İçmesularında THM öncülerinin ozon/hidrojen peroksit prosesi ile giderimi
Removal of THM precursors by ozone/hydrogen peroxide process in drinking water
Yazar: BEYHAN OKTAR
Danışman: YRD. DOÇ. DR. AYŞEGÜL LATİFOĞLU
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2010
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Hidrojen peroksit = Hydrogen peroxide ; Hümik asit = Humic acid ; Ozonlama = Ozonation ; Trihalometanlar = Trihalomethanes ; İleri oksitlenme süreçleri = Advanced oxidation processes

Özet:
Bu çalışmada, İleri Oksidasyon İşlemleri kapsamında yer alan Ozon/Hidrojen peroksit yöntemi ile THM öncülerinin giderimi araştırılmıştır. Sularda THM öncülerini temsil etmek amacı ile humik maddeler kullanılmıştır. Çalışmalar üç bölümden oluşmaktadır. Birinci bölümde, Ozon/Hidrojen peroksit (O3/H2O2) yönteminin farklı işletme koşullarında suların Trihalometan Oluşturma Potansiyeli (THMOP) etkisi incelenmiş, bireysel oksidanlarla verimlilikler karşılaştırılmıştır. Bu amaçla; yöntem, farklı ozon ve hidrojenperoksit dozajlarında, humik asit içeren sentetik sulara uygulanarak, THMOP konsantrasyonu (THMOP), çözünmüş organik karbon konsantrasyonu (ÇOK), çözünmüş ozon konsantrasyonu (O3)s, ve çözünmüş hidrojen peroksit konsantrasyonu (H2O2) ile ilgili analizler yapılmıştır. Bunun yanında kademeli hidrojen peroksit ilavesinin THM öncüleri giderimi üzerindeki etkileri araştırılarak sonuçlar tek aşamada hidrojenperoksit ilavesi ile karşılaştırılmıştır. İkinci bölümde, su kalitesi parametreleri değişiminin THM öncüleri giderimi üzerindeki etkileri incelenmiştir. Araştırılan kalite parametreleri; Çözünmüş Organik Karbon, İnorganik Karbon ve pH'dır. Ayrıca, sistemde klorlama pH'ının etkisi araştırılmıştır. Üçüncü bölümde O3/H2O2 ile THMOP ve ÇOK giderimi ile H2O2 bozunma kinetikleri araştırılmıştır.1.9 mg/Lçözelti-dk'lık bireysel ozonlama uygulandığında humik asit çözeltisinde kalan (THMOP)/(THMOP)o oranı 120 dakikalık reaksiyon süresi sonunda 0.69 olarak tespit edilmiştir. Başlangıç Çözünmüş Organik Karbon konsantrasyonu, (ÇOK)o = 3.2 ± 0.1 mg/L olup, ozonlama prosesiyle (ÇOK)/(ÇOK)o oranı 120 dakikalık reaksiyon sonucunda 0.95 olarak tespit edildiğinden anlamlı bir değişiklik olmadığı sonucuna varılmıştır. Diğer yandan, ozon ile beraber 5 mg/L maksimum Hidrojen peroksit dozu eklendiğinde (THMOP)/(THMOP)o oranının 0.14'e düştüğü görülmüştür. Aynı dozlar için (ÇOK)/(ÇOK)o oranı 0.54 olmaktadır. Hidrojen peroksit dozu 5 mg/L olarak sabit tutulup, ozon dozu arttırıldığında (THMOP)/(THMOP)o ve (ÇOK)/(ÇOK)o oranı azalmakta yani giderim verimliliği yükselmektedir. O3/H2O2 sisteminde kademeli hidrojenperoksit ilavesinin THMOP üzerindeki etkisinin, reaksiyonun ilk 40 dakikasına kadar bireysel ozonlama ile benzer olduğu, 40. dakikadan itibaren H2O2 birikimine bağlı olarak THMOP miktarını belirgin bir şekilde azalttığı, 75. dakikadan itibaren ise tek aşamalı hidrojen peroksit ilaveli sistemle benzer eğilim gösterdiği gözlemlenmiştir.O3/H2O2 sisteminde su kalitesi parametrelerinin THMOP üzerindeki etkilerinin belirlenmesi amacıyla gerçekleştirilen deneylerde; (ÇOK)0, doğal suları temsil edecek şekilde 1.63 mg/L - 4.43 mg/L aralığında çalışılmıştır. (ÇOK)o azaldıkça, (THMOP)o azalmakta, THM öncüleri giderim etkinliği artmaktadır. Bununla beraber, sistemde doğal suların inorganik karbon (CT) içeriğini temsil eden karbonat iyonlarının artmasıyla THM öncüleri giderim verimliliğinde azalma gözlemlenmiştir. Diğer yandan, çözeltilerin pH değerleri arttıkça ozonun katalitik bozunmasının fazla olması nedeniyle, nötral klorlama koşullarında daha az THMOP tespit edilmiştir. Ancak, suların bazik koşullarda klorlanması, THMOP miktarını fazlalaştırması nedeni ile, yüksek pH koşullarında O3/H2O2 yönteminin verimliliği düşmüştür.O3/H2O2 yöntemi ile THM öncülerinin giderim kinetiği İntegral Metodu kullanılarak araştırılmış, THMOP gideriminin ikinci derece, ÇOK gideriminin ve hidrojen peroksit ayrışmasının ise birinci derece reaksiyon kinetiğine uyduğu tespit edilmiştir.Anahtar Kelimeler: Ozon, Hidrojen peroksit, İleri Oksidasyon Prosesi, THM Öncüleri, Humik Maddeler.

