Atıksulardan çeşitli adsorbanlarla arsenik giderimi
Adsorptive removal of arsenic from wastewaters by various adsorbents
- Tez No: 166168
- Danışmanlar: PROF.DR. NURAN DEVECİ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2005
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 135
Özet
ATIKSULARDAN ÇEŞİTLİ ADSORBANLARLA ARSENİK GİDERİMİ ÖZET Toksik etkisi kanıtlanmış bir element olan arsenik azot (Va) grubuna dahil bir metalloiddir. Doğada -3, 0, +3 ve +5 değerlikli formları mevcutsa da, sulu ortamlarda bu formlardan +3 değerlikli arsenit ve +5 değerlikli arsenat formları yaygındır. Mobilitesi yüksek bir element olan arseniğin, gerek yer altı, gerekse yerüstü sularında yüksek oranlarda bulunması su, hava ve toprak arasındaki transfer kolaylığı düşünüldüğünde tehlikelidir. Halkın içme suyu olarak doğal kaynaklardan faydalandığı bilinen Hindistan ve Bangladeş gibi ülkelerde yüksek dozda arsenik alımına bağlı olarak karaciğer, böbrek ve sinir sistemi bozuklukları, dolaşım ve kalp yetersizliği, ciltte pullanma, kansızlık, ishal gibi rahatsızlıklar yaygındır. Yüksek mobilitesi arseniğin atıksularda da kontrolünü zorunlu kılmaktadır. Metalürji, tarım, ormancılık, elektronik, ilaç, cam ve seramik gibi endüstrilerin atıksularında yeralan arsenik için deşarj standartları, ülkemizde, Su Kirliliği Kontrolü Yönetmeliği'nce belirli olup, tam arıtma ile sonuçlanan atıksu altyapı tesislerine deşarj durumunda 3 ppm, derin deniz deşarjı ile sonuçlanan atıksu altyapı tesislerine deşarj durumunda ise 10 ppm düzeyindedir. Avrupa Birliği entegrasyonu dolayısıyla, bu seviye önümüzdeki yıllarda ağırlıkça %0.1 şeklinde değişecektir. Çevre bilincinin ve duyarlılığının gün geçtikçe artması dolayısıyla, deşarj standartları düşürülmekte ve kurallar sıkılaştırılmaktadır. Bu nedenle, arsenik içeren atıkların arıtımında etkin ve ekonomik yöntemlerin geliştirilmesi gereklidir. Atıksulardan arsenik giderimi için uygulanan yöntemler koagülasyon/filtrasyon, kireçle yumuşatma, adsorpsiyon prosesleri, iyon değişimi, membran prosesleri olarak sıralanabilir. Adsorban çeşitliliği, işlem kolaylığı ve ekonomikliği adsorpsiyon proseslerini bu yöntemler arasında ön plana çıkarmaktadır. Adsorban olarak kullanılan maddeler arasında, kok, fuller toprağı, alüminyum oksit, linyit, turba, silika jel, aktif alümina, aktif karbon, alumina silikatlar, zeolitler gibi malzemeler sıralanabilir. Adsorbanın geniş yüzey alanına, uygun gözenek hacmine ve gözenek dağılımına, yüksek seçiciliğe ve tüm bunlara kıyasla düşük maliyete sahip olması tercih sebebidir. Proses ekonomisi açısından ise, kolay rej enere edilebilmesi de gereklidir. Aktif karbon, M.Ö. 1300'lü yıllardan bu yana adsorban olarak değerlendirilmiş bir malzemedir. Günümüzde, endüstriyel atıksulardan aromatikler, hidrokarbonlar, deterjanlar, çözünür boyalar, klorlu çözücüler, fenoller ve hidroksil türevleri gibi kirleticilerin arıtımında aktif karbon ile adsorpsiyonun kesikli/sürekli etkin ve ekonomik uygulamaları bulunmaktadır. İçme sulan için arseniğin aktif karbon adsorpsiyonu ile giderimi araştırmacılar tarafından incelenmiş ve etkin sonuçlar ortaya konulmuştur. Aktif karbonun çeşitli ağır metalleri adsorplama kapasitesinin belirlenmesi de pek çok araştırmaya konu olmuştur. Sonuçlar, aktif karbonun tipine, yüzey alanına, gözenek yapısı ve hacmine, aktivasyon metot ve derecesine bağlı olarak farklılık gösterebilmekte ve kimi zaman çelişkili olabilmektedir. Kaynağın son derece yaygın oluşu, göreceli olarak düşük fiyatı, yüksek kapasitesi, pek çok xıııkirleticinin gideriminde