Endosülfanın sulardan ozon oksidasyonu ile giderilmesi
Removal of endosulfan from waters by ozone oxidation
- Tez No: 112263
- Danışmanlar: DOÇ. DR. CUMALİ KINACI
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2001
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 174
Özet
ENDOSÜLFANIN SULARDAN OZON OKSİDASYONU İLE GİDERİLMESİ ÖZET Bu çalışmada, Türkiye'de tarımsal mücadele amaçlı olarak yaygın olarak kullanılan ve çevrede uzun süre bozunmadan kalabilmesi ve yüksek toksisiteye sahip olması nedeniyle dünyanın bir çok ülkesinde kullanımı yasak veya sınırlandırılmış olan endosülfanın, içme suyu ve doğal sulardan ozon oksidasyonu ile giderilmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla endosülfanı oluşturan alfa ve beta endosülfan izomerlerinin, ayrı ayrı ve birlikte laboratuar ölçekli bir reaktörde oksidasyonları gerçekleştirilmiş, oksidasyonu etkilemesi beklenen pH, sıcaklık, ozon dozu, ve ozonlama süresi gibi parametrelerinin oksidasyon verimi üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Oksidasyon deneyleri pH=5, 6 ve 7 derecelerinde, 25, 30 ve 35 °C sıcaklıklarda, 4, 8, 12 mg/dk ozon dozlarında ve 10, 20 30, 40, 50 ve 60 dakikalık ozonlama sürelerinde gerçekleştirilmiştir. Deneylerde deiyonize su ve içme suyu olmak üzere 2 farklı çözücü, analitik ve teknik olmak üzere 2 farklı endosülfan standardı kullanılmıştır. Her ozonlama setinde 0, 10, 20, 30, 40, 50 ve 60 dakikalık ozonlama sürelerinde 7 farklı oksidasyon yapılmış ve her bir deney için l'er litrelik endosülfan çözeltileri kullanılmıştır. Her numunede, reaktöre giren ve çıkan ozon miktarları, reaktörde çözünmüş ozon konsantrasyonu, alfa ve beta endosülfan konsantrasyonları, sıcaklık, iletkenlik ve pH ölçümleri yapılmıştır. Deneylerde çok düşük konsantrasyonlarda endosülfan kullanıldığı için tampon çözelti kullanılmasına gerek duyulmamıştır. Çalışmanın başlangıcında yapılan havalandırma deneyleri sonucunda, çözünmüş halde bulunan endosülfanın ozon üreticisinden çıkan hava+ozon karışımı içindeki hava ile sıyrılma özelliği gösterip göstermediği incelenmiş ve endosülfan konsantrasyonunda bir azalma görülmediğinden havalandırmanın etkisi ihmal edilmiştir. Alfa ve beta endosülfanın pH, sıcaklık ve ozon dozu gibi faktörlere karşı benzer reaksiyonlar sergiledikleri görülmüştür. Artan pH derecelerinde, çözünmüş ozon konsantrasyonunun azalmasına bağlı olarak alfa ve beta endosülfanın oksidasyon hızının azaldığı da görülmüş ve en yüksek giderim verimi her iki izomer için pH = 5' de gerçekleşmiştir. XVÇözelti sıcaklığının artmasının oksidasyon verimini arttırdığı görülmüştür. Yüksek sıcaklıklarda, çözünmüş ozon konsantrasyonunun azalmasına rağmen oksidasyonun veriminin artması, ozonun yüksek sıcaklıkta difüzyon katsayısının artmasının ve/veya sıcaklık faktörünün ozon oksidasyonunu hızlandırıcı bir etkiye sahip olmasının bir sonucu olduğu düşünülmüştür. Artan ozon dozlarında çözünmüş ozon miktarının ve buna bağlı olarak endosülfan giderim veriminin arttığı görülmüştür. Deiyonize suda çözünen analitik ve teknik alfa+beta endosülfan çözeltilerinin oksidasyonları arasında önemli sayılacak bir fark (< % 4) bulunamamıştır. Ancak içme suyunda çözülen teknik endosülfan oksidasyonunda, deiyonize suya göre % 30'lara varan bir giderim düşüklüğü görülmüştür. Bu durum, içme suyunda ozonun daha az çözünmesi ve içme suyundaki inorganik ve organik maddelerin ozonun bir kısmını kullanması şeklinde açıklanmıştır. Alfa endosülfan oksidasyonu için giderim verimleri % 69 - % 93, beta endosülfan içinse % 78- % 96 arasında gerçekleşmiştir. Oksidasyon sonucu yanlanma ömürleri, alfa izomeri için 15.82 ile 35.06 dakika arasında, beta izomeri içinse 12.88 ile 27.33 dakika arasında değişmiştir. Alfa izomeri için ortalama kinetik hız sabiti 5. 