Yeraltı sularından perklorat ve nitratın membran filtrasyonu ile giderimi
Removal of perchlorate and nitrate from groundwater by membrane filtration
Yazar: PERİHAN GÜNDOĞDU
Danışman: DOÇ. DR. DENİZ UÇAR
Harran Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Nitrat ve perklorat yeraltı sularında bulunabilen anyonlardır. Nitrat mavi bebek hastalığına sebep olurken perklorat vücutta tiroksin hormonları olarak bilinen (triiyodotironin-T3 ve tiroksin-T4) hormonların konsantrasyonunu düşürür. Tiroksin hormonları bazal metabolizma hızını ayarladığı için bu hormonların seviyesindeki azalma metabolizma hızının azalması ile sonuçlanır. Bu durum ise vücuttaki tüm sistemlerin daha yavaş çalışmasına (özellikle çocuklarda büyüme ve gelişimin olumsuz etkilenmesine) sebep olur.
Bu anyonların su ortamından giderilmelerinde çeşitli fizikokimyasal ve biyolojik yöntemler uygulanmaktadır. Biyolojik süreçlerde bir elektron donörü varlığında nitrat azot gazına perklorat ise zararsız olan klorür ve oksijene indirgenir. Ancak içme sularının mikroorganizmalar tarafından arıtımı halk tarafından kabul edilmesi zor bir süreçtir. Bazı bölgelerde etanol (alkol) ya da metanol gibi elektron donörlerinin kullanılması ekstra toplumsal direnç getirebilir.
Bu çalışmada yeraltı sularında bulunabilen nitrat ve perkloratın Dead-End filtrasyon mekanizmasında ters osmoz ve nanofiltrasyon membranları ile giderimi çalışıldı. Sentetik olarak hazırlanan yeraltı suyuna 100 mg NO3--N/L ve 5 mg ClO4-/L eklenerek filtrasyon testlerine tabi tutuldu.  Nanofiltrasyon membranı olarak NF90 15 ve 20 barlık çalışma basınçlarında ters osmoz için ROSW30HR membranı 20 ve 25 barlık basınçlarda çalışıldı. Membranların filtrasyon mekanizmasına ROSW30HR pH'nın etkisinin değerlendirilebilmesi için pH 3, 7 ve 10 test edildi. Çalışma sonuçlarına göre en yüksek nitrat giderimi RO membranı ile 25 bar ve pH 10 koşullarında, en perklorat giderimi ise NF 90 membranı ile 20 bar ve pH 10 koşullarında elde edildi. En yüksek akı NF 90 membranı 15 bar pH 3 kosullarında ile sağlanırken, Kimyasal yıkamanın membran akısını %87 ile 53 arasında geri kazandırabildiği gözlendi. Çalışma gerek perkloratın gerekse nitratın NF90 ve ROSW30HR membranları ile %100 oranında olmasa bile %90 ile 80 arasında giderilebileceğini ortaya koymaktadır.

Abstract:
Nitrate and perchlorate are anions that can be found in groundwater. While nitrate causes blue baby disease, perchlorate lowers the concentration of hormones in the body known as thyroxine hormones (triiodothyronine-T3 and thyroxine-T4). Since thyroxine hormones regulate the basal metabolic rate, a decrease in the level of these hormones results in a decrease in the metabolic rate. This causes all systems in the body to work slower (especially in children, growth and development are negatively affected).
Various physicochemical and biological methods are used to remove these anions from the water environment. In the presence of an electron donor in biological processes, nitrate is reduced to nitrogen gas, whereas perchlorate is reduced to harmless chloride and oxygen. However, the treatment of drinking water by microorganisms is a difficult process to be accepted by the public. In some areas, the use of electron donors such as ethanol (alcohol) or methanol can bring extra social resistance. 
In this study, removal of nitrate and perchlorate, which can be found in groundwater, by reverse osmosis and nanofiltration membranes in Dead-End filtration mechanism was studied. 100 mg NO3- -N/L and 5 mg ClO4-/L were added to the synthetic groundwater and subjected to filtration tests. As nanofiltration membrane, NF90 was used at 15 and 20 bar pressures and for reverse osmosis, ROSW30HR was used at 20 and 25 bar pressures. PH 3, 7 and 10 were tested to evaluate the effect of pH on the filtration mechanisms. According to the results of the study, the highest nitrate removal was achieved with RO membrane under pH 10, at 25 bar pressure, and the highest perchlorate removal was achieved with NF membrane with 15 bar pressure at pH 3. While the highest flux was provided with NF90 membrane, it was observed that chemical washing could recover the membrane flux between 87 and 53%. The study reveals that, although nitrate and perchlorate couldn't be removed at 100% efficiency, around 90% nitrate and 80% perchlorate removal was possible with NF90 and ROSW30HR membranes.