Topraktan kursun ile kadmiyum ekstraksiyonu ve elektrokimyasal gideriminin sürekli akımlı bir sistemde araştırılması
Extraction of lead with cadmium from soil and research of electrochemical removal in a continuous flow system
Yazar: AYDENİZ DEMİR
Danışman: PROF. DR. NURCAN KÖLELİ
Mersin Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Ağır metal kirliliği = Heavy metal pollution ; EDTA = EDTA ; Elektrokimyasal indirgeme = Electrochemical reduction ; Toprak ıslahı = Soil amendment

Özet:
Bu çalışmada kirlenmiş topraklardan Pb ve Cd?nin giderimi için sürekli akışlı kombine bir sistem tasarlanmıştır. Ağır metalle kirlenmiş (Pb ve Cd) Kayseri ÇİNKUR yakınlarından alınmış toprak örneğinden Pb ve Cd giderimini sağlamak amacıyla şelatlayıcı ajan olarak 0,05 M Na2EDTA çözeltisi kullanılmıştır. Toprağın başlangıç Pb ve Cd derişimi sırasıyla 16381 mg/kg ve 34347 mg/kg olarak belirlenmiştir. Pb ve Cd?nin toprak kolonundan yukarı akışlı ekstraksiyonu sonucu ortaya çıkan ve ikincil kirletici olan yıkama çözeltisine elektrokimyasal arıtım işlemi uygulanmıştır. Açığa çıkan Pb2+ ve Cd2+ içeren yıkama çözeltisine elektrokimyasal arıtım uygulanmış ve metal iyonları metalik forma (Cd0 ve Pb0) dönüştürülmüştür. Toprakta yapılan spesiasyon (BCR) testinde; Pb?nin % 46?sı, Cd?nin ise % 62?si değişebilir fraksiyonda iken; indirgenebilir fraksiyon Pb için % 29, Cd için % 11; organik maddeye bağlı fraksiyon ise Pb için % 11 ve Cd için % 2 şeklinde belirlenmiştir. Araştırma kapsamında yapılan deneyler hem kesikli desorpsiyon testlerini hem de sürekli akışlı kombine testleri kapsamaktadır. Gerçekleştirilen kesikli desorpsiyon testleri sonucunda Pb için maksimum giderim 1:20 katı:sıvı oranında % 61, Cd için ise 1:30 katı:sıvı oranında % 69 olarak belirlenmiştir. Kesikli desorpsiyon testiyle katı fazdan sıvı faza geçen Pb ve Cd?nin, elektrokimyasal olarak giderimi üç farklı potansiyelde (6V, 8V ve 10V) gerçekleştirilmiş ve maksimum Pb giderimi 10V?da  % 99,7, Cd giderimi ise % 80,3 olarak belirlenmiştir. Sürekli akışlı kombine sistemde yapılan deneyler iki farklı toprak kütlesi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. 50 g toprak örneğinin kullanıldığı kombine sistemde 0,3 mL/dak akış hızında gerçekleştirilen deneyler sonrası topraktan çözeltiye taşınan metal iyonları derişimleri (Ce) Pb ve Cd için sırasıyla; 1486,28 mg/L ve 1785,88 mg/L?dir. Kombine arıtım sonunda topraktan Pb giderim verimi % 40,28; Cd giderim verimi ise % 41,98 olarak belirlenmiştir. Kolondan çözeltiye taşınan iyonların elektrokimyasal yolla giderim verimi Pb için % 84,46; Cd için ise % 41?dir. 125 g toprak örneğinin kullanıldığı kombine sistem deneyleri sonunda ise; topraktan çözeltiye taşınan metal iyonları derişimleri (Ce) elektrokimyasal arıtım öncesi Pb ve Cd için sırasıyla; 1695,3 mg/L ve 1705,8 mg/L olarak bulunmuştur. Kombine arıtım sonunda topraktan metal iyonlarının giderim verimi  Pb ve Cd için sırayla; % 40,47 ve % 41,20 olarak belirlenmiştir. Kolondan çözeltiye taşınan iyonların elektrokimyasal hücrede elektrokimyasal yolla giderim verimi ise Pb için % 82,27; Cd için ise % 54,13 olarak belirlenmiştir.

Abstract:
In this study a combined continuos flow system was designed for remove Pb and Cd from polluted soil. 0.05M Na2EDTA was used as chelating agent to remove Pb ve Cd metals from the polluted sample with heavy metal which taken from nearby Kayseri ÇİNKUR. Initial concentrations of Pb and Cd were 16381 34347 mg/kg, respectively. Electrochemical treatment process was applied to the washing solution which is secondary polluting appeared by upward flow extraction of Pb and Cd from the soil column. Metal ions transformed to metalic form by applying electrochemical treatment process to washing solution which contains Pb2+ and Cd2+. Speciation in soil test; fraction associated with the organic substance were found as 11% for Pb and 2% for Cd. While both 46% of Pb and 62% of Cd were at changeable fraction; reducible fraction were 29% of Pb and 11% of Cd.  Experiments within research includes batch desorption tests and continuous flow combined tests. As a result of the batch desorption tests maximum removal were determined as; at the 1:20 liquid solid ratio for Pb is 61%, for Cd at the 1:30 liquid solid ratio is 69%. With batch desorption test Pb?s and Cd?s which are transformed from solid phase to liquid phase electrochemical removal performed in three different potential (6V, 8V and 10V) and maximum Pb and Cd removal efficiencies at 10V were found respectively, 99.7% and 80.3%. Two different soil mass used while experiments were doing with continuous flow combined system. At the end of the  experiment which done with the 50 g soil sample in the combined system at 0.3 mL/min flow rate metal ions concentrations moved from soil to solution for Pb and Cd are 1486 mg/L and 1786 mg/L. At the end of combined treatment Pb removal efficiency from soil is 40,28%. Ions moved from column to solution removal efficiency with electrochemical process is 84.46% for Pb and 41% for Cd. At the end of the  experiment which done with the 125 g soil sample in the combined system metal ions concentrations (Ce) moved from soil to solution before electrochemical treatment in order of Pb and Cd are 1695 mg/L and 1705 mg/L. At the end of combined treatment removal efficiencies of metal ions in order of  Pb and Cd are 40.47% and 41.20%. Ions which moved from column to solution, removal efficiency in the electrochemical cell with electrochemical process were determined as 82.27 % for Pb and 54.13% for Cd.