçucu külü (10 gr), bentonit (% 1, uçucu kül miktarı üzerinden, ağ/ağ) , melas (0.50 ml) dır. Pb adsorpsiyon verimi için optimum nokta, Orhaneli uçucu külünden yapılan peletler için; Orhaneli uçucu külü (10 gr), bentonit (% 1, uçucu kül miktarı üzerinden, ağ/ağ) ve melas (0.50 ml), Çatalağzı uçucu külünden yapılan peletler için; Çatalağzı uçucu külü (10 gr), bentonit (% 1, uçucu kül miktarı üzerinden, ağ/ağ), melas (0.25 ml) dır. Sonuç olarak, termik santral atığı olan uçucu küllerin, şeker sanayi atığı olan melas ve diğer bağlayıcılarla farklı yöntemlerle peletlenerek, ağır metallerin atık sudan adsorpsiyonunda adsorban malzeme olarak kullanılabileceği ve atıkların bu sayede değerlendirilebileceği görülmüştür.Anahtar Kelimeler: Uçucu kül, ağır metal, bağlayıcı, peletleme, adsorpsiyon

Abstract:
Fly ash is a significant waste that is released of thermal power plants and defined as very fine particles that are drifted uptaken by the flue gases due to the burning of coal. The amount of fly ash emerging in the world is approximately 600 million tons per year. Less than %25 of the total produced fly ash is utilized in the world. In recent years, Turkey has made inevitable of the expansion of the thermal power plants due to the increasing energy demand. In our country, approximately 13 million tons of fly ash per year are obtained at thermal power plants. It is expected that this amount will increase in the next years, depending on energy consumption. In our country, it is expected that 50 million tons of waste ash per year will be produced until 2020. It is already well known that the released waste from the thermal power plants causes significant problems. Assesment of this waste has been proven very beneficial in environmental, technical and economical terms, especially the production of concrete and cement in the construction sector. However, the amount of fly ash produced is very large, implementation of additional utilization areas are extremely important.The aim of this study is to investigate the possibility of using the pellets which consist the fly ashes taken from different regions of Turkey and binders (bentonite, ulexite and solution of molass) such as low-cost adsorbents for adsorption of heavy metals ions in waste water. First of all, fly ashes taken from different regions of Turkey were characterized by X-Ray Diffraction (XRD), X-Ray Fluorescence (XRF), Fourier Transform İnfrared Spectroscopy (FT-IR), Scanning Electron Microscope (SEM) to view the morphology of raw materials, and Brauner-Emmett-Teller analysis (BET) for surface area analysis, sieve analysis, moisture (%), CaO (%) and Loss of Ignition (LOI) (%) of fly ashes. Then, the fly ashes and binders which are bentonite (0 and 1% in terms of fly ash, w/w), ulexite (0 and 1% in terms of fly ash, w/w) and molass (0-0.75 mL) were pelletized. The pellets were used in adsorption experiments and samples from waste water were taken during the experiments in range of 30-150 minutes were analyzed.The effects of process parameters like species of fly ash, amount of bentonite, amount of ulexite, amount of molass, time, type of pellet (spherical, cylindrical), species of high metal, pH and concentration on adsorption yield were investigated. It was seen that the experiments were not carried out successfully when the spherical pellets were used at adsorption of zinc and lead. When the cylindrical pellets were used, optimum points for Zn adsorption were Orhaneli fly ash (10 gr), bentonite (0%, in terms of fly ash, w/w) ve molass (0.25 ml) for the pellets are prepared by Orhaneli fly ash and Çatalağzı fly ash (10 gr), bentonite (1%, in terms of fly ash, w/w), molass (0.50 ml) for the pellets are prepared by Çatalağzı fly ash. Optimum points for Pb adsorption were Orhaneli fly ash (10 gr), bentonite (1%, in terms of fly ash, w/w) ve molass (0.50 ml) for the pellets are prepared by Orhaneli fly ash and Çatalağzı fly ash (10 gr), bentonite (1%, in terms of fly ash, w/w), molass (0.25 ml) for the pellets are prepared by Çatalağzı fly ash. In conclusion, it was seen that fly ashes which are the waste of thermal power plants, were pelletized with molass which is the waste of sugar industry and other binders by different methods and were used for adsorption of high metals from wastewater, so the wastes can be evaluated.