Klorlu organik bileşiklerle kirletilmiş yeraltı sularının sıfır değerlikli demir içeren geçirgen reaktif bariyerlerle arıtılması
Treatment of chlorinated organic compounds contaminated groundwater with iron-based permeable reactive barrier
Yazar: SEVDA ELİBOL
Danışman: YRD. DOÇ. DR. SEVGİ KOCAOBA
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Analitik Kimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Çeşitli endüstrilerden, tarım ve temizlik işlemlerinden kaynaklanan halojenli organikler, çoğunlukla yeraltı ve yüzeysel sularda ciddi ve dirençli bir kirliliğe neden olmaktadır. Kanserojen oldukları düşünülen bu bileşikler, su ortamında kolayca çözünerek, form değiştirirler, fakat doğal yollarla kolayca parçalanıp sudan uzaklaşmazlar. Maalesef, ülkemizdeki yönetmelikler, yeraltı ve yüzeysel sularından temin edilen içme sularında bu dirençli kirleticilerin, izlenmesini gerekli kılmamaktadır. İnsan vücuduna özellikle içme suyu ile giren bu organiklerin yol açabilecekleri tehlikeler göz önünde bulundurulduğunda, su ortamından mutlaka uzaklaştırılmaları gerekmektedir.Halojenli organiklerin en sorunluları trikloroeten (TCE), tetrakloroeten (PCE), trikloroetan (TCA), kloroform (CF), tetrakloroetan (TeCA) ve dikloroetan (DCA) gibi klorlu bileşikler olarak düşünülmektedir. Uygun bir elektron verici kullanılırsa bu bileşikler indirgenerek halojensizleştirilebilirler. Klorlu organik bileşiklerle kirletilmiş yeraltı sularının arıtılmasında, sıfır değerlikli demir (ZVI) yaygın olarak kullanılan elektron vericilerdendir.Bu çalışmada, sentetik besleme suyundaki 10 mg/L 1,1,2,2-TeCA ve 1,2-DCA'ın arıtımında iki seri anaerobik bariyer sistemi kurulmuştur. Birinci kolondaki reaktif bariyer sıfır değerlikli demir ve adsorban olmayan silika kum ile doldurulmuş ve Fe kolonu olarak adlandırılmış; ikinci kolon ek olarak yavaş salınımlı karbon kaynağı olan polihidroksibutirat (PHB) ile doldurulmuş ve Fe-PHB kolonu olarak adlandırılmıştır. Sistemlerin ortalama alıkonma zamanı, klorür içeren izleme çözeltisi ile Fe kolonunda 578,91 dak., Fe-PHB kolonunda781,25 dak.; kolonların hızları sırasıyla 1,33 mL/dak., 1,13 mL/dak; gözenek hacimleri 769,95 mL, 882,81 mL; gözeneklilikleri ise sırasıyla 0,39 ve 0,45 olarak belirlenmiştir. Her iki kolonun ilk 20 günde 1,1,2,2-TeCA'ın uzaklaştırılma oranı yaklaşık % 99 iken, daha sonra Fe kolonunda bu oran hızla azalarak 50. günden sonra % 45'in altına düşmüştür. Demir yüzeyinde pasivasyonun oluşmasından kaynaklı 60. günden itibaren uzaklaştırılma oranı % 5 ile % 40 arasında değişkenlik göstermiştir. Fe-PHB kolonunda ise 20 ile 60. günler arasında bu oran % 70-90 arasında değişkenlik göstermiş ve uzaklaştırılma oranındaki düşüş Fe kolonundaki kadar hızlı gerçekleşmemiştir. Bunun sebebi demir yüzeyinde pasifleşmenin daha geç ve yavaş meydana gelmesidir. Böylece 80 ile 200. günler arasında 1,1,2,2-TeCA'ın uzaklaştırılma oranı ortalama % 60 olarak gözlenmiştir. 1,1,2,2- TeCA'ın degradasyonu sonucunda, TCE, cis-DCE, trans-DCE degradasyon ürünleri olarak gözlenmiştir; ancak bu degradasyon ürünleri amaçlandığı şekilde tamamen giderilememiş, indirgenerek halojensizleştirmesinin son ürünü olan etilen ve etan belirlenememiştir. Bu yüzden kolonların çıkış çözeltisi, kirleticilerin tutulması için aktif karbondan geçirilmiştir. Aynı zamanda çalışmada klorsuzlaştırma üzerinde, PHB ve onun degradasyon ürünleri olan uçucu yağ asitlerinin (UYA) etkileri araştırılmıştır. Ayrıca abiyotik degredasyona karşı direnç gösteren 1,2-DCA için klorsuzlaştırmayı sağlayan mikroorganizma kültürü hazırlanmış ve kolonlara aşılama yapılmıştır. Bunun sonucunda 140 gün süreyle ZVI'e direnç gösteren 1,2-DCA mikrobiyolojik degradasyona uğramış ve konsantrasyonunda azalma gözlenmiştir.Sonuç olarak, kolon deneylerinde 1,2-DCA'nın mikroorganizmalar olmaksızın sadece ZVI ile degredasyonunun gerçekleşmediği gösterilmiş ayrıca kolon çalışmaları ile 1,1,2,2-TeCA'ın indirgenerek klorsuzlaştırma olarak adlandırılan degredasyon süreçleri onaylanmış ve PHB ile ZVI'ın uyumlu bir sistem oluşturduğu doğrulanmıştır. Böylece ZVI'in, polimer varlığında da klorlu solventlerle kirlenmiş suların arıtılması için kullanılabileceğini göstermiştir. Kolonda yapılan deneyler süresince elde edilen veriler PHB ile zenginleştirilen sistemin daha uzun vadede performans gösterdiğini doğrulamıştır.Anahtar Kelimeler: İndirgenerek halojensizleştirme; Sıfır değerlikli demir, Klorlu organik bileşikler, Yeraltı suyu, Polihidroksibutirat, Geçirgen reaktif bariyerler

Abstract:
Halogenated organics resulting from the fields of industry, agriculture, and cleaning operations cause usually serious and persistent contamination in ground and surface waters. They are suspected carcinogenic compounds. They easily dissolve and may vary their forms in water medium, but are not easily biodegraded under natural conditions. Unfortunately, it is not required to monitor these pollutants in drinking water supplied from ground and surface water due to no standards in Drinking Water Regulation in Turkey. These compounds, which can enter into human bodies by drinking water, should be removed from water due to their potential dangers.The most troublesome of the halogenated organics are the chlorinated solvents, such as trichloroethene (TCE), tetrachloroethane (PCE), trichloroethane (TCA), chloroform (CF), tetrachloroethan (TeCA) and dichloroethan (DCA) They can be reductively dehalogenated when an appropriate electron donor is supplied. Zero valent iron (ZVI) is used commonly as an electron donor for the treatment of chlorinated organic compounds contaminated groundwater.In this study two anaerobic barrier systems were set to threat of 10 mg/L of 1,1,2,2-TeCA and 1,2-DCA in the synthetic feeding water. The first column called column of Fe, was filled with ZVI and silica sand which does not adsorb; the second column called column of Fe-PHB, was additionally filled polyhdroxybutyrate (PHB) was known slow release carbon and hydrogen source. Average residence times of systems was detected 578.91 min and 781.25 min respectively for the column of Fe and the column of Fe-PHB using by a chloride tracer test and also the flow rates of the columns were indicated as 1.33 mL/min and 1.13 mL/min; the pore volumes of the columns 769.95 mL and 882.81 mL; the porosities of the columns were 0.39 ve 0.45 respectively. For the first 20 days of the both columns? removal rate of 1,1,2,2-TeCA was about 99 % but later after the 50th day the Fe column the rate rapidly decreased below 45 %. Because of passivation on iron surface after the 60th day removal rate shows variability between 5 % to 40 %. But in the column of Fe-PHB this rate shows variability at 70-90 % between 20th day and 60 th day and this removal rate is not as rapid as Fe column. Because of the passivation on iron surface, occurred slower and later than the other column. So that removal rate of 1,1,2,2-TeCA was observed as 60 % between 80th and 100th day. Result of degradation of 1,1,2,2-TeCA; TCE, cis-DCE, trans-DCE was indicated as products of degradation. However, these products were not reduced completely as desired. The last products of reductive dehalogenation, ethylene and ethane, were not indicated. Because of that, the final solutions of the columns were filtered using activated carbon. Also the effects of PHB and its degradation products, volatile fatty acids (VFA) on dechlorination were searched. Furthermore the culture of microorganism providing the dechlorination of 1,2-DCA was prepared and inoculated in the columns. As a result of that 1,2-DCA being recalcitrant to the ZVI was degraded biotically and its concentration reduced.Consequently, the experiments in the columns degradation of 1,2-DCA was not occur only by using ZVI without microorganism and also the degradation pathway, called reductive dehalogenation of 1,1,2,2-TeCA was confirmed moreover it was verified compatibility of the system with PHB and ZVI. This showed ZVI could use also for treatment groundwater contaminated with chlorinated solvents when polymer is present in the system. The data obtained from the columns showed the column added PHB had long life performance than the other column.Key Words: Reductive dechlorination, Zero Valent Iron, Chlorinated Organic Compounds, Groundwater, Polyhydroxybutyrate, Permeable Reactive Barriers