Atıksulardan kadmiyum gideriminin destekli sıvı membran-elektrodiyaliz hibrit sisteminde araştırılması

Yaşadığımız çevrede ağır metal seviyelerinin artması insan sağlığı, doğal kaynaklar ve ekolojik sistemler için önemli bir tehdit oluşturmaktadır. Toksik etki gösteren ağır metaller, suda düşük derişimlerde bile insan sağlığına zarar vermekte, hatta ölümlere yol açabilmektedir. Sulu ortamlardan ağır metal uzaklaştırılmasının iki ana nedeni vardır. Bunlardan birincisi toksisitenin azaltılması, diğeri ise ekonomik değeri olan metallerin geri kazanımıdır. Son yıllarda özellikle seyreltik çözeltilerden kadmiyumun giderilmesinde elektrodiyaliz ve destekli sıvı membran sistemlerinin kullanılması diğer yöntemlere göre daha fazla ilgi görmektedir. Her iki sisteminde avantaj ve dezavantajları bulunmaktadır. İyon seçici membranlar kullanılarak dizayn edilen ED sistemleri verimli bir şekilde katyon taşınımını gerçekleştirebilir, ancak ayırmanın sonlarına doğru seyreltik çözeltinin bulunduğu bölmede, iyonların derişik çözelti bölmesine hareketi ile elektriksel iletkenlik azalmaktadır. Bu nedenle ED hücresinin elektriksel direncinin artmasıyla, sistemin enerji ihtiyacı da artmaktadır. Ayrıca, elektrodiyalizin kimyasal iyon seçiciliği sıvı membranlara oranla daha düşüktür. DSM sistemleri ise içerdikleri taşıyıcılar ile giderilmesi istenilen iyonu yüksek seçicilik ve düşük enerji kullanımı ile ayırmaktadır. Sistemin en önemli dezavantajı membran kararlılığının düşük olması ve sıyırma çözeltisinde metalin istenilen oranda biriktirilememesidir. Bu çalışmada DSM sisteminin yüksek iyon seçiciliği ED sisteminin ise iyonları konsantre edebilme özelliğinden faydalanarak iki sistemin bir arada kullanılması ile tekli sistemde meydana gelen dezavantajların giderilmesi ve ayırma veriminin arttırılması amaçlanmıştır. Çalışmalarda düşük derişimlerde dahi yüksek toksik etki gösteren Cd kullanılmıştır. Üç aşamada gerçekleştirilen çalışmada ilk olarak Cd için DSM optimizasyonu yapılmıştır. Destekli sıvı membranda sıyırma çözeltisi türü, sıyırma çözeltisi derişimi, besleme çözeltisi pH'ı, besleme çözeltisi asit derişimi, başlangıç metal derişimi, akış hızı ve taşıyıcı derişimi parametreleri incelenmiştir. İkinci aşamada ED sistemi için akış hızı, başlangıç derişim, pH, uygulanan voltaj ve elektrolit çözelti derişimi parametreleri için optimize değerler belirlenmiştir. Son aşamada DSM ve ED prosesleri birlikte çalıştırılmıştır. Yapılan çalışmalarda DSM için en iyi Cd giderimine 0.01 M HCl sıyırma çözeltisi derişimi, 2 M HCl'de 75 mg/L Cd derişimi, pH=3, 80 mL/dk. akış hızı ve 0.05 M Toluen-Aliquat 336 membran çözeltisi değerlerinde ulaşılmıştır. ED sisteminde optimum koşullar akış hızı 200 mL/dk., başlangıç Cd derişimi 5 mg/L, uygulanan voltaj 45 V, pH= 6, elektrolit çözelti derişimi 0.1 M NaCl değerlerinde elde edilmiştir. Hibrit sistem oluşturularak yapılan çalışmalarda ise en iyi giderim DSM bölümünde 100 mg/L başlangıç Cd derişimi, 2 M HCl besleme çözeltisi asit derişimi ve 0.1 M Toluen/Aliquat 336 membran çözeltisi derişimi değerinde, ED bölümünde ise akış hızı 200 mL/dk. ve uygulanan voltaj 45 Volt değerinde elde edilmiş ve optimum giderim verimi %70. 99 olarak belirlenmiştir. Hibrit sistem ile sıyırma çözeltisi ED prosesinden sürekli geçirilerek Cd derişimi azaltılmış ve DSM için sınırlayıcı bir işletme parametresi olan sıyırma çözeltisinde derişimin artması önlenmiştir. Ayrıca ED prosesinin düşük derişimlerde metal ayırma özelliği ile Cd konsantre edilmiştir. Sonuç olarak hibrit sistem ile DSM sistemi ED sistemi ile desteklenerek iki sistemin verimli bir şekilde kullanımı gerçekleştirilmiş ve ayırma verimi arttırılmıştır.