Membran kapasitif deiyonizasyon yöntemi ile yeraltı sularından arsenik ve bor giderimi

Dünya ölçeğinde su kaynakları değerlendirildiğinde toplam suyun yaklaşık %96'sı denizler ve okyanuslar gibi tuzlu sulardan oluşmaktadır. Geriye kalan tatlı su kaynaklarınınsa % 68'inden fazlası buz ve buzulların içinde, % 30'u ise yer altındadır. Yüzeysel tatlı su ise toplam suyun yaklaşık % 1'ini oluşturmaktadır. Su sıkıntısının temel sebepleri arasında; ekonomik gelişmeler ve nüfusta meydana gelen hızlı değişikliklere bağlı olarak su ihtiyacının artması, yağışlarda meydana gelen değişiklikler, su kaynaklarının kirlenmesi gibi faktörler gösterilmektedir. Yeraltı suları, yüzeysel sularla mukayese edildiğinde daha temiz ve kirlenme riski daha düşük su kaynaklarıdır. Ancak tarımsal faaliyetler neticesinde kullanılan kimyasalların topraktan geçerek yeraltı sularına ulaşması, yağışların topraktan süzülmesi sürecinde toprakta veya kayaç yapılarındaki minerallerin çözünerek suya karışması yeraltı sularının kirlenmesinde büyük etkenlerdendir. Türkiye'de özellikle bor ve arsenik yeraltı sularında yaygın olarak bulunan ve çok küçük konsantrasyonlarda dahi çevre ve insan sağlığına ciddi tehdit oluşturan kirleticilerdir. Yeraltı sularında bulunan bor ve arseniğin giderilmesinde membran prosesler, iyon değiştirme, elektrodiyaliz, koagülasyon gibi birçok teknik kullanılmaktadır. Ancak bu proseslerin arıtımda etkili olmamaları, maliyetlerinin yüksek olması ve kimyasal olarak toksik ikincil atık oluşturmaları gibi dezavantajları bulunmaktadır. Bu sebeple yeraltı sularından bor ve arseniğin arıtılmasına yönelik; etkili ve ekonomik arıtma yöntemlerine ihtiyaç bulunmaktadır. Kapasitif deiyonizasyon prosesi özellikle 5.000 S/cm iletkenliğin altında bulunan ve acı su olarak tanımlanan sulardan iyonların giderilmesinde etkili ve ekonomik bir yöntemdir. Kapasitif deiyonizasyon prosesi ile arsenik giderimine yönelik sınırlı sayıda çalışma mevcuttur fakat bor ile alakalı nitelikli bir çalışma bulunmamaktadır. Yapılan bu doktora tezinde öncelikle, temin edilen membran kapasitif deiyonizasyon cihazının kapasitans değerleri, optimum voltaj ve akım değerleri, işletme süresi gibi değişkenler belirlenmiştir. Bulunan optimum kapasitans değeri 55 65 pF aralığında, maksimum işletme süresi 1500 saniye, optimum potansiyel 1,5 V'dur. 55 65 pF kapasitans değeri için 100 10.000 S/cm aralığında farklı konsantrasyonlar için farklı akımlar ile çalışılmıştır. Desorpsiyon için su geri kazanımının maksimum düzeyde kalması için akım olarak 60 A seçilmiş ve desorpsiyon süreleri bu değere göre belirlenmiştir. Tespit edilen optimum şartlar kullanılarak sentetik numunelerden bor ve arsenik giderimine yönelik çalışmalar yürütülmüştür. 50 2.000 S/cm aralığında arsenik içeren çözeltilerle yapılan çalışmalarda arsenik %91 - %99 aralığında arıtılmıştır. Arsenik için içme sularında izin verilen maksimum değer 10 g/L'dir. Ankara Etimesgut'tan temin edilen ve 66 g/L arsenik içeren yeraltı suyu, MCDI ile %88 oranında arıtılarak izin verilen değerlere indirilmiştir. Tuzsuzlaştırma prosesleri ile bor gideriminde pH önemli bir faktördür. Bu sebeple bor giderimi için öncelikle pH optimizasyonu yapılmıştır. MCDI ile bor gideriminde pH 10,5 değerinin optimum değer olduğu belirlenmiştir. Bor için içme sularında izin verilen maksimum değer 1 mg/L'dir. 10 100 mg/L aralığında bor içeren sentetik numunelerle yapılan çalışmalarda bor konsantrasyonunun giderim verimine bariz bir etkisi olmadığı görülmüştür. Tek ve çift değerlikli iyonların bor giderimine etkilerinin tespitine yönelik çalışmada tek değerlikli iyonların bor giderim verimini düşürdüğü görülmüştür. Balıkesir Bigadiç'ten temin edilen ve 4,32 mg/L bor içeren yeraltı suyu ile yapılan çalışmalarda borun MCDI ile %93 oranında arıtıldığı tespit edilmiştir. Son olarak MCDI ile yeraltı sularının arıtılmasında oluşan maliyet analizi yapılmıştır. Membran prosesler ve elektrosorpsiyon metodları ile yapılan mukayesede MCDI prosesinin 5.000 S/cm altında iletkenliklerde daha ekonomik olduğu tespit edilmiştir. 0 - 5.000 S/cm aralığında iletkenliği olan suların arıtılmasında MCDI enerji sarfiyatı 0,04 2,08 kWsa/m 3 aralığındadır.