İçme sularında bulunan doğal organik maddelerin fiziksel karakterizasyonu: Zonguldak örneği
The natural drinking water organic matter of physical characterization: Zonguldak example
Yazar: NEŞE CIVAK YILMAZ
Danışman: YRD. DOÇ. DR. KADİR ÖZDEMİR
Bülent Ecevit Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Genellikle göl ve nehir gibi yüzeysel sularda bulunan doğal organik maddeler (DOM) humik ve humik olmayan organik yapılardan meydana gelmektedir. Humik maddeler, toprakta ve su ortamında bulunan kompleks yapılı polielektrolit, koyu renkli ve çözünmüş organik karbonun (ÇOK) % 50-80'nini oluşturan organik maddelerdir. Humik madde oluşumunun başlangıcında seri bir biçimde meydana gelen enzimatik reaksiyonlar görülmektedir. Bu reaksiyonlar sırasında karbonhidratlar, proteinler, lipidler, ligninler, taninler, polifenoller ve kompleks polimerler gibi aromatik yapılı humik maddeler oluşmaktadır. Diğer yandan DOM'un diğer kısmı protein, aminoasit, polisakkarit ve peptitler gibi su ortamındaki alg ve bakteri hücrelerinin yan ürünlerinin mikrobiyal ayrışması ile biokimyasal reaksiyonlar sonucu oluşan humik olmayan maddelerden meydana gelmektedir. DOM moleküllerinin kompleks yapısını, (aromatik halkalara bağlı fonksiyonel gruplar) yapısal özelliklerini (hidrofobik, hidrofilik gibi) ve klor gibi dezenfektanlarla reaksiyonlarını sonucu oluşan dezenfeksiyon yan ürünleri (DYÜ) incelemek için çeşitli karakterizasyon yöntemleri kullanılmaktadır.

Bu yöntemler arasında reçine adsorbsiyonu ve ultrafiltrasyon proses yöntemleri sırası ile DOM'unun kimyasal ve fiziksel özelliklerinin karakterizasyonunda kullanılan en önemli DOM fraksiyonlama yöntemleridir. Genellikle XAD-8 ve XAD-4 reçineleri DOM'unun hidrofobik (humik kısım) ve hidrofilik (humik olmayan kısım) fraksiyonlarının tespitinde kullanılmaktadır. Ultrafiltrasyon (UF) tekniği ise ucuz ve DOM'ları moleküler ağırlığına göre fraksiyonlamada kullanılan bir yöntemdir. Genelde DOM'leri fraksiyonlamak için 1000, 3000, 10.000, 30.000 ve 100.000 dalton (D) gibi farklı çaplardaki UF membranları kullanılmaktadır.

Bu çalışmada çalışma alanı olarak seçilen Ulutan Barajı arıtma tesisi ünitelerinden ham su, koagülasyon ve arıtma sonrasından alınan su örneklerinde farklı moleküler ağırlıklarda bulunan doğal organik maddelerin ultrafiltrasyon yöntemi ile fraksiyonlarına ayrılması sureti ile karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir.

Bu çalışmada organik madde izleniminde kullanılan 254 nm dalga boyunda ölçülen ultraviyole (UV) absorbansı (UV254), spesifik UV absorbans (SUVA) ve toplam organik karbon (TOK) parametreleri ile birlikte deneysel çalışmalarda kullanılacak diğer parametrelerin ölçümleri standart metotlar (SM), 2005'de yer alan metotlara göre gerçekleştirilmiştir. UF çalışmalarında 400 ml hacme sahip silindir şeklinde Amicon Stirred Cell 8400 model düzenek kullanılacaktır.

Süzme işlemi sırasında farklı atomik yarıçaplarda (5000, 3000 ve 1000 D) UF membran diskleri kullanılmıştır. Bu kapsamda UF yöntemi kullanılarak DOM karakterizasyonu, ham sudan başlayarak içme suyu arıtma tesisi proseslerinde (koagülasyon ve arıtma sonrası) mevsimsel dönemlerde izlenmiştir. Bununla beraber yapılan bu çalışmada ham su, koagülasyon ve arıtma sonrasında alınan su numunelerinde DOM'unun büyük bir kısmını moleküler ağırlıkları 1 kilo daltondan (KD) küçük organik bileşiklerinin oluşturduğu tespit edilmiştir.

Bu çalışmanın önemli sonuçlarından biri de; kış aylarında Ulutan Baraj ham sularında SUVA değeri; 3.25 L/mg.m olup bu değer bize Ulutan Baraj gölünde bulunan DOM'un hidrofobik karakterde olduğunu göstermiştir. Diğer mevsimlerde ise ham su SUVA değerleri 2.2 ile 2.50 L/mg.m olup DOM'unun hidrofilik karakterde olduğunun gösterilmiş olunmasıdır.

Abstract:
Generally, natural organic matters (NOM) in surface waters such as river and lake consist of humic and non-humic organic structures. Humic substances are complex, dark color and include the percentage of 50-80 % of dissolved organic carbon (DOC). Lignins, tannins, polyphones and complex polymeric matters are common humic substances. On the other hand, non-humic matters contain polysaccharides, peptides and amino acids as a result from generating to the microbial degradation of bacteria, algea and viruses. The different characterization methods are used to investigate the structures of complex NOM (the activated functional groups connected to the aromatic rings) and disinfection by products (DBPs) forming as a result of chlorination of NOM with chlorine.

Among the DOM characterization methods, resin adsorption and ultrafiltation are yhr major characterization techniques. The XAD-8 and XAD-4 resins are used for determining the hydrophobic (humic portion) and hydrophilic (non-humic portion) NOM, respectively. Ultrafiltration (UF) technique is used for separating to the NOM compounds with different molecular weights such as 1000, 3000, 5000, 10.000 and 100.000 daltons (D).

The objective of this study is to perform to the characterization of natural organic matters with ultrafiltration technique from taken different treatment units raw water, after coagulation and treatment in Ulutan Drinking water treatment plant.

In this study, the measured length of 254 nm used in organic material impression ultraviolet absorbance (UV254), specific UV absorbance (SUVA) and total organic carbon (TOC) measurements of other parameters to be used in experimental studies with the parameters of the standard methods (SM), situated in 2005 ıt was performed according to the methods.

In the UF membrane process, an Amicon-Model 8400 UF membrane stirred cell was used to fraction the molecular size of the NOM in water.

Molecular weight cut-off membranes including (5000, 3000 and 1000 D) were be used to fractionate to the NOM molecules. Within this scope, the characterization of NOM compounds will be observed with response to the seasonal changes from raw water to the drinking water treatment units. Also, in this study, it was detected that the large part of DOM in water samples taken from raw water, after coagulation and treatment the water samples was formed to small molecular weight organic compounds than 1 kilo dalton (KD).

The other important result of this study is that in winter, as the SUVA value of Ulutan Drinking raw water is 3.25 L/mg.m, the DOM forms to the hydrophobic organic compounds. In other seasons, as the SUVA values are between 2.2 and 2.50 L / mg.m, we can say that the DOM forms the hydrophilic organic compounds.