etkin olması, fiziksel ve kimyasal olarak kolaylıkla modifiye edilebilmesi bu konuyu halen güncel ve gelişmeye açık kılmaktadır. Son yirmi yılda, adsorban olarak ilgi çeken diğer bir malzeme de chitosandır. Doğada selülozdan sonra en yaygın ikinci biyopolimer olan chitinin alkali deasetilasyonu ile üretilen chitosan, yapısal olarak metal iyonlarının gideriminde değerlendirilmeye son derece uygundur. Ancak, malzemenin henüz yüksek miktarlarda üretilmemesi, özelliklerinin geniş ölçüde değişim göstermesi ve diğer adsorbanlara kıyasla pahalı oluşu, arıtım proseslerinde kullanımının yaygınlaşmasını engellemiştir. Ancak, yüksek reaktivitesi dolayısıyla, fiziksel ve kimyasal modifikasyonlara açık oluşu bu madde üzerindeki ilgiyi canlı tutmaktadır. Bu çalışmada, endüstriyel atıksulardaki arseniğin aktif karbon ve chitosan ile adsorpsiyonu yoluyla gideriminde etkinliği en üst düzeyde tutacak operasyon şartlan belirlenmiştir. Bu şartlarda kinetik ve termodinamik sabitler saptanmış, uygun adsorpsiyon izotermleri ile adsorpsiyon tanımlı kılınmıştır. Söz konusu deneyler öncelikle yalnızca arsenik iyonları içeren sentetik çözeltiler ile yürütülmüştür. Belirlenen en uygun koşullar altında, atiksulardan arsenik giderimi deneyleri gerçekleştirilmiş ve elde edilen sonuçlar sentetik ortam deneylerine ait sonuçlar ile kıyaslanmıştır. Giderimde ulaşılan seviyeyi arttırmak amacıyla, her iki malzeme de kimyasal modifikasyona tabi tutulmuş ve modifiye malzemeler giderim etkinliği bakımından ham malzemeler ile kıyaslanmıştır. Ham malzemelerle yapılan çalışmaların sonuçlan, gerek arsenat gerekse arsenit gideriminde chitosanın daha yüksek kapasitede tutunma sağladığını ortaya koymuştur. Her iki malzeme de arsenat gideriminde daha etkili iken, arsenit giderimi düşük seviyede gerçekleştirmiştir. Ham malzemelerin rejenerasyon kapasiteleri irdelendiğinde ise, kuvvetli asidik ortamda rejenerasyonun uygun olduğu sonucuna vanlmıştır. Aktif karbon %95 gibi yüksek bir oranda rej enere olmuş, öte yandan, arsenat yüklü chitosan yaklaşık %66, arsenit yüklü chitosan ise yaklaşık %85 oranında rej enere edilebilmiştir. Ham adsorbanlann atiksulardan arsenik gideriminde değerlendirildiği deneylerin sonuçlan, her iki adsorbanın da gerçek koşullarda %70 oranında kapasite kaybına uğradıklarım, göstermiştir. Bu sebeple, atıksuda bulunan diğer metallere yönelik antım kademelerinin ardından arsenat ve arsenit adsorpsiyonunun yürütülmesinin uygun olduğu kararına varılmıştır. Uygulanan modifikasyonların ne derece etkili olduğunun bulunması amacıyla yapılan deneylerde, her iki adsorban için de başarılı neticeler alınmıştır. Gerek sentetik, gerekse gerçek koşullarda erişilen tutunma miktarlarının arttığı görülmüştür. Modifiye aktif karbon numunesi, arsenat gideriminde %14, arsenit gideriminde ise %3.5 oranında daha başanlı olmuştur. Modifiye chitosan numuneleri ise arsenat gideriminde hemen hemen 2.5 kat, arsenit gideriminde ise 1.6 kat yüksek kapasite ile tutunma sağlamıştır. xiv
Özet (Çeviri)
ADSORPTIVE REMOVAL OF ARSENIC FROM WASTEWATERS BY VARIOUS ADSORBENTS SUMMARY Arşeme is a metalloid belonging to Va group in the periodic table of elements. Although it exists in the nature in four oxidation states, -3, O, +3 and +5, only +3 and +5 states, named as arsenite and arsenate respectively, are commonly found in aqueous environment. Arsenic is highly mobile in nature. Under the consideration of its mobility, its presence in surface and ground waters indicates a potential threat to human health. in countries such as Ihdia and Bangladesh, arsenic