Abstract:
In this study, the removal of THM precursors were investigated by using O3/H2O2 method known as advanced oxidation process. Humic substances were used for representing the THM precursors in water. Study consisted of three parts. In the first part, the effect of different operational conditions on THMFP was studied and the efficiencies was compared with the individual oxidants. For this purpose, the method, was applied to synthetic water at different O3 and H2O2 doses and analyzed for trihalomethane concentration (THMOP), dissolved organic carbon concentration (DOC), ozone concentration (O3) and hydrogen peroxide concentration (H2O2). In addition, effect of multistage hydrogen peroxide dose on THM precursors was investigated and results were compared with a single H2O2 addition mode. In the second part, the effect of changes of water quality parameters on THM precursors were examined. Studied parameters were dissolved organic carbon, inorganic carbon and pH. Effect of chlorination pH was also studied in system. In the third part, in O3/H2O2, removal of THMFP, DOC and decomposition kinetics of H2O2 was investigated.Experiments were carried out for finding a relationship with dose effect; when a 1.9 mg/L-dk dosage of individual ozonation was applied. The remaining ratio of (THMOP)/(THMOP)0 in humic acid was found as 0.69 after 120 minutes reaction time. (DOC)0, was equal to 3.2 ± 0.1 mg/L. By ozonation process, (DOC)/(DOC)0 ratio was found to be insignificant after a reaction having duration of 120 minutes. However, when ozone and maximum dosage of 5 mg/L of H2O2 were added together, (THMFP)/(THMFP)o was decreased a value of 0.14. Fort he same experiments conditions, (DOC)/(DOC)0 was 0.54. When dose of H2O2 was kept constant at 5 mg/L and dose of O3 was increased, both (THMFP)/(THMFP)0 and (DOC)/(DOC)0 were decreased. In O3/H2O2 system, effect multistage addition of H2O2 on (THMFP) was similar to individual ozonation for the first 40 minutes of the reaction. After 40 minutes, by the accumulation of H2O2, THMFP was decreased remarkbly at 75 minutes, it showed similar behaviour with one step H2O2 addition system. THMFP removal by multistage hydrogen peroxide addition was similar to the single stage hydrogen peroxide addition.In O3/H2O2 system, the experiments were performed for determining the effects of water quality parameters on (THMFP)0, (DOC)0 was representing the natural watersin the range of 1.63 mg/L - 4.43 mg/L. As (DOC)0 was decreased, THM precursors removal efficiency increased. In addition to this, in system carbonate ions representing inorganic carbon content of natural water increased, removal efficiency of THM precursors decreased. However, THMFP at neutral chlorination conditions were decreased by increase in pH during the oxidation treatment due to the increase in catalytic decomposition of O3 by H2O2 at high pH values. Since, water chlorination at basic condition, increased THMFP of the solution, the higher efficieny of O3/H2O2 provided at high pH was reduced.Removal kinetics of THM precursors with O3/H2O2 method were investigated by using Integral Method. The removal of THMFP was followed 2?nd order knetics, DOC and H2O2 decomposition was followed 1?st order kineticsKeyword : Ozone, Hydrogen peroxide, THM Precursors, Advanced Oxidation Process, Humic Substances.