Kimyasal çöktürme çamurlarının organik madde adsorpsiyonunda kullanımı
Applicability of chemical precipitation sludges for organic matter adsorption
Yazar: EMİNE METİN
Danışman: PROF. DR. OLCAY TÜNAY
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Çevre Bilimleri ve Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Adsorpsiyon = Adsorption ; Elektroflokülasyon = Electroflocculation ; Kimyasal çöktürme = Chemical precipitation ; Reaktif boyar maddeler = Reactive dyestuffs ; Renk giderme = Decolorization

Özet:
Uygulandığı malzemeye bağlanma eğilimi olan malzemelere renk veren maddeler ?boyar madde? olarak tanımlanmaktadır. Boyar maddeler genellikle bir solüsyon halinde uygulanır ve uygulandığı malzemeye hızlı bir şekilde fikse olur. Tekstil endüstrisi atık suları yüksek oranda boyar madde içermektedir. Tekstil endüstrisinde kullanılan boyaların doğrudan nehirlere, göllere, denizlere bırakılması ve böylece bu boyaların suları kirletmesi çevre sorunlarıyla birlikte insan sağlığını da olumsuz etkilemektedir. Boyama sonucu oluşan atıklar, verildikleri ortamdaki suyun renginin değişmesine ve ışık geçirgenliğinin azalmasına, bunun doğal bir sonucu olarak da KOİ (Kimyasal oksijen ihtiyacı) değerlerinin dalgalanmasına yol açmaktadırlar. Ayrıca bu tür atıklar bitki ve hayvan yaşamı üzerinde toksik etkiler yapmakta ve alıcı ortamın kendini arıtma (özümleme) kapasitesini engelleyerek ekosistemi bozmaktadır.Yapısal özellikleri ve çevre kirlenmesi açısından taşıdıkları önemleri nedeniyle boyama işlemlerinden kaynaklanan kirliliğin arıtma seçeneklerinin tanımlanmasında boyar maddelerin arıtılabilirliklerinin araştırılması önem taşımaktadır. Tekstil endüstrisi atık sularından renk giderimi, kimyasal çöktürme, oksidasyon, elektrokoagülasyon, adsorpsiyon, ozon ile oksidasyon gibi arıtma teknikleri kullanılarak yapılmaktadır. Bu yöntemler arasında adsorpsiyon arıtma performansı yüksek olması dolayısıyla kullanılan yöntemlerden birtanesidir. Hem çevre sorununa çözüm getirmesi hem de bazı yararlı bileşenleri geri kazanma açısından son yıllarda gittikçe önem kazanmaktadır. Örneğin; aktif karbon, atık suların adsorpsiyon yolu ile temizlenmesinde yaygın olarak kullanılan adsorban olup, aynı zamanda da organik moleküller için yüksek adsorpsiyon kapasitesine sahiptir. Ancak aktif karbon pahalı olduğu gibi, geri dönüşümü de işletmeye ekstra maliyet getirmektedir. Son yıllarda maliyeti düşürmek amacıyla, turba, odun, talaş, kil, metal hidroksit çamurları ve diğer bazı ucuz adsorbanlar, endüstriyel amaçlı kullanımlar için araştırılmaktadır.Yukarıda belirtilenler çerçevesinde bu çalışmanın konusu, ağır metal çamurlarından renk gideriminde çözünürlük itibariyle potansiyeli bulunduğu düşünülen çinko karbonat ve çinko hidroksitin kullanılabilirliliğinin incelenmesidir. Ayrıca kimyasal arıtma sonucu oluşan çamurların renk adsorpsiyonunda reaktif boyarmaddeler esas alınarak verimlerinin sistematik bir biçimde değerlendirilmesidir. Bu çerçevede günümüzde yaygın bir şekilde incelenen EK çamurlarınında bu proseste en fazla kullanılan çelik ve alüminyum elektrodlar bazında renk giderme amacıyla kullanılabilirliliği araştırılacaktır.Çalışma sonucunda adsorbe edilen boyarmadde miktarının çözelti pH değeri, adsorban dozajı ve bekletme süresinden etkilendiği belirlenmiştir. Artan adsorban dozajı ile de giderim veriminin arttığı belirlenmiştir. Sistemde çözeltinin asitliğinin artmasıyla pozitif yüzey yükünün de arttığı tespit edilmiştir. Ancak yüksek giderim veriminin düşük pH değerlerinde gerçekleştiği tespit edilirken metal çözünürlüğünün bu pH değerlerinde artması dolayısıyla Zn(CO)3, Zn(OH)2 ve FePO4 çamurlarının boyarmadde gideriminde etkin olmadığı belirlenmiştir. AlPO4 çamurunun Zn(CO)3, Zn(OH)2 ve FePO4 çamurlarına oranla Procion Crimson ve Yellow HE4R boyarmaddeleri için çok iyi giderme verimleri sağlarken, Reactive Black 5 için tüm çamurlarda çoğunlukla düşük giderim verimleri elde edilmiştir. Adsorban olarak kullanılan çamurlar arasında elektrokoagülasyon çamurları tüm boyar maddelerde etkin bir giderim verimi sağlamıştır. Özellikle çelik elektrotlar ile düşük katı madde konsantrasyonlarında bile yüksek giderim verimleri elde edilebilmiştir. Çalışılan üç reaktif boyarmadde için çalışma koşulları, gerekli katı madde konsantrasyonları belirlenmiş ve çalışma sonuçlarının genel bir değerlendirilmesi yapılmıştır. Procion Crimson ve Yellow HE4R boyarmaddeleri için yüksek giderme verimleri elde edilen AlPO4 çamurları ile izoterm deneyleri yürütülmüş ve adsorpsiyon kinetiğinin en iyi Langmuir İzoterm modeline uyduğu tespit edilmiştir.

