Deri endüstrisi arıtılmış atıksularındaki KOİ'nin ozon oksidasyonu ile giderimi

Bu çalışmada, ülkemizde yaygın bir üretime sahip olan deri endüstrisinde kullanılan üretim yöntemleri ve farklı yapıdaki kimyasal maddeler sebebiyle yüksek konsantrasyonlarda organik maddelerin bulunduğu atıksularm biyolojik olarak arıtılması sonucunda giderilemeyen inert yapıdaki organik maddelerin farklı oksidasyon uygulamalarıyla giderimi incelenmiş ve bulunan sonuçlar değerlendirilmiştir. Bu bağlamda, ozonun farklı uygulamalarıyla beraber ozona alternatif olabilecek H2O2 ile oksidasyon uygulamalarının incelendiği çalışmaların yanında inert organik maddelerin gideriminde aktif karbon adsorbsiyonu da kullanılarak oksidasyon ile elde edilen verim değerlerinin karşılaştırılması ve değerlendirilmesi amaçlanmıştır. Ozonla oksidasyonun, literatürde deri endüstrisinin biyolojik olarak arıtılmış atıksulan üzerinde yapılmış olan çalışmaların çok az sayıda olması nedeniyle ozonun inert organik maddelerin gideriminde ne derece başarılı olduğuna ilişkin sağlıklı bilgiler yeterli düzeyde bulunmamaktadır. Bu çalışma ile bu alandaki bilgi birikiminin artırılması amaçlanmıştır. Farklı zamanlarda alınmış olan deri endüstrisi arıtılmış atıksu numunelerinin öncelikle karakterizasyon işlemleri yapılmıştır. Atıksu numuneleri üzerinde yapılan ozonla oksidasyon çalışmalarında farklı ozon akılarında çalışılarak inert organik maddelerin konsantrasyonunda zamanla olan azalmaya göre optimum akının belirlenmesi amaçlanmıştır. Numune 1 'de yapılan akı belirleme çalışmasında, ozon 40 ve 10 mg/dak akılarda sisteme 90 dakika süreyle beslendiği durumda her iki akıda da KOİ %70 oranında giderilmiştir. 90 dakika sürede yapılan akı belirleme çalışmaları sonunda pH'da artış görülmüştür. Numune 2'de yapılan akı belirleme çalışmasında ozon sisteme aynı akılarda verilmiş, oksidasyon süresi olarak 120 dakika seçilmiştir. Ozonlama sonucunda KOİ giderimi her iki akıda da aynı oranda kalarak %50 verim elde edilmiştir. Ozonlama işleminde, 120 dakika gibi daha uzun sürelerin seçilmesiyle KOİ'de ilave giderim sağlanamadığı gibi sürenin artması ile atıksuyun pH'sında büyük bir düşüş görülmüştür. Her iki numune üzerinde yapılan ozonlama sonucunda optimum akı 10 mg/dak olarak belirlenmiştir. Ozon oksidasyonu ile %50- 70 düzeyinde bulunan KOİ giderme verimlerinin literatürde yapılmış olan farklı endüstrilere ait atıksulardaki çalışmalar ile uyumlu olduğu görülmüştür. Optimum akı ve sürede ozonun Fe3+ katalizörüyle birlikte kullanılması halinde reaksiyon hızı başlangıçta artmış, 90 dakikalık süre sonunda toplam organik madde giderimi yalnız ozonun kullnıldığı çalışmalar ile aynı seviyede kalmıştır. Katalizörün başlangıçta sağladığı yüksek reaksiyon sebebiyle kısmi oksidasyonun gerektiği durumlarda bu yöntem kullanılabilir. Yapılan kinetik değerlendirmede, ozonun farklı akılarda ve katalizörle birlikte kullanıldığı durumda reaksiyon hızlan 1. mertebe olarak değişim göstermiştir. Bunun yanında bulunan hız sabiti değerlerinin literatürde ozonun doğrudan reaksiyonları için verilen değerler ile doğrudan karşılaştırma imkanı olmamasına rağmen literatürdeki çalışmalarla reaksiyon süresi bakımından aynı vımertebelerde bulunması nedeniyle ozonla kalıcı KOİ gideriminde reaksiyon hızının çok yüksek olmadığı sonucuna varılabilir. Ozonun bozunmasıyla oluşan OH' radikalinin inert organik maddelerin gideriminde etkisini belirleyebilmek amacıyla ozon ile H2O2 birlikte kullanıldığı optimum ozon akısında 120 dakika süreyle 1 numunesinde yapılan oksidasyon çalışmasında ozon/ H2O2 oram 2 ve 1 M/M olarak seçilmiştir. 