Removal of refractory organic substances with chemical oxidation

Bu çalışmanın amacı, çeşitli tehlikeli ve refrakter özellikte organik maddeler içeren sentetik ve endüstriyel atıksuların, kimyasal oksidasyon ve ileri oksidasyon prosesleri ile arıtılmasının araştırılması ve değerlendirilmesidir. Numuneler çeşitli endüstrilerden alınmıştır. Ayrıca, tehlikeli ve refrakter özellikte organik madde olarak; toluen (C7H8), ksilen (C8Hı0), fenol ve 2 ,4-diklorofenoI'den ayrı olarak hazırlanan sentetik atıksular da deneysel çalışmalarda kullanılmıştır. Atıksuların arıtımı ve karakterizasyonu çalışmalarında TOC, KOİ, ve pH analizleri standart metodlara göre yapılmıştır. KOİ, TOC ve fenol analizlerinin sonucunda, en uygun, etkili ve verimli proses, oksidant, doz ve reaksiyon süresi belirlenmiştir. Deneysel çalışmaların birinci aşamasında, kimyasal oksidasyon prosesleri, endüstriyel atıksulara uygulanmıştır. Arıtım çalışmalarında, oksidant olarak; potasyum permanganat (KM1O4), hidrojen peroksit (H2O2), sodyum hipoklorit ve Fenton reaktifi (H202+FeS04) kullanılmıştır. Ayrıca, havalandırma ile katalitik oksidasyon prosesinde katalizör madde olarak mangan sülfat (MnS04) kullanılmıştır. Ham ve biyolojik arıtma ünitesinden gelen tekstil atıksuların Fenton Reaktifi ile oksidasyonunda, maksimum KOİ giderme verimleri sırasıyla %42 ve %70 olarak elde edilmiştir. Kimyasal arıtma ve biyolojik arıtma ünitesinden gelen deri atıksularının arıtımında ise yine Fenton Reaktifi ile kimyasal oksidasyonda en iyi KOİ giderme verimleri, sırasıyla %88-% 47 olarak saptanmıştır. Ayrıca, FentonVII reaktifi ile kimyasal oksidasyon prosesi ile zeytinyağı ve alkoloid atıksularından %70 KOİ giderime verimi sağlanmıştır. Halı yıkama atıksularının arıtımında ise sodyum hipoklorit oksidasyonu ile en iyi KOİ giderme verimi %35 olarak bulunmuştur. Deneysel çalışmaların ikinci aşamasında ise, kimyasal oksidasyon prosesleri toluen, ksilen, fenol ve 2 ,4-diklorofenol içeren sentetik atıksulara uygulanmıştır. Arıtım çalışmalarında, oksidant olarak; potasyum permanganat (KMn04), hidrojen peroksit (H2O2), sodyum hipoklorit ve Fenton reaktifi H202+FeS04) kullanılmıştır. Ayrıca, katalitik oksidasyon prosesinde, katalizör madde olarak, mangan sülfat (MnS04) kullanılmıştır. 250 mg/L toluen, 500 mg/L ksilen, 250 mg/L fenol ve 500 mg/L 2 ,4-diklorofenol sentetik çözeltileri ayrı olarak hazırlanmış ve oksidasyonları incelenmiştir. Deneysel çalışmalar sonucu hangi organik maddenin hangi yöntemle giderilebileceği incelenmiş ve yorumlanmıştır. Sentetik 2 ,4-diklorofenol, ksilen ve toluen çözeltilerinin, fenton ile kimyasal oksidasyon yöntemi ile sırasıyla %88, %89 ve %78 KOİ giderme verimleri ile arıtılabileceği gözlenmiştir. Buna karşılık fenol içeren sentetik çözeltinin katalitik oksidasyonunda, maksimum KOİ giderme verimi %63 olarak bulunmuştur. Sonuç olarak, Fenton reaktifi ile kimyasal oksidasyon yöntemi sentetik atıksuların arıtılmasında en verimli yöntem olarak