is present in waters at high levels and therefore, diseases such as lung, kidney and neurological disorders, circulatatory and cardiac insufficiencies, anemia, diarrehea and skin spots are common in rural inhabitants. Effluents of metallurgy, agriculture, forestry, electronics, pharaıaceuticals, glass, and ceramic industries are contaminated with arsenic. in Turkey, the maximum contaminant level has been set by regulation of water pollution control as 3 mg/L when discharge is to total treatment facilities and 10 mg/L in deep sea discharges. However, with integration to the European Union this standard will get lower as 0.1% by weight. Discharge standards are being continuously revised and lowered. Thus, the need for effîcacious and economic methods for removal of arsenic species from industrial wastes is obvious. Currently applied methods used for arsenic removal can be listed as coagulation/filtration, lime softening, ion exchange, adsorption and membrane processes. Adsorption is öne of the most favorable methods due to its advantages such as various available adsorbents, economic and easy nature of process. Coke, lignite, moss, aluminum oxides, alumina silicates, activated carbon and alumina, fuller's earth, clay minerals and zeolites could be listed among widely used adsorbents. An adsorbent material is expected to have high surface area, highly porous nature and should be highly selective for the target metal, it should easily be regenerated to a high extent. hı addition, its cost should be low with regard to its properties. Activated carbon has been utilised as an adsorbent since 1300 B.C. Today, activated carbon is being used in the removal of various pollutants such as aromatics, hydrocarbons, detergents, soluble dyes, chlorinated solvents, phenols and hydroxyl derivatives. Removal of arsenic species from drinking water has been studied by many researchers and results have been shown to be efficient. Removal of heavy metals by adsorption onto activated carbon has also been extensively studied. Results differ by the type of activated carbon, surface area, porosity, activation method and activation extent and are somehow contradictory. However, since activated carbon is an adsorbent with high adsorption/regeneration capacity, has relatively low cost and since it is applicable to many pollutants; it stili gains quite important research interest. Chitosan is öne of the other adsorbents drawing as much attention as activated carbon. it is the majör derivative of chitin, which is the second most abundant biopolymer in XVnature after cellulose. Its structure makes it a good scavenger for metal ions. Chitosan is not produced in massive amounts, its properties show variations in wide extent and it is expensive in comparison to other adsorbents. Therefore, it is not as widely applied in the area of water remediation. Highly reactive nature of this material gives the opportunity to make physical and chemical modifications. Thus, research is stili required. in this study, operation conditions for attaining efficacious removal of arsenic species fronı industrial wastewaters by adsorption onto activated carbon and chitosan have been determined. At these conditions, kinetic and thermodynamic evaluations have been made and parameters have been calculated. Adsorption has been characterized by isotherms and isotherm parameters have also been calculated. Studies were conducted first by synthetic solutions involving only arsenic species and then by real effluents. in order to increase the adