Ağır metallerin hidroksit çöktürmesi üzerinde iyonik gücün etkisi
The effect of ionic strength on hydroxide precipitation of heavy metals
Yazar: ZUHAL ÖZTÜRK
Danışman: PROF.DR. OLCAY TÜNAY
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü
Derece: Yüksek Lisans, 2000
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Ağır metaller = Heavy metals ; Hidroksitler = Hydroxides ; Çöktürme = Percipitation ; İyonik güç = Ionic strength

Özet:
Hidroksit çöktürmesi ile ağır metal giderimi ekonomik ve pratik uygulanabilirliği nedeniyle oldukça yaygın bir kullanım alanına sahiptir. Hidroksit çöktürmesi kompleksasyon ve adsorpsiyon gibi çok sayıda değişken tarafından etkilenmektedir. Bunlar arasında iyonik güç özellikle konsantre atıksular için önemli bir faktördür. Günümüzde su tasarrufu ve yeniden kullanım uygulamalarına paralel bir biçimde atıksu konsantrasyonları artış eğilimi göstermektedir. Bu yüzden.iyonik gücün ağır metal hidroksitler üzerindeki etkisinin değerlendirilmesi oldukça önemli bir hal almıştır. Bu çalışmada iyonik gücün hidroksit çöktürmesi üzerindeki etkisini belirlemek için bir teorik model teklif edilmiştir. Bir literatür araştırması yapılarak iyonik güç düzeltmesi ile ilgili teorik yaklaşımlar incelenmiştir. 0,5 molalden yüksek iyonik güçler için spesifik olarak kullanılan Bromley, Spesifik İyon Etkileşim Modeli ve İyon Çifti Oluşumu Modelleri hidroksit çöktürmesine uygulanabilirlikleri açısından detaylı bir şekilde değerlendirilmiştir. İyon Çifti Oluşumu Modeli çalışmaya adapte edilmiştir. Bu modelin başlıca avantajları ;hidroksokompleks türlere ait hesapların ayrı bir şekilde mümkün olması,0 - 1 m gibi geniş bir iyonik güç aralığında uygulanabilir olması ve homojen bir çözelti ortamında çalışma imkanı vermesidir. Model deneysel olarak test edilmiş ve uyumlu sonuçlar elde edilmiştir. Özellikle çözünürlüğün önem kazandığı ve iyonik gücün çözünürlük üzerindeki etkisinin daha belirgin olduğu pH 6 - 13 değerlerinde deneysel sonuçlar iyi bir uyum göstermiştir. İlgili termodinamik katsayılar literatürde NaC104 ortamı için sadece bakır ve nikel metalleri için bulunabildiğinden model çalışmaları bu iki ağır metal için yapılmıştır. Model uygulamaları sonucu varılan ana noktalar aşağıda belirtildiği gibidir. Metal çözünürlüğü belli bir pH'a kadar artmış ve bu pH değerinde çözünürlük iyonik güçten bağımsızlık göstermiştir. Bu pH üzerinde ise çözünürlük artan iyonik güç ile azalmıştır. Bu davranış bu spesifik pH değerinde ya da üstünde uygulamanın güvenli olmasını sağlamıştır. Bakır ve nikel çözünürlükleri, bu pH civarında ya da üstünde iyonik gücün birer ifadesi olarak tanımlanabilmektedir. Diğer düşük ve yüksek pH değerleri için tüm türlere ait aktivite katsayısı değerleri iyonik güce bağlı olarak grafik ve denklemlerle elde edilmiştir. Bu durum iyonik gücün etkisinin elverişli bir biçimde irdelenmesini sağlamıştır. Teklif edilen model gerekli termodinamik sabitler bulunduğu takdirde diğer ortam ve metaller için uygulanabilir özelliktedir.

Abstract:
Heavy metal removal by hydroxide precipitation has a wide application due to effectiveness, cost and operational ease. Hydroxide precipitation has been influenced by many variables such as complexation, adsorption etc. Among them ionic strength may become an important factor especially for concentrated wastewater. Presently wastewaters tend to be more concentrated in parallel with water conservation and reuse practices. Therefore the assessment of the effect of ionic strength on the solubility of heavy metal hydroxides has become an important issue. In this study a theoretical model was proposed to predict the ionic strength effect on hydroxide precipitation. A literature survey was conducted and theoretical approaches to the ionic strength correction were evaluated. Among the models used specificly for ionic strengths over 0,5 m, Bromley, Specific Ion Interaction and Ion Pairing Models were fully evaluated considering their applicability to hydroxide precipitation. Ion pairing model was adapted for the study. The model was modified for use in the hydroxide precipitation. The main advantages of Ion Pairing Model were; hydroxocomplex species could be accounted for separately, applicability within a wide range of ionic strength (0 -1 m) and definition of a mean salt determining the ionic strength of solution. The model eperimentally tested and consistent results were obtained. The fit to experimental results was especially very well at extreme pH values at 6.0 and 13.0 where the solubility and in turn the effect of ionic strength on the solubility was more pronounced. The model was applied to nickel and copper being two important heavy metals and for which the related thermodynamic coefficients of the model could be found in the literature. NaCKU was used as the mean salt determining the ionic strength Main conclusions drawn from the application of the model can be summarized as follows. Metal solubility was increasing up to a certain pH and at this pH the solubility became independent of ionic strength. Beyond this pH, howewer, the solubility was decreasing with increasing ionic strength. This behaviour made it possible to work safely at or above this specific pH in the application. Solubility of nickel and copper, at and around their optimum pH, could be expressed in terms of ionic strength. For lower and high pH values, y valuesfor all species could be determined using graphs drawn for y against ionic strength. This provided a convenient way of evaluating the ionic strength effect in a precise way. The proposed model can be used for other metals and media as the related thermodynamic constants become available.