Atıksulardan ağır metal gideriminde elektrodiyaliz, ters elektrodiyaliz, elektrodeiyonizasyon ve ters elektrodeiyonizasyon sistemlerinin karşılaştırılması

Ağır metaller canlı yaşamı için toksik özellik taşımasının yanı sıra ekonomik değere de sahiptir. Birçok endüstriyel faaliyetin atıksuyunda bulunabilen ağır metallerin alıcı ortamlara deşarj edilmesi sonucunda organizmaların bünyesinde birikerek canlı yaşamını tehdit edebilecek seviyelere ulaşabilir. Bu nedenle tüm metaller için alıcı sulara deşarj limitleri yönetmeliklerle düzenlenmiştir. Söz konusu deşarj limitlerini sağlayabilmek amacı ile ağır metallerin atıksulardan giderilmesi ve/veya yeniden bir proses içinde değerlendirilebilmesi günümüzde üzerinde önemle durulan konular arasındadır. Klasik olarak uygulanan metal giderme yöntemleri düşük derişimde metallerin sulardan ayrılması konusunda yetersiz kalmaktadır. Bununla birlikte son yıllarda elektrokimyasal yöntemlerle ağır metal giderimi veya geri kazanımı dikkat çeken prosesler arasındadır. Elektroliz prosesine iyon değiştirici membranlar yerleştirilerek tasarlanan elektrodiyaliz prosesi seyreltik çözeltilerden iyonların ayrılması için en fazla çalışma yapılan elektrokimyasal prosestir. ED prosesi iki elektrot arasına amaca uygun olarak yerleştirilmiş iyon değiştirici membranlardan oluşur. ED prosesinde uygulanan doğrusal akımın etkisi altında iyonlar yüklerine bağlı olarak anot ve katoda doğru hareket ederek iyon değiştirici membranlardan kontrollü olarak geçerler. Böylece seyreltik çözeltideki tüm iyonlar konsantre bölmeye taşınır. ED proseslerinin iyi ayırma verimlerine karşılık membran tıkanması, konsantrasyon polarizasyonu, zamanla seyreltik bölmedeki iyon miktarının azalmasına bağlı olarak akım geçişinin zorlanması ile aşırı enerji tüketimi gibi dezavantajları da bulunmaktadır. ED prosesinde bazı değişiklikler yapılarak bu dezavantajların giderilmeye çalışıldığı birkaç yeni modifiye ED prosesi son yıllarda ilgi çekmektedir. Bu yeni prosesler membran tıkanmalarını önlemek amacıyla geliştirilen ters elektrodiyaliz prosesi, ED prosesinin bir iyon değiştirici reçine ilavesi ile desteklenmesi ile iyon transferininin sürekliliğini amaçlayan elektrodeiyonizasyon prosesi ve EDI prosesinin ömrünü uzatmayı hedefleyen, ters elektrodeiyonizasyon prosesidir. Söz konusu bu ayırma proseslerinin çalışma koşulları ve arıtılan suyun özellikleri bağlı olarak birbirlerine göre avantaj ve dezavantajları mevcuttur. Bu çalışma ED, EDR, EDI ve EDIR proseslerinin ayırma performanslarının Cu2+ içeren bir seyreltik çözeltiden, Cu2+'nin giderilmesi üzerinden karşılaştırılmasını amaçlamaktadır. Deneysel çalışmalar ticari olarak temin edilen bir ED hücresi kullanılarak yapılmıştır. Öncelikle ED prosesi, sınırlayıcı akım yoğunluğu, uygulanan voltaj, başlangıç derişimi, akış hızı, elektrolit türü ve derişimini içeren işletme parametreleri açısından optimize edilmiştir. Prosesin performansı, giderim verimi, akım verimi ve enerji ihtiyacı hesaplanarak belirlenmiştir. Sonraki adımda ise ED prosesi için uygulanan tüm deneyler EDR, EDI ve EDIR prosesleri için de tekrarlanmıştır. Elde edilen sonuçlarla çalışma aralıklarında işletme parametrelerinin her bir proses için etkisi ortaya konmuş, aynı zamanda da proseslerin birbirleri ile karşılaştırılması için kullanılmıştır. Literatürde ED, EDR, EDI ve EDIR proseslerinin işletme koşullarının ve performanslarının karşılaştırıldığı bir çalışmaya rastlanmamıştır. Elde edilen sonuçlara göre, tüm prosesler Cu2+ gideriminde belirli bir verime sahiptir. Aynı şartlarda (Cu+ 2 derişimi 100 mg/L, akış hızı 80 mL/dk, elektrolit çözelti 0,3 M K2SO4, uygulanan voltaj 30V) çalışılan proseslerde en yüksek giderim verimi % 89,76 ile EDIR prosesinde elde edilmiştir. Aynı koşullar altındaki ED, EDR ve EDI prosesinde elde edilen % SP değerleri ise %55,69, %66,63, %89,30'dur. Bu koşullardaki yüzde akım verimi değerleri ED, EDR, EDI ve EDIR prosesleri için sırası ile %67,46, %39,58, %25,13, %31, 77 iken proseslerin enerji gereksinimleri ise 9 ,37, 22 ,03, 19,69 ve 14,69 watt. sa/m3'tür. Elde edilen tüm sonuçlar değerlendirildiğinde ise bütün proseslerin değişen işletme parametrelerine göre optimize edilmesinin proses verimini arttıracağı enerji maliyeti ile birlikte proses maliyetini düşüreceği öngörülmektedir.