saptanmıştır. Deneysel çalışmaların üçüncü aşamasında ise, sentetik fenol çözeltisinin ileri oksidasyon prosesleri ile arıtılması incelenmiştir. Tüm fotokimyasal deneysel çalışmalar 16 watt gücünde, 254 nm dalga boyunda düşük basınçlı monokromatik civa lambası içeren belli sıcaklık ve sabit hızda çalıştırılan ve 2 L'lik pyrex camdan yapılmış UV reaktöründe gerçekleştirilmiştir. UV lambası, radyasyon kaynağı olarak sentetik fenol çözeltisi içeren reaktörün içine dikey olarak yerleştirilmiştir. İleri oksidasyon prosesi olarak, UV, UV+hidrojen peroksit ve foto-Fenton (UV/H202/Fe2+) ve foto-Fenton benzeri (UV/H202/Fe3+) prosesleri kullanılmıştır. Ayrıca, pH, giriş fenol konsantrasyonu, hidrojen peroksit konsantrasyonu, demir konsantrasyonu, kullanılan demir değerliklerindeki değişimin ve radikal iyonlarınVIII (HCO3', CO3- ve PO4 ) eklenmesinin, fenol parçalanmasına ve mineralizasyonuna olan etkisi de incelenmiştir. UV ışınlan ile ileri oksidasyon çalışmalarında, pH=7'de %20 fenol giderimi gerçekleşirken, sadece %5 TOC giderimi gerçekleşmektedir. UV ışınları fenolü degrade edebilirken, mineralize edememektedir. UV/H2O 2 prosesinde ise, pH=3, T=25 C, 500 mg/L fenol konsantrasyonunda 5 saat reaksiyon süresinde fenol giderme veriminin arttığı gözlenmiştir. Optimum koşullarda yaklaşık %100 fenol giderimi gerçekleşirken, %9 TOC giderme verimi elde edilmiştir. Sonuç olarak, UV prosesine kıyasla, hidrojen peroksit ile UV oksidasyonunun beraber kullanılması, fenolün fotokatalitik parçalanmasını hızlandırmıştır. Foto-Fenton prosesinde, UV/H2O 2 prosesine demir +2 değerlikli iyonların eklenmesi ile fenol gideriminin ve minerilizasyonun arttığı gözlenmiştir. pH=3, Fe2+=7. 5 mg/L and H2O2= 500 mg/L konsantrasyonunda 5 saatlik reaksiyon süresi sonunda, en iyi mineralizasyon verimi %87 olarak bulunmuştur. Buna karşılık 2.5 dakika sonunda fenol giderimi yaklaşık %100 olarak gözlenmiştir. Bu sonuçlara göre, foto-Fenton prosesi ile kısa sürelerde fenol giderimi ve mineralizasyonu gerçekleşebilmektedir. Fe3+ katalizörünün ve radikal iyonlarının (HCO3', C03= ve P04=) ileri oksidasyon proseslerinde kullanılmasının fenolün giderimine ve minerilizasyonuna olan etkileri de incelenmiştir. Fe3+ katalizörünün ve radikal iyonlarının (HCO3', CU3= ve POO varlığında gerçekleştirilen ileri oksidasyon çalışmalarında fenol giderim veriminin azaldığı gözlenmiştir. Sonuç olarak, refrakter ve toksik özellikte organik madde içeren endüstriyel ve sentetik atıksular, kimyasal oksidasyon prosesleri ile okside ve mineralize edilebilmektedir. Fakat bu tür atıksulardaki refrakter ve toksik organik maddeleri, ileri oksidasyon prosesleri ile özellikle foto-Fenton prosesi ile kısa süredeIX giderebilmek ve arıtabilmek mümkün olabilir. Ayrıca oksidasyon proseslerinin, ön arıtma ve/veya son arıtma ünitesi olarak endüstriyel atıksu arıtma tesislerine entegrasyonu, mevcut biyolojik arıtma ünitesindeki KOİ giderme verimini ve prosesin kararlığını arttıran bir yaklaşım olabilir.