İçme suyu kaynaklarında toplam organik halojenlerin oluşum potansiyelinin belirlenmesi
Determination of total organic halogens formation potential in drinking water sources
Yazar: BETÜL AYKUT
Danışman: DOÇ. DR. ŞEHNAZ ŞULE KAPLAN BEKAROĞLU
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Çevre Teknolojisi Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Dezenfeksiyon sürecinde klor gibi çeşitli dezenfektanlar suda bulunan doğal organik maddeler (DOM), antropojenik kirleticiler, bromür ve iyodür gibi bileşiklerle reaksiyona girerek mutajenik ve karsinojenik dezenfeksiyon yan ürünlerini (DYÜ) oluştururlar. Günümüzde klor, klordioksit, kloramin ve ozon kullanımından kaynaklanan 800'den fazla DYÜ oluştuğu literatürde ki çalışmalar sonucunda bulunmuştur. Klorlu sularda, ayrı ayrı oluşan DYÜ türlerinin toplamının toplam organik halojen (TOX)'un yaklaşık % 50'sine katkıda bulunduğu, kloraminli sularda ise bilinen toplam DYÜ'lerin TOX'un yaklaşık % 20'sinden daha azını oluşturduğu tespit edilmiştir. TOX, sularda bulunan organik yapıya bağlı klor, brom ve iyot içeren türlerin tamamını tanımlamak için kullanılabilen temsil edici bir parametredir. Hassas analitik yöntemler ve cihazlar gerektiren uzun süreli DYÜ analizleri yerine TOX ölçümü ile tüm halojenli yan ürünlerin belirlenmesi önemli bir avantaj sağlamaktadır. Bu bağlamda çalışmanın temel amacı içme suyu kaynaklarında toplam organik halojenlerin oluşum potansiyelinin (TOXOP) belirlenmesidir. Çalışma kapsamında 2 farklı içme suyu kaynağından (Eğirdir Gölü ve Darı Deresi Göleti) temin edilen numunelere klor, monokloramin, ozon, ozon müteakip klor ve ozon müteakip monokloramin olmak üzere 5 farklı oksidasyon senaryosu uygulanmış ve TOXOP belirlenmiştir. Tez kapsamında bromürün (100 µg/L, 300 µg/L) ve atıksuyun (%5, %10) ve her iki etki faktörünün eş zamanlı olarak TOXOP üzerinde ki etkisi değerlendirilmiştir. Tez doğrultusunda farklı toplam organik karbon (TOK) değerlerinde Eğirdir Gölü ve Darı Deresi Göleti ham sularına %5 , %10 ve %25 oranlarında atıksu eklenmiş ve klor, monokloramin ile dezenfeksiyon uygulanmıştır. Organik madde miktarında ki artışın TOXOP üzerinde ki etkisi belirlenmiştir. Tezin son aşamasında tüm dezenfeksiyon senaryoları sonucunda her iki içme suyu kaynağının kıyaslanması açısından TOX/TOK oranı hesaplanmıştır.

TOXOP'yi belirlemek için Adsorbe edilebilir organik halojen (AOX) ölçüm cihazı kullanılmış ve USEPA Metot 9020B ve TS EN ISO 9562 metotlarına uygun analizler yapılmıştır. Eğirdir Gölü oluşum potansiyeli testleri sonrasında en yüksek TOXOP'nin klorlama sonucu oluştuğu sıralamanın ise klorlama > ozon müteakip klor > ozon müteakip kloramin > kloramin > ozon senaryoları şeklinde sıralandığı belirlenmiştir. Darı Deresi Göleti için ise bu sıralama klorlama > ozon müteakip klor > ozon müteakip kloramin > ozon > kloramin şeklinde bulunmuştur. Her iki su kaynağında da 100 µg/L ve 300 µg/L bromür eklenmesi sonucu en yüksek TOXOP ozon müteakip klor senaryosunda tespit edilmiştir. İçme suyu kaynaklarında bromür konsantrasyonunun 100 µg/L'den 300 µg/L'ye artması ile TOXOP'nin azaldığı gözlemlenmiştir. Eğirdir gölü içme suyu kaynağına %5 ve %10 oranında atıksu karıştırılması ile TOXOP'nin çok fazla değişmediği gözlemlenir iken Darı Deresi Göleti için bu durum tam tersidir. Darı Deresi Göleti'nde özellikle %5 atıksu oranıyla kıyaslandığında %10 atıksu oranında ozon müteakip monokloramin senaryosu hariç tüm senaryolarda TOXOP değerlerinde artış tespit edilmiştir.

Eğirdir Gölü için organik madde içeriğinin TOXOP üzerinde etkisi açısından atıksuyun %5 oranından , %10 ve %25 atıksu ekleme oranına artışı hem klor hem de monokloramin senaryosu için TOXOP değerlerinde artış ile sonuçlanmıştır. Darı Deresi Göleti için ise atıksu oranının artması ile klor dezenfekiyonunda TOXOP'nin sürekli arttığı, monokloramin senaryosunda ise dalgalanmalar olduğu belirlenmiştir. Birim TOK başına TOX oluşumu açısında en yüksek oran Darı Deresi Göleti'nde klorlama senaryosunda bulunmuştur. Gelecekte Darı Deresi göletinin TOK değerinin artması durumunda TOXOP açısından Eğirdir Gölü'nden daha riskli bir içme suyu kaynağı olması söz konusudur.