2 M/M oranında KOİ giderimi %70 oranında sağlanırken, 1 M/M oranında yapılan çalışmada ise KOİ'de %76 verim elde edilmiştir. Bu değere göre ozonun yalnız kullanıldığı uygulamalara kıyasla ozon tüketiminin 3 kat artmış olduğu görülmektedir. Bu koşullarda ancak yüksek H2O2 dozlarında kısa sürelerde, orta derecede giderme gerektiğinde bu sistemin kullanılabileceği ancak maliyetinin oldukça yüksek olacağı söylenebilir. Ozonla H202'nin birlikte kullanıldığı çalışmalarda, ortamdaki OH radikalinin etkisi nedeniyle reaksiyonun ilk 1 saatlik süre için belirlenen reaksiyon hız sabiti değerlerinin ozonun tek başına kullanıldığı çalışmalara göre daha yüksek olduğu görülmüştür. Reaksiyon hızının ilerleyen oksidasyon süreleriyle azalma göstermesinin ortamdaki OH radikalinin alkalinite tarafindan yakalanması ve harcanması sebebiyle olduğu; burada artık doğrudan reaksiyonların etkili olduğu sonucuna varılmıştır. Yüksek pH'da gerçekleşen radikal reaksiyonda, elde edilen yüksek reaksiyon hızının yamnda ulaşılan KOİ konsantrasyonu oldukça düşük değerdedir. Ancak radikal reaksiyonda çok yüksek ozon harcanması olması nedeniyle kısmi oksidasyon amacıyla kullanıldığı durumlarda yine yüksek ozon tüketimi olmasma karşın doğrudan reaksiyona göre daha etkin bir KOİ giderimi sağlanabilmektedir. Reaksiyon hızı organik madde konsantrasyonuna göre 2. dereceden değişim göstermiştir. Ozona alternatif olabilecek diğer bir oksidan olan H202'nin inert organik maddelerin gideriminde gösterdiği performans deneysel olarak incelenmiştir. H2O2/KOİ 5 ve 2 g/g dozlarında yapılan çalışmalarda 240 dakikalık oksidasyon sonunda KOİ giderme verimleri sırasıyla %20 ve %23 oranlarında sağlanmıştır. Her iki uygulama sonunda da pH'larda önemli bir değişme olmamıştır. H202'nin dozunun artmasının inert organik maddelerin gideriminde herhangi bir katkısının olmaması nedeniyle H2O2 2 g/g oranında Fe3+ ile birlikte kullanılmıştır. Fe3+ in KOİ giderimini artırıcı yönde rol oynadığı görülmüş ve oksidasyon sonunda %41 giderme verimi elde edilmiştir. Sonuçta HaOa'nin tek başına kullanıldığı durumda inert organik maddelerin oksidasyonunda ozon kadar başarılı olmadığı, Fe3+ ile birlikte kullanıldığında ancak KOİ giderimlerinin ozonlama ile sağlanan değerlere yakın seviyelerde sağlandığı görülmüştür. H2O2 ile oksidasyon reaksiyonunun hız sabitlerinin değerlendirilmesinde, yalnız H2O2 kullanılmasının önemli bir katkıda bulunmadığı bunun yamnda Fe3+ kullanıldığı çalışmada katalizörün oksidasyon mekanizmasında etkin olması nedeniyle reaksiyon hızında artış olmuştur. inert organik maddelerin gideriminde oksidasyona alternatif olabilecek ileri arıtma yöntemlerinden olan aktif karbon adsorpsiyonu uygulamasında aktif karbon granül ve toz halinde kullanılmıştır. Granüler aktif karbon çalışmasında KOİ gideriminde %25 verim sağlanmıştır. Aktif karbonun toz halinde kullanıldığı uygulamada, yüksek doz ilavesinde KOİ gideriminin ancak %46 seviyesinde olabildiği görülmüştür. Bulunan sonuç granüler aktif karbon hali ile benzer şekilde değerlendirilmiştir. Deri endüstrisi arıtılmış atıksulan üzerinde yürütülen ozon ile oksidasyon çalışmalarında, ozonun tek başına ve düşük akılarda kullanıldığı durumlarda atıksudaki inert organik maddelerin oksidasyon hızının çok yüksek olmamakla beraber H2O2 ile oksidasyon ve aktif karbon adsorpsiyonuna göre KOİ gideriminde daha etkili olduğu belirlenmiştir. Dolayısıyla deri endüstrisi arıtılmış atıksulannda kalıcı KOİ giderimi amacıyla yapılacak olan çalışmalarda oksidan olarak ozonun tek başına ve düşük akılarda kullanımının uygun olacağı ancak KOİ giderme veriminin %50- 70 arasında sağlanabileceği söylenebilir. Bu çalışmaya ek olarak, kinetik çalışmanın daha detaylı olarak yapılması ve böylece ozonun oksidasyonda ne oranda etkili olabileceğinin sağlıklı bir biçimde değerlendirilmesi önerilmektedir. Bunun yanında pilot ölçekte oksidasyon çalışmaları yapılarak, ozonlama uygulamalarının deri endüstrisi arıtılmış atıksuları üzerindeki uygulanabilirliğinin yanında teknik ve ekonomik fizibilitesinin incelenmesi ozonun işlevselliğinin ortaya konması bakımından faydalı olacaktır. Ozonun değişik katalizörler ile kullanılması durumunda KOİ giderme veriminin zamana bağlı olarak değişiminin izlenmesi, ozonlama uygulamaları açısından yol gösterici bir nitelik taşımaktadır. Ozonun deri endüstrisi arıtılmış atıksulannda uygulanması aşamasında, maliyet analizinin yapılmasına da gereksinim duyulmaktadır.