Yüksek konsantrasyonlarda florür içeren endüstriyel atıksuların fizikokimyasal yöntemler ile arıtımı

Bu çalışmada, yüksek florür içeriğine sahip atıksuları temsil etmek üzere, alüminyum yüzey işleme endüstrisi alüminyum yüzey temizleme ve durulama banyosundan alınan numuneler üzerinde, elektrokoagülasyon, kimyasal çöktürme, koagülasyon ve adsorpsiyon ile florür giderimi ile birlikte organik madde, alüminyum gibi kirleticilerin arıtımıyla ilgili deneysel çalışmalar yürütülmüştür. Alüminyum yüzey temizleme banyosundan, hidroflorik asit (%19), fosforik asit (%8.5) ve tensit kullanılmasından dolayı, pH'sı düşük, florür başta olmak üzere alüminyum, sülfat, fosfat ve organik madde konsantrasyonları yüksek atıksular meydana gelmektedir. Bu nedenle elektrokoagülasyon prosesi ile florür gideriminin incelenmesinin yanı sıra ortamda yüksek konsantrasyonda bulunan diğer kirleticilerin de uygulanacak alternatif arıtma prosesleriyle giderimi önem kazanmaktadır. Florür giderimi yaygın olarak kimyasal çöktürme ve adsorpsiyon prosesleri ile gerçekleşmektedir. Son yıllarda bu iki prosesin birlikte kullanıldığı elektrokoagülasyon uygulamaları da florür giderimi için potansiyel bir arıtma yöntemi olarak gündeme gelmektedir. Bu noktadan hareketle, anılan tüm arıtma yöntemlerinin söz konusu atıksular üzerinde uygulanabilirliğinin araştırılması hedeflenmiştirBirinci bölümde, çalışmanın önemi vurgulanmış, amaç ve kapsamı ifade edilmiştir. İkinci bölümde, florürün tanımı, insan ve çevre sağlığı için önemi belirtildikten sonra su ve atıksular için arıtma ihtiyacı saptanmıştır. Elektrokoagülasyon, kimyasal çöktürme, koagülasyon ve adsorpsiyon ile giderim mekanizmaları ayrıntılı olarak incelendikten sonra bu proseslerle florür gideriminin gerçekleştirildiği çalışmaları kapsayan literatür incelemesi yapılmıştır. Üçüncü bölümde, alüminyum yüzey işleme endüstrisinde uygulanan prosesler ve bu proseslerden kaynaklanan atıksular ile ilgili bilgi verilmiştir. Dördüncü bölümde, kimyasal çöktürme mekanizmasının daha iyi anlaşılması için CaF2 katı fazının tanımı, kristalizasyon yapısı ve çözünürlüğü ile ilgili ayrıntılı bilgiler verilmiştir. Beşinci bölümde, CaF2-H2O sistemi için teorik bir model kurulmuş ve bu modelin matematiksel çözümü yapılarak pH'a bağlı olarak florür çözünürlük diyagramı elde edilmiştir. Aynı kapsamda yürütülen deneysel çalışma ile kurulan teorik modelin kullanılabilirliği tahkik edilmiştir. Altıncı bölümde, alüminyum yüzey işleme endüstrisi atıksularında florür ile birlikte diğer kirleticilerin de giderimi için yürütülen deneysel çalışmalar verilmiştir. Deneysel çalışmalar kapsamında öncelikle, alüminyum yüzey temizleme ve durulama banyolarından alınan numunelerin, 1:1 oranında homojen bir şekilde karıştırılarak elde edilen kompozit numunelerinin karakterizasyonları yapılmıştır. Elektrokoagülasyon uygulamaları, ham ve kireç ile çöktürülerek ön arıtmaya tabi tutulmuş numuneler üzerinde gerçekleştirilmiş, işletme koşullarının proses performansı üzerine etkileri değerlendirilmiştir. İşletme koşulları olarak, akım yoğunluğu, elektrolit olarak kullanılan NaCl konsantrasyonu ve pH ele alınmıştır. Ham numuneler üzerinde alüminyum elektrotları kullanılarak yürütülen elektrokoagülasyon uygulamalarında florür giderme verimleri %95 (~ 100 mg/L) ile sınırlı kalmıştır. Kireç ile kimyasal ön arıtımı gerçekleştirilmiş numunelerde, elektrokoagülasyon prosesi ile florür konsantrasyonu, optimum işletme koşullarında (10 mA/cm 2 akım yoğunluğu, pH 4, 1000 mg/L NaCl konsantrasyonu, işletme süresi 30 dakika) 0.5 mg/L'nin altına kadar düşürülmüştür. Ancak optimum koşullarda yürütülen elektrokoagülasyon uygulamasının alüminyum ve KOİ için alıcı ortam deşarj limitlerini sağlayamadığı tespit edilmiştir. Koagülasyon uygulamaları ham numuneler ve kireç ile kimyasal çöktürme ön arıtımı gerçekleştirilmiş numuneler üzerinde gerçekleştirilmiş ve florür ile birlikte diğer kirleticilerin giderimi incelenmiştir. Kireç ile kimyasal çöktürme ön arıtımı gerçekleştirmiş numuneler üzerinde yürütülen koagülasyon deneylerinde florür konsantrasyonun yaklaşık olarak tamamının giderildiği, alüminyum konsantrasyonunun 10-20 mg/L arasında kaldığı, KOİ'de ise yaklaşık %30 giderim verimi elde edildiği tespit edilmiştir. Ham numuneler üzerinde yürütülen koagülasyon deneyleri, pH ayarları NaOH ve kireç ile yapılarak ayrı ayrı gerçekleştirilmiştir. pH ayarı NaOH ile yürütülen koagülasyon deneylerinde giderim verimi elde edilemez iken, kireç ile pH ayarlaması yapıldığında daha iyi sonuçlar elde edilmiş ancak alıcı ortam deşarj standartlarına ulaşılamadığı tespit edilmiştir. Deneysel çalışmaların son aşamasında ise, kireç ile kimyasal çöktürme ön arıtımı gerçekleştirilmiş olan alüminyum yüzey işleme atıksularının adsorpsiyon prosesi ile giderimi incelenmiştir. Adsorban madde olarak kil bazlı ağartma toprağı, kireç kaymağı ve CaCO 3 kullanılmıştır. Adsorpsiyon deneylerinde adsorban dozu ve pH'nın etkisi incelenmiştir. Yapılan ön denemeler sonucunda kireç kaymağı ve CaCO3'ın florür giderimi üzerinde etkili olmadığı tespit edilmiş, buna karşın adsorban olarak ağartma toprağı kullanılarak yürütülen adsorpsiyon denemelerinde florür giderimi açısından tatmin edici sonuçlar elde edilmiştir. Deney sonuçlarına bağlı olarak adsorpsiyon izotermleri çıkartılarak sonuçlar yorumlanmıştır. HCl asit ile aktive edilmiş kil bazlı ağartma toprağı ile pH 5 .01'de yürütülen adsorpsiyon denemelerinde en yüksek florür giderme verimlerine ulaşıldığı ve florür konsantrasyonunun alıcı ortam deşarj limitlerinin altına (30 mg/L) indirilebildiği tespit edilmiştir. Adsorban olarak ağartma toprağının kullanıldığı adsorpsiyon uygulamasında florürün giderim mekanizmasının hidroksil iyonları ile anyon değişimi esasına dayandığı tespit edilmiştir. Adsorpsiyon denemelerinde florür giderimi için elde edilen dataların Freundlich izotermine uyum sağladığı belirlenmiştir.