Su/atıksulardan bor giderimi
Removal of boron from water/wastewater
Yazar: BAHRİYE ERYILDIZ
Danışman: PROF. DR. İSMAİL KOYUNCU
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Çevre Bilimleri, Mühendisliği ve Yönetimi Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Fizikokimyasal arıtım = Physicochemical treatment ; Hidrofobik membran = Hydrophobic membrane ; Kimyasal oksidasyon = Chemical oxidation

Özet:
Bor; toprakta, kayalarda ve suda olmak üzere doğada yaygın bir şekilde bulunmaktadır. Doğada bulunan bor hava etkisiyle parçalanmayla birlikte sulu ortama ulaşmakta ve sulu ortamda genelde borik asit (B(OH)3) ve borat iyonu (B(OH)4-) şeklinde bulunmaktadır. Çeşitli endüstriyel faaliyetler sonucu meydana gelen endüstri atıksuları da bor içermektedir. Bu atıksuların arıtılmadan deşarjı ile de göller, nehirler, denizler ve yer altı suları kirletilmektedir.
Bor, cam endüstrisinden deterjan endüstrisine kadar geniş bir alanda kullanılmakta ve ayrıca tarımsal alanda da kullanım yeri bulmaktadır. Ayrıca bor, insanlara ve bitkilere metabolik aktiviteler için gerekli bir nütrient olmasına rağmen belirli konsantrasyonları aştığında toksik etki yaratabilmektedir. Bu sebeple borun atıksulardan giderimi ve içme sularında izlenmesi önem arz etmektedir.
Bor giderimini gerçekleştirebilmek için koagülasyon-flokülasyon, elektrokoagülasyon membran distilasyonu, ters osmoz, elektrodiyaliz oksidasyon ve adsorpsiyon,gibi birçok yöntem kullanılmaktadır.
Bu tez kapsamında Emet Bor İşletme Müdürlüğü kurulu kimya tesislerinden çıkan atıklardan olan atıksular ile Espey Bölgesi kaynak suları üzerinde oluşabilecek olası çevresel etkilerin azaltılmasına yönelik olarak adı geçen suların üretim kademelerinde yeniden kullanılabilecek kalitede arıtılarak kullanılabilirliği çalışmalarının laboratuvar koşulları denemeleri ve bor giderim çalışmaları yapılmıştır.
Bu tez kapsamında bor giderimi için kimyasal koagülasyon-flokülasyon, hidrojen peroksitin oksidant olarak kullanılmasıyla birlikte yapılan koagülasyon-flokülasyon ve membran distilasyonu yöntemleri kullanılmıştır.
Bu tez kapsamında kullanılan kimyasal koagülasyon-flokülasyon yönteminde polialüminyum klorür ve kireç koagülant olarak kullanılmıştır. Bor giderimi için en iyi pH aralığı ile koagülant madde tipi ve konsantrasyonu araştırılmıştır. Ayrıca her bir atıksu için bor ve çeşitli iyonların giderimi araştırılmıştır.
Bu tez kapsamında kullanılan hidrojen peroksit + koagülasyon-flokülasyon yönteminde öncelikle hidrojen peroksit oksidant olarak kullanılmış ve ardından baryum klorür (BaCl2), kalsiyum klorür (CaCl2), polialüminyum klorür (PACl) ve kalsiyum hidroksit (Ca(OH)2) ile çökelme sağlanması amaçlanmıştır. Bor giderimi için ise en iyi H2O2/B oranı, koagülant/B oranı ve en iyi pH değeri araştırılmıştır. Ayrıca her bir atıksu için bor ve çeşitli iyonların giderimi araştırılmıştır.
Bu tez kapsamında kullanılan membran distilasyonu yönteminde vakum membran distilasyonu (VMD) ve hava boşluklu membran distilasyonu (HBMD) ile birlikte 0.20 ve 0.45 gözenek boyutlarına sahip politetrafloroetilen (PTFE) ve 0.22 ve 0.45 polipropilen (PP) membranları olmak üzere 4 adet ticari membran kullanılmıştır. Bu yöntem ile ilgili her bir suya ait olan akı, tuz tutunumu,bor ve farklı iyon değerleri araştırılmıştır.
Bu tez kapsamında hidrojen peroksit+baryum klorür ile yapılan koagülasyon flokülasyon çalışmasında %88,5'ten %98,8'e kadar olacak şekilde en yüksek bor giderim verimi elde edilmiştir.
Bu tez kapsamında borun giderimi için en uygun pH değeri 10 olarak tespit edilmiştir.
Bu tez kapsamında membran distilasyonu prosesi ile %99 oranından bor giderim verimi elde edilmiş ve atıksulardaki bor önemli oranda giderilmiştir.

Abstract:
Boron is widely found in the soil, rocks and water on nature. The boron present on the nature reaches to the aqueous medium by the action of air and in the aqueous medium it is usually boric acid (B(OH)3) and borate ion (B(OH4-). Industrial wastewater from various industrial activities also includes boron.Discharge of these wastewater without treatment is also polluted by lakes, rivers, seas and groundwater.
Boron is used in a wide range from glass industry to detergent industry and also finds its place in agricultural field. In addition, boron is a necessary nutrient for metabolic activities in humans and plants, but can produce toxic effects when it exceeds certain concentrations. For this reason, the removal of the water from waste water and monitoring of drinking water is of great importance.
In order to perform boron removal, many methods such as coagulation-flocculation, electrocoagulation, membrane distillation, reverse osmosis, electrodialysis, oxidation and adsorption are used.
Within the scope of this thesis, the laboratory conditions experiments and boron removal studies were carried out in order to reduce the possible environmental impacts of waste water from the waste water from the chemical facilities of the Emet Boron Administration Directorate and the possible environmental impacts on the source water of Espey Region.
In this thesis, coagulation-flocculation and membrane distillation methods were used together with chemical coagulation-flocculation for the removal of boron, hydrogen peroxide as an oxidant.
Polyaluminum chloride and lime were used as coagulant in the chemical coagulation-flocculation method used in this thesis. Coagulant material type and concentration were investigated with the best pH range for boron removal. Also, the removal of boron and various ions was investigated for each wastewater.
Hydrogen peroxide + coagulation-flocculation method used in this thesis is primarily used as hydrogen peroxide oxidant and then it is aimed to provide precipitation with barium chloride, calcium chloride, polyaluminium chloride and calcium hydroxide.
In the membrane distillation method used in this thesis, 4 membrane membranes were used including vacuum membrane distillation (VMD) and air-gap membrane distillation (HBMD) and polytetrafluoroethylene (PTFE) with 0.20 and 0.45 mesh sizes and 0.22 and 0.45 polypropylene (PP) membranes. In this method, the flux, salt retention, boron and different ion values of each water were investigated.
In this thesis, the highest boron removal efficiency was obtained from 88.5% to 98.8% in the coagulation flocculation study with hydrogen peroxide+barium chloride.
In this thesis, the optimum pH value for boron removal was determined as 10. In this thesis, boron removal efficiency was obtained from 99% with membrane distillation process and boron in waste waters was significantly eliminated.