Yüzeyleri modifiye olmuş çeşitli adsorbanlarla doğal organik madde giderimi

Tez çalışmasının ana amacı, orjinal ve/veya yüzeyleri modifiye olmuş doğal ve atık malzemeler kullanarak adsorpsiyon ve katalitik oksidasyon prosesleri ile doğal organik madde giderimi ve dezenfeksiyon yan ürünü kontrolüdür. Çeşitli partikül boyut fraksiyonlarındaki doğal pomza, volkanik cüruf ve çelikhane cürufu hem adsorban hem de heterojen katalizör olarak test edilmiştir. Pomza taşı, volkanik cüruf ve çelikhane cürufunun, DOM ve DYÜ giderimi için kullanımı literatürde yer almamıştır ve bu bağlamda yapılan tez literatürde ilk olma özelliğine sahiptir. Doğal pomzalar ve volkanik cürufların demir oksitle kaplanması hem adsorptif hem de oksidatif DOM giderim kapasitelerini önemli miktarda artırmıştır. Kaplanmış pomza veya çelikhane cürufu kullanılan adsorpsiyon ve katalitik oksidasyon prosesleri için %90'lara varan UV absorbans giderimleri sağlanmıştır. Nötral pH değerlerinde bile yüksek DOM adsorpsiyon kapasitelerine dayanarak, demir oksitle kaplı pomzaların veya çelikhane cüruflarının, sulardan DOM gideriminde umut verici adsorban olabilecekleri tespit edilmiştir. Adsorban özelliğinin yanı sıra, demir oksit yüzeylere hidrojen peroksit ilavesiyle katalitik oksidasyon da sağlamıştır. Kaplanmış pomza ve çelikhane cürufundaki demir oksit yüzeyler peroksiti bozundurmakta ve katalitik ileri oksidasyon proseslerinde olduğu gibi güçlü radikaller oluşturmaktadır. Dolayısıyla, hidrojen peroksit ilavesiyle, demir oksit kaplanmış pomza veya çelikhane cüruf partiküllerinin adsorptif ve oksidatif DOM giderimleri hibrit prosesde eş-zamanlı olarak birleştirilmiş ve proses etkinliği artırılmıştır. Hibrit prosesle DOM gideriminde üç mekanizma tespit edilmiştir: 1) kaplanmış pomza ve çelikhane cüruf dozuna bağlı olarak DOM'un bir kısmı pomza ve cüruf yüzeylerindeki demir oksitler tarafından adsorbe edilir, 2) suda kalan daha hidrofilik ve daha az UV254 absorplayan DOM fraksiyonları güçlü oksidanlar tarafından okside edilir ve 3) demir oksit yüzeylerde adsorplanan DOM fraksiyonları da hidroksil radikaller tarafından kısmen okside edilir. Geliştirilen hibrit proses aromatik türler gibi DOM'un yüksek miktarlarda UV254 absorbansına sahip kısımlarını tercihen giderdiği için, özellikle DYÜ kontrolü açısından avantajlıdır. Çalışılan suların spesifik UV absorbans değerleri arttıkça, demir kaplı pomza prosesinin DOM giderim performansı artmıştır. Kaplanmış pomzaların DOM ile ön yüklenmesi genel olarak müteakip oksidasyon performanslarını düşürmüştür. Kontrol deneyleri, pomza yüzeylerindeki demir oksitlerin stabil olduğunu ve tipik doğal suların nötral pH değerlerinde suya salınabilecek demir miktarının ihmal edilebilecek seviyelerde olduğunu göstermiştir. DOM giderimi ve müteakip klorlama sonucu DYÜ kontrolü açılarından bir bütün olarak irdelendiğinde, hibrit prosesle pH 6,0-7, 5 aralığında çalışılması tavsiye edilebilir. Alkalinitenin >300 mg CaCO3/L olduğu sularda prosesinin etkinliği azalmıştır. Pomza ve çelikhane cürufunun aşındırıcı yapıya sahip olmaları ve pomza taşının hafif bir malzeme olmasından dolayı potansiyel çökelme problemleri, bu prosesin sürekli akışlı tam karışımlı reaktörlerde uygulanabilirliğini kısıtlamaktadır. Hibrit prosesin sabit yatak, yukarıdan akışlı, kolon reaktör konfigürasyonunda etkin olarak DOM giderimi ve DYÜ kontrolü sağladığı tespit edilmiştir. Ancak, DOM giderim kapasiteleri ve kırılma/tükenme noktalarına kadar arıtılan su miktarları baz alındığında, demir oksit kaplı hibrit pomza prosesi granül aktif karbonlarlara göre bir miktar düşük performans sergilemiştir. Benzer sonuçlar çelikhane cürufu için de elde edilmiştir. Öte yandan, GAK'ların birim maliyetlerinin de yüksek olduğu dikkate alınmalıdır. Genel sonuçlar olarak, orjinal doğal pomzalar ve çelikhane cürufları hızlı filtrelerde filtre malzemesi olarak kuma iyi bir alternatif olabilir. Adsorptif özelliklerinden dolayı demir oksit kaplı pomzalar ve çelikhane cürufları GAK'lara alternatif olabilir. En önemlisi, hidrojen peroksit ilavesiyle, adsorptif ve oksidatif DOM giderimleri hibrit prosesde birleştirilebilir. Pomzaların doğal materyal olması, ülkemizde bol ve ucuz olarak bulunması ve tehlikeli bileşenler veya yan ürünler içermemesi avantajdır. Çelikhane cürufu ise endüstriyel atık malzemedir ve modifiye edilmeden yüksek verimler elde edilmesi bu malzemeyi avantajlı hale getirmektedir. Orjinal çelikhane cüruflarının, pH, iletkenlik ve alkalinite artışına neden olan çeşitli iyonlar/bileşikler salmasından dolayı kullanılmadan önce yıkama işleminden geçirilmesi tavsiye edilmektedir.