Sularda ve endüstriyel atıksularda bor kirliliği: Kaynakları, çevresel etkileri ve giderim yöntemleri
Boron pollution in water and industrial wastewater: Sources, environmental effects, and removal methods
Yazar: OKTAY İÇÖZ
Danışman: DOÇ. DR. EMİNE CAN GÜVEN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Çevre Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Borun ilk ne zaman kullanılmaya başlandığı ile ilgili çok net bir bilgi bulunmamakla birlikte, bor ürünlerinin kullanımının Babillilerden başlayarak yaklaşık 6000 yıl önceye dayandığı bildirilmektedir. İlk bor işletmesinin ise 18. yüzyıl başlarında İtalya'da kurulmuş olduğu bilinmektedir. Bor mineralleri, çeşitli madencilik yöntemleri kullanılarak çıkarıldıktan sonra birtakım fiziksel işlemlere tabi tutulur. Konsantre veya tüvenan cevher, kimyasal süreçlerle rafine edildikten sonra çeşitli bor ürünlerine dönüştürülmektedir. Ekonomik kullanışlılığı ve endüstriyel vazgeçilmezliğinin yanı sıra borun çevre sağlığı üzerinde olumlu ve olumsuz etkileri bulunmaktadır. Bu etkiler özellikle bitkilerde çok daha net gözlemlenebilmektedir. Bu etkilerin iyi anlaşılması uygun bir arıtma stratejisinin belirlenmesi açısından son derece önem arz etmektedir.
Bor, küçük atom yarıçapı ve yüksek iyonizasyon enerjisi nedeniyle kovalent bağlarla bileşik oluşturma eğiliminde olan bir elementtir. Sulu çözeltilerde bor genellikle poliborat anyonik türleri, nötr borik asit molekülleri ve tek negatif yüklü boratlar formunda bulunur. Borik asit suda kolayca çözünür fakat kolayca oksitlenmez veya ayrışmaz. Borik asit ve borat elektron eksik olan yapıları nedeniyle sulu ortamlardaki polihidroksi bileşiklerle kolaylıkla kompleksler oluştururlar. Borik asitin Stokes yarıçapı, çoğu ters ozmoz membranının gözenek boyutundan daha küçüktür. Bu nedenle nötr veya daha düşük pH değerlerinde filtrasyon ile borun tamamen giderimi oldukça zordur. Atıksulardan bor giderim yöntemleri arasında kimyasal çökeltme, kimyasal koagülasyon, elektrokoagülasyon, kimyasal okso çökeltme, adsorpsiyon, membran filtrasyonu ve sıvı - sıvı ekstraksiyon gibi yöntemler bulunmaktadır. Tercih edilen yöntem; başlangıç bor konsantrasyonu, arıtılmak istenen bor seviyesi, atıksu bileşimi, maliyet etkinliği ve uygulanabilirlik gibi faktörlere bağlıdır. Bununla birlikte arıtılan suyun kullanım amacına göre çoğu zaman tek bir yöntem yeterli gelmemekte ve iki veya daha fazla yöntemin entegrasyonu gerekmektedir. Ayrıca asıl önemli olanın, kirliliğin giderilmesinden ziyade kaynağında önlenmesi olduğu ve bunun da mümkün mertebe her işlem kademesinde verimlilik artışı ile sağlanabileceği unutulmamalıdır.

Abstract:
Although there is no clear information about when boron was first used, it is reported that the use of boron products dates back approximately 6000 years, starting with the Babylonians. It is known that the first boron mine was established in Italy at the beginning of the 18th century. Boron minerals are subjected to some physical processes after being extracted using various mining methods. Concentrated or run-of-mine ore is converted into various boron products after being refined by chemical processes. In addition to its economic usefulness and industrial indispensability, boron has positive and negative effects on environmental health. These effects can be observed much more clearly, especially in plants. A good understanding of these effects is extremely important in determining an appropriate treatment strategy.
Boron is an element that tends to form compounds with covalent bonds due to its small atomic radius and high ionization energy. In aqueous solutions, boron generally exists in the form of polyborate anionic species, neutral boric acid molecules, and negatively charged borates. Boric acid dissolves easily in water but does not oxidize or decompose easily. Boric acid and borate easily form complexes with polyhydroxy compounds in aqueous environments due to their electron-deficient structures. The Stokes radius of boric acid is smaller than the pore size of most reverse osmosis membranes. Therefore, it is very difficult to completely remove boron by filtration at neutral or lower pH values. Boron removal methods from wastewater include methods such as chemical precipitation/coagulation, electrocoagulation, chemical oxo precipitation, adsorption, membrane filtration, and liquid-liquid extraction. The preferred method depends on factors such as initial boron concentration, desired boron level to be treated, wastewater composition, cost-effectiveness, and applicability. However, depending on the intended use of the treated water, a single method is often not sufficient and the integration of two or more methods is required. In addition, it should not be forgotten that the most important thing is to prevent pollution at its source rather than eliminating it, and this can be achieved by increasing efficiency at every process level as much as possible.