Tetrakloroetenin hidrojene dayalı membran biyofilm reaktörü ile arıtılabilirlik çalışması
Studies biyodegradability of tetrachloroetylene by hydrogen-based membrane biofilm reactor
Yazar: GAMZE ERŞAN
Danışman: DOÇ. DR. ÖZER ÇINAR ; PROF. DR. HALİL HASAR
Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Çeşitli endüstrilerden, tarım ve temizlik işlemlerinden kaynaklanan halojenli organikler, çoğunlukla yeraltı ve yüzeysel sularda ciddi ve dirençli bir kirliliğe neden olmaktadır. Bu bileşiklerin oldukça kanserojen olduğundan şüphelenilmesi yanı sıra su ortamında kolayca çözünür ve 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) ve kloroform (CF) gibi klorlu bileşikler olarak düşünülmektedir. Uygun bir elektron verici kullanılırsa bu bileşikler indirgenerek halojensizleştirilebilirler.Elektron verici olarak H2 kullanıldığında, stokiyometrik olarak, PCE öncelikle TCE'ye indirgenmektedir. TCE indirgenerek önce dikloroetene (DCE) ve daha sonra da vinil klorür (VC)'e dönüşmektedir. Reaksiyon nihayetinde eten (ETH) ile son bulmaktadır. Aşağıda belirtildiği şekilde halojensizleştirme basamaklarında klorlu organikler elektron alıcı olarak davranmaktadır.(1) PCE ? TCE:C2Cl4 + H2 ? C2Cl3H + H+ + Cl-(2) TCE ? DCE: C2Cl3H + H2 ? C2Cl2H2 + H+ + Cl-(3) DCE ? VC:C2Cl2H2 + H2 ? C2ClH3 + H+ + Cl-(4) VC ? ETH:C2ClH3 + H2 ? C2H4 + H+ + Cl-Eten zararsız bir bileşik iken, DCE ve VC oldukça kanserojen bileşiklerdir. Bu yüzden, yukarıda belirtilen halojensizleştirme basamaklarının tamamlanması kaçınılmazdır. Maalesef, indirgeyici halojensizleştirme işlemi çoğu zaman tamamlanamamaktadır. DCE ve VC indirgenmesini sağlamak için Dehalococcoides türlerinin mevcut olması gerektiği üzerinde çeşitli bulgular vardır.H2 gazının elektron verici olarak kullanımını sınırlayan en büyük etken su ortamındaki düşük çözünürlüğüdür (~ 1.2 mgH2/L). Bu özellik suya verilen H2 gazının önemli kısmının atmosfere kaçmasına ve böylece mikroorganizmalar tarafından yeterince kullanılamamasına yol açmaktadır. Membran biyofilm reaktörleri (MBfR) H2 gazına dayalı olarak işletilebilen yeni bir arıtma sistemidir. Bu sistem ile H2 gazı, hidrofobik hollow fiber membranlarının içerisine basınçla verilmekte ve membranların iç tarafından dış duvarına doğru yavaşça herhangi bir kabarcık oluşturmadan difüze olmaktadır. Bu nedenle, H2 gazı membranın dış yüzeyinde oluşan biyofilm tarafından etkin bir şekilde elektron verici olarak kullanılabilmektedir.Bu çalışmada, hidrojene dayalı membran biyofilm reaktöründe, tetrakloroeten (PCE)'nin halojensizleştirme süreci kapsamlı bir şekilde incelenecektir. Bu amaçla, belirtilen 4 (dört) farklı halojensizleştirme basamağı ayrı ayrı detaylı şekilde incelenmeye çalışılacaktır.Anahtar Kelimeler: H2'e dayalı Membran Biyofilm Reaktörler, Klorlu organikler, Halojenasyon ve Halojensizleştirme

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 known or 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), and chloroform (CF). They can be reductively dehalogenated when an appropriate electron donor is supplied. H2 as an electron donor is able to reduce PCE to firstly TCE, TCE to dichloroethene (DCE), DCE to vinil chlorinate (VC), and finally VC to ethene (ETH). In dehalogenation steps, chlorinated organics may serve as electron acceptors as following.PCE ? TCE:C2Cl4 + H2 ? C2Cl3H + H+ Cl- (1)TCE ? DCE: C2Cl3H + H2 ? C2Cl2H2 + H+ + Cl-(2)DCE ? VC:C2Cl2H2 + H2 ? C2ClH3 + H+ + Cl-(3)VC ? ETH:C2ClH3 + H2 ? C2H4 + H+ + Cl-(4)Because DCE and VC are most toxic, while ethene is non-toxic, the dehalogenation process should proceed to ETH. Unfortunately, reductive dehalogenation often is not complete. Evidence suggests that the Dehalococcoides species should be available in dehalogenation process to provide the reductions of DCE and VC.The most significant factor that limits using H2 gas as an electron donor is its very low water solubility: ~ 1.2 mgH2/L in equilibrium with 1 atmosphere of H2. Supplying excess H2 is not feasible, because release of H2 gas can create a combustible atmosphere. The membrane biofilm reactor (MBfR) is a new treatment model that makes H2 delivers safe and efficient. The H2 is delivered directly to the biofilm by its diffusion through the wall of a gas-transfer membrane. Bubbleless H2 transfer eliminates the problem of creating a combustible atmosphere.In this study, the dehalogenation process of PCE will be investigated comprehensively in H2 based-MBfR. For this purpose, the dehalogenation rates for each of the four steps will be determined.Key Words : H2 based-MBfR, Chlorinated organics, Halogenation, and Dehalogenation