Abstract:
A dye can generally be described as a colored substance that has an affinity to the substrate to which it is being applied. The dye is generally applied in an aqueous solution, and may require a mordant to improve the fastness of the dye on the fiber. Textile industry wastewaters contain high amounts of dyes. This type of wastewater cause environmental problems in water bodies and human health problems if it is discharged without sufficient treatment. The wastewaters originated from dying processes in textile industry causes color problems, reduce the light penetration and cause chemical oxygen demand (COD) fluctuations in natural water bodies. Furthermore these wastes have toxic effects on living organisms and reduce the natural biological degredation capasity of the ecosystem.Due to their structural properties and significance in environmental polution the treatiblity studies of wastewaters that contain high amounts of dyes bear great importance. Chemical precipitation, oxidation, electrocoagulation, adsorption, oxidation with ozone are the most common processes that are used for color removal in textile industry effluents. Among these treatment methods adsorption has gained impotance in recent years due to its high color removal efficiency and potential to recover some benefical substances. For instance activated carbon which has a high adsoption capacity for organic molecules is commonly used as an absorbent for color and organic material removal from wastewater. But the activated carbon is an expensive adsorbent and its recycling processes are extra costly for operation. In recent years to reduce the operational costs some alternative adsorbents like peat, wood, sawdust, clay, metal hydroxide sludge and the others cheap adsorbents have been researched for industrial use.In the framework of the issues mentioned above, the aim of this study investigate the applicability of heavy metal sludges especially zinc carbonate and zinc hydroxide which are believed to have potential for color removal due to the their solubilities. Color removal efficiency of chemical precipitation sludges for reactive dyes will also be systematically evaluated. In this context the viability of sludges generated from the electrocoagulation process which is carried out with steel and aluminum electrodes was also investigated for color removal.As a result of the study it was found that the amount of the adsorbed dye depends on the pH, adsorbent dosage and retention time. It was determined that better removal efficiencies can be obtained with increasing adsorbent dose. Also it was confirmed that by increasing acidity in the system also increases the positive surface charge. Although, higher removal efficiencies can be obtained at lower pH levels the metal solubility also increases at these pH levels, thus Zn(CO)3, Zn(OH)2 ve FePO4 were not effective. For Procion Crimson and Yellow HE4R dyes, AlPO4 sludge showed beter removal efficiency than Zn(CO)3, Zn(OH)2 ve FePO4 sludges. poor removal efficiencies for Reactive Black 5 were obtained with the sludges used in the study. Very high removal efficiencies were achieved with Electrocoagulation sludges for the dyes used in the study. Especially electrocoagulation sludge obtained with steel electrodes showed very high efficiency even at low sludge concentrations. In the study optimum reaction conditions and sludge concentrations for the three reactive dyes used were determined and the results were evaluated.. Isoterm experiments was carried out with AlPO4 sludge which showed high removal efficiencies for Procion Crimson and Yellow HE4R reactive dyes and it was determined that the adsorption kinetics fits well with the Langmuir Adsorption Model.