44x1 0“4 M”1 sn“1 olurken beta izomeri için bu değer 7.16x1ü”4 JVT'sn'1 olarak hesaplanmıştır. Beta endosülfanın alfaya göre % 25 civarında daha hızlı reaksiyon verdiği görülmüştür. Uygulanan deneysel şartlar altında, endosülfan oksidasyonunun tamamen ozonun direk oksidasyonu ile gerçekleştiği ve indirek reaksiyonunun (OH* radikali reaksiyonu) söz konusu olmadığı belirlenmiştir. Alfa ve beta endosülfanın oksidasyon hızı, literatürde yer alan diğer pestisit oksidasyonu çalışmalarına göre daha düşük olarak bulunmuştur. Bu durumun, çevresel şartlar altında ayrışmaya karşı yüksek dayanıklılık gösteren ve yanlanma ömürleri çok uzun olan organik klorlu pestisitlerin genel organik yapılarından kaynaklandığı sonucuna varılmıştır. Uygulanan deney şartları için hesaplanan kütle transfer katsayılarında, sıcaklık artışının kütle transferini arttırdığı görülmüştür. Deneylerde kullanılan reaktörde herhangi bir karıştırma yapılmadığı ve basınç sabit tutulduğu için, spesifik ara yüzey alanı (a) deneyler boyunca değişmemiştir. Sıcaklık dışındaki pH ve ozon dozu gibi xvıdiğer deneysel şartlar için kütle transfer katsayılarında herhangi bir değişiklik görülmemiştir. Elde edilen kütle transfer katsayılarının literatürde yer alan az sayıdaki pestisit çalışmalarında elde edilen katsayılara benzerlik gösterdiği tespit edilmiştir. Kütle transferini arttırıcı herhangi bir karıştırma işlemi yapılmadan yüksek transfer katsayılarına ulaşılmasında, kullanılan reaktörün geometrisinin etkili olduğu sonucuna varılmıştır. Ayrıca uygulanan ozon dozları ve reaktör hacminin de uygun olarak seçildiği kanaatine varılmıştır. Oksidasyon reaksiyonlarının kinetik rejimlerinin belirlenmesinde kullanılan Hatta sayısı, genel olarak 1 x 1 0“5 civarında bulunmuş ve endosülfanın oksidasyonun düşük hızlı kinetik rejime uyduğu görülmüştür. Alfa ve beta endosülfanın ozonla oksidasyonunun hem ozon hem de endosülfan için birinci derece kinetiğine uyduğu görülmüştür. Çözünmüş ozon konsantrasyonun reaksiyon boyunca sabit kaldığı düşünülerek, k' = k[03] (2) genel reaksiyon ifadesi yalancı birinci derece reaksiyona dönüştürülmüş ve endosülfan konsantrasyonu cinsinden aşağıdaki şekilde yazılmıştır. dC dt rj -”\> endosülfan 1 w) k': yalancı birinci derece reaksiyon hız sabiti Endosülfanın alfa ve beta izomerleri için sıcaklığa bağlı olarak bu çalışmada geliştirilen genel reaksiyon ifadeleri ise aşağıda sunulmuştur. kaifa=0,889exp(-2,21xl(r3/T) (4) kbeta=0,993 exp(-2, 16x1 0^11) (5) Sonuç olarak, alfa ve beta endosülfanın, ozona karşı düşük hızlı reaksiyon verdikleri ancak doğal sularda rastlanan maksimum konsantrasyonları dikkate alındığında 1 saat süreyle yapılacak 12 mg/dk'lık ozonlama ile endosülfan konsantrasyonunun, içme suları için istenilen 0. 1 ppb seviyesine düşürülebileceği görülmüştür. xvıı
Özet (Çeviri)
REMOVAL OF ENDOSULFAN FROM WATER BY OZONE OXIDATION SUMMARY Endosulfan is a banned or restricted pesticide in some countries of the world because of its toxicity and resistance to degradation and it is extensively used pesticide in Turkey. In this study removal of endosulfan from natural and drinking water by means of ozone oxidation was investigated. Both alfa and beta isomer of endosulfan is oxidized in a laboratory scale oxidation reactor. The effects of parameters such as pH, temperature, ozone dose and ozonation time on oxidation performance are determined. Experiments are performed in pH degrees of 5, 6 and 7, at temperatures of 25, 30 and 35 °C and ozone doses of 4, 8 and 12 mg/min for the ozonation times of 10, 20, 30, 40, 50 and 60 minutes. Two types of water (deionized and drinking water) and endosulfan standards (analytic and technic) were used. For each set of experiments, seven different samples of endosulfan each having 1- liter endosulfan solution were ozonated. Input and output ozone doses, dissolved ozone concentrations, temperatures, conductivity and pH were determined for each sample. Buffer solution was not used in the reactor due to small amount of endosulfan. Air-stripping experiments were performed to investigate the probable stripping of endosulfan by air in feed gas and no important effect was determined. Both alfa and beta endosulfan showed similar reactions against the experimental parameters of temperature, pH and ozone dosages. Increasing of pH decreased the dissolved ozone concentration and oxidation rate of both alfa and beta isomers. The highest oxidation rate were obtained in pH=5 for both isomers. Increasing of temperature of pesticide solution increased the oxidation rate. Although the dissolved ozone concentration was decreased in high temperatures, oxidation rate of endosulfan was increased due the increase of diffusion rate of ozone and positive effect of temperature on endosulfan oxidation. Increasing of ozone doses also increased both dissolved ozone concentration and oxidation rate of endosulfan isomers. xvuiNo important differences (< 4 %) were observed in the ozonation performance of technical and analytical endosulfan solutions. However there was 30 % decreasing in the oxidation of endosulfan dissolved in drinking water according to that of dissolved in deionized water. This phenomenon occurred probably due to less amount of dissolved ozone in drinking water and the use of some portion of dissolved ozone by inorganic and organic constituents in drinking water. While the removal rate of alfa isomer was between 69 % and 93 % that of beta isomer was between 78 % and 96 %. Alfa isomer had longer half-life, between 15.82 and 35.06 minutes, than beta isomer, between 12.88 and 27.33 minutes. As a result of slower oxidation, alfa isomer had slower rate constant of 5.44x1 0“4 M”Y1 while beta isomer had faster one of 7. 16x 10“4 M'Y1. Beta isomer had 25 % faster oxidation than alfa endosulfan. pH variation of endosulfan solution during the experiments showed that endosulfan isomers were oxidized by only direct reaction of ozone not the reaction of OH”radical under experimental conditions of this study. According the literatures cited about pesticide ozonation, alfa and beta endosulfan had lower rates of oxidation. It was concluded that high resistance against the ozone oxidation depended on the chemical structure of endosulfan, a member of organochlorine pesticides having high resistance to degradation under environmental conditions. Increasing of temperature of endosulfan solution increased the diffusivity of ozone and mass transfer coefficients. Because of immixing in the reactor, specific interfacial area (a) of the reactor is almost the same for all sets of experiments. There were no differences in mass transfer coefficients for the parameters of pH and ozone dosage. Mass transfer coefficients were high enough and similar to that of literature cited showing that reactor volume and reactor geometry is suitable for this type of oxidation study. Hatta number, a dimensionless number allowing to ascertain the type of kinetic regime of oxidation reactions, was calculated as lxlO“5, meaning that the reaction occurred in the slow regime..e1' The reaction was in the first order with respect to both ozone and endosulfan. ^-=m][cendosmfm] (d XIXSupposing that the dissolved ozone concentration is constant during the oxidation, k' = k[0,] (2) The equation of the reaction can be rewritten: ~~ 7~ ~ * l> endosulfan J (¦*) at k' : pseudo-first order kinetic rate constant The kinetic rate constants of both alfa and beta are also correlated as a function of temperature by the expression: kaifa=0,889 exp(-2,2 1 x 1 0”3/T) (4) kh«.=0,993 exp(-2, 1 6x 1 0'3/T) (5) As a result, because the endosulfan residues in fresh water are in low concentrations depending on their solubility, 1 -hour ozonation of endosulfan with ozone dosage of 12 mg/min will be enough to decrease the concentration below the drinking water standard (0. 1 ppb). xx
Benzer Tezler
- Metiyokarb ve endosülfan aktif maddelerini içeren pestisitlerin gökkuşağı alabalıkları (Oncorhynchus mykiss) üzerine akut toksik etkilerinin belirlenmesi
Acute toxicity of methiocarb and endosulfan to rainbow trout (Oncorhynchus mykiss)
EROL ÇAPKIN
Doktora
Türkçe
2005
Balıkçılık TeknolojisiKaradeniz Teknik ÜniversitesiBalıkçılık Teknolojisi Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ.DR. MUHAMMET BORAN
- Bursa ili Çaybaşı bölgesi maden suyu kaynaklarında organoklorlu pestisit kalıntılarının incelenmesi
Analysis of organochlorine pesticide residues in the mineral water resources of the Çaybaşi region, Bursa
ALİ BAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
KimyaBursa Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ BURÇAK KAYA ÖZSEL
- Profile of priority substances and toxicity assessments of wastewater treatment plants in Istanbul
İstanbul ili atıksu arıtma tesislerinde öncelikli maddelerin profili ve toksisite değerlendirilmesi
RAHİME İCLAL BİRTEK
Doktora
İngilizce
2023
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İZZET ÖZTÜRK
- Sularda pestisit kalıntılarının katı faz özütlemesiyle (Kromatografik ve spektrofotometrik) analize hazırlanması
Başlık çevirisi yok
Z.DİDEM ŞEKER
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
Çevre MühendisliğiCumhuriyet ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET AKÇAY
- Maden suyundaki pestisitlerin gaz kromatografisi-kütle spektrometresi (GC-MS) ve kemometrik yöntemlerle tayini
Determination of pesticides in mineral water by GC-MS and chemometric methods
MERAL BAŞPINAR