Siyanür ve metal-siyanür (ME-CN) komplekslerinin fotolitik oksidasyon-alg reaktörü kombinasyonunda arıtılabilirliği ve sistem kinetikleri
Treatability of cyanide and metal-cyanide (ME-CN) complexes in photolytic oxidation-algal reactor combination and system kinetics
Yazar: ZEHRA GÖK
Danışman: YRD. DOÇ. DR. ESRA YEL
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2010
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Siyanür (CN-) ve Me-CN komplekslerinin alg reaktöründe biyolojik arıtımını kolaylaştırmak ve verimli hale getirebilmek için alg reaktörü uygulamasını fotolitik oksidasyon ile kombine etmek ve kombine sistemin kinetik modellemesinin yapılması amaçlanan bu çalışma kapsamında Zn(CN)42-, Cu(CN)32- ve Fe(CN)64-`nin fotolitik oksidasyonu, Zn(CN)42-, Cu(CN)32- ve Fe(CN)64- kompleksleri ve bunların ayrışması sonucu ortamda açığa çıkacak olan Zn2+, Cu2+, Fe2+ ve CN- iyonlarının herbirinin alg reaktöründeki davranışı ve komplekslerin direkt fotoliz ve fotolitik peroksidasyon sonrası alg reaktörüne beslenerek kombine sistemde arıtılabilirliği incelenmiştir. pH, alkalinite, toplam ve serbest CN-, [Fe(CN)64-], kalıntı H2O2, klorofil-a, TIC, TKN, NH3-N, NO3-N, TP parametrelerinin takibi yapılmıştır.Me-CN kompleksleri sadece fotolitik oksidasyon ile CN- ve metale parçalanabilmekte ancak açığa çıkan CN- zararsız son ürünlere dönüşümü ve metal giderimi tümüyle sağlanamamaktadır. Me-CN kompleksleri ön işlemden geçirilmeden alg reaktörlerine verildiğinde alg biyokütlesinin Me-CN komplekslerinin gideriminde umut verici davranmasına rağmen hem CN hem de metal gideriminde yüksek performans gösteremediği belirlenmiştir. Me-CN komplekslerine fotolitik oksidasyon ön işleminin alg reaktörlerine kombinasyonunda fotolitik peroksidasyon ön işlemi, giderim performansı, arıtım süresi ve CN-`ün zararsız son ürünlere dönüşebilmesi açısından daha avantajlıdır. 5-7 gün bekleme süresinde [Zn(CN)4]2- ve [Cu(CN)3]2- için %99,9'un üzerinde, [Fe(CN)6]4- için %94 CN-, tüm deney süresinde %99,9'un üzerinde Zn2+ ve Cu+ ve %90 Fe2+ giderimi sağlanmıştır.Komplekslerin yapısında bulunan CN- ve metal iyonlarının alg reaktörlerinde giderimi görünür birinci derece (pseudo-first order) reaksiyon kinetiğine uymaktadır. Ön işlemden geçmemiş Me-CN kompleksleriyle kıyaslandığında fotolitik oksidasyon ön işlemi sonrasında, CN- giderim hız sabiti [Zn(CN)4]2- için 0,428 gün-1'den 2,286 gün-1'e, [Cu(CN)3]2- için 0,501 gün-1'den 1,610 gün-1'e, [Fe(CN)6]4- için 0,596 gün-1'den 1,344 gün-1'e yükseltilmiştir. Benzer şekilde Zn2+ giderim hız sabiti 0,314 gün-1'den 1,390 gün-1'e, Cu+ giderim hız sabiti 0,190 gün-1'den 1,040 gün-1'e ve Fe2+ giderim hız sabiti 0,150 gün-1'den 0,963 gün-1'e çıkarılabilmiştir.Direkt fotolizde [Zn(CN)4]2- ve [Cu(CN)3]2-`nin, fotolitik peroksidasyonda [Zn(CN)4]2-`nin parçalanması için LED lambaların kullanıldığı UVA ışığın daha etkili olduğu bulunmuştur. UVA ışığın enerji gereksiniminin düşük, kullanım ömrünün uzun olması sebebiyle de bu uygulamalarda UVA ışığın kullanılması önerilmiştir.Anahtar Kelimeler: Siyanür, metal-siyanür kompleksi, UVA, UVC, fotolitik oksidasyon, fotolitik peroksidasyon, alg, kombine arıtım sistemi.

Abstract:
The purpose of this study is to degrade cyanide (CN-) and Me-CN complexes in a bio-reactor containing algae; to improve this degradation by combining the algal treatment to photolytic oxidation. The study also includes kinetic modelling of both algal treatment and combined photolytic oxidation-algal treatment applications. For these purposes, first photolytic oxidation of Zn(CN)42-, Cu(CN)32- and Fe(CN)64- complexes were studied. The behavior of each complex and Zn2+, Cu2+, Fe2+ and CN- ions which are generated as a result of decomposition in algal reactor was investigated. Then, the treatability of the complexes in combination with photolytic oxidation (direct photolysis or photolytic peroxidation) followed by algal reactor system was established. pH, alkalinity, total and free CN-, Fe(CN)64-, residual H2O2, chlorophyll-a, TIC, TKN, NH3-N, NO3-N, TP parameters were analyzed.Me-CN complexes are decomposed to CN- and metal ions via photolytic oxidation but CN- transformation into harmless end products and metal removal can not be completely achieved. In the case where Me-CN complexes were fed to algal reactor without pre-processing, algal biomass did not perform as well as separate feeding of CN- and metal. In the combined process, photolytic peroxidation pre-process was more successful than direct photolysis. This combined process was more advantageous in terms of treatment performance, retention time and transformation of CN- to harmless end products. In 5-7 days of retention time, over 99.9% over CN- removal for [Zn(CN)4]2- and [Cu(CN)3]2- complexes and 94% CN- removal for [Fe(CN)6]4- were achieved. Further retention resulted in over 99.9% Zn2+ and Cu+ and 90% Fe2+ removals.CN- and metal ions removal in algal reactors fitted pseudo-first order reaction kinetics. Compared to the absence of pre-treatment, after photolytic pre-oxidation, CN- removal rate constant increased from 0,428 d-1 to 2,286 d-1 for [Zn(CN)4]2-, from 0,501 d-1 to 1,610 d-1 for [Cu(CN)3]2- and from 0,596 d-1 to 1,344 d-1 for [Fe(CN)6]4-. Similarly, removal rate constants increased, from 0,314 d-1 to 1,390 d-1 for Zn2+, from 0,190 d-1 to 1,040 d-1 for Cu+ and from 0,150 d-1 to 0,963 d-1 for Fe2+.For the decomposition of [Zn(CN)4]2- and [Cu(CN)3]2- complexes with direct photolysis and [Zn(CN)4]2- complex with photolytic peroxidation UVA light using LED lamps was more effective. It is therefore recommended according to the findings of this study due to it is low energy requirements and long-life.Key Words: cyanide, metal-cyanide complex, UVA, UVC, photolytic oxidation, photolytic peroxidation, algae, combined treatment system.