Çalışma sonucunda iki farklı içme su kaynağınında TOXOP değerleri farklılık göstermiştir. Tez kapsamnda atıksuyun ve bromürün içme suyu kaynaklarına karışması durumu 5 farklı senaryo ile temsil edilmiş ve bu senaryolar arasından en yüksek TOXOP oluşumu klorlama işlemi sonucunda tespit edilmiştir. Ayrıca tez amacı doğrultusunda tüm halojenli DYÜ türlerinin toplamını göstermesi açısından TOXOP'nin önemli bir gösterge parametre olarak kullanılabileceği sonucu literatüre kazandırılmıştır.

Anahtar Kelimeler: Adsorbe edilebilir organik halojen, atıksu, bromür, dezenfeksiyon yan ürünü, oluşum potansiyeli testleri.

Abstract:
In the disinfection process, disinfectants react unintentionally with compounds such as natural organic matter (NOM), bromide and iodide, anthropogenic pollutants in water to form mutagenic and carcinogenic disinfection by-products (DBPs). Nowadays, more than 800 DBPs due to chlorine, chlorine dioxide, chloramine and ozone use have been found in the literature. They can be quantified as total organic halogen (TOX). TOX is an indication of the total amount of organic bound halogen in water as a group parameter. Carbonaceous DBP account for about 50% and less than 20% of the TOX in chlorination and chloramination of natural water treatment, respectively. TOX is a representative parameter that can be used to identify all species containing chlorine, bromine and iodine bound to the organic structure present in waters. The determination of all halogenated by-products by TOX measurement is a significant advantage over long-term DBP analyzes requiring precise analytical methods and devices. The aim of the study is to determine TOX formation potential (TOXFP) in drinking water sources. FP tests will ve conducted under five oxidation strategies (chlorination, chloramination, ozonation, ozonation-chlorination, and ozonation-chloramination). In this thesis, the effect of bromide (100 µg / L, 300 µg / L) and wastewater (5%, 10%) and both effect factors simultaneously on TOXOP were evaluated. In accordance with the thesis, 5%, 10% and 25% wastewater was added to the raw waters of Lake Eğirdir and Darı Deresi with different total organic carbon (TOC) values and disinfection was carried out with chlorine, monochloramine. The effect of increase in organic matter on TOXOP was determined. In the final stage of the thesis, TOX / TOC ratio was calculated in order to compare both drinking water sources as a result of all disinfection scenarios.

Adsorbable organic halogen (AOX) analyzer was used to determine TOXFP according to USEPA Method 9020B and TS EN ISO 9562 methods.The results for Eğirdir Lake samples showed that TOXFP was highest in chlorination and TOXFP was in order of chlorination > ozonation-chlorination > ozonation-chloramination > chloramination > ozonation. For TOXFP results of the Darıderesi Pond samples, the sequence is chlorination > ozonation-chlorination > ozonation-chloramination > ozonation > chloramination. The highest TOXOP ozone was detected in the following chlorine scenario as a result of the addition of 100 µg / L and 300 µg / L bromide in both water sources. The highest TOXOP ozone was detected in the following chlorine scenario as a result of the addition of 100 µg / L and 300 µg / L bromide in both water sources. While it is observed that TOXOP does not change much by mixing 5% and 10% wastewater into the drinking water source of Egirdir Lake, this situation is the opposite for Darideresi Pond. When compared to the 5% wastewater ratio in Darıderesi Pond, 10% wastewater ratio increased the TOXOP values in all scenarios except ozone following monochloramine scenario.

The increase of wastewater from 5% to 10% and 25% wastewater addition rate for the effect of organic matter content on TOXOP for Eğirdir Lake resulted in an increase in TOXOP values for both chlorine and monochloramine scenario. For the Darı Deresi Pond, TOXOP was continuously increased in chlorine disinfection with fluctuations in the monochloramine scenario. The highest rate of TOX formation per unit TOC was found in the chlorination scenario in the Darı Creek Pond. In the future, if the TOC value of the Darıderesi pond increases, TOXOP is a more risky source of drinking water than Eğirdir Lake.

As a result of the study, TOXOP values of two different drinking water sources were different from each other. In the scope of the thesis, the mixing of wastewater and bromide into drinking water sources is represented by 5 different scenarios and the highest TOXOP formation among these scenarios was determined as a result of chlorination process. In addition, TOXOP can be used as an important indicator parameter in terms of showing the sum of all halogenated DBP species for the purpose of thesis.

Keywords: Adsorbable organic halogen, bromide, disinfection by-product, formation potential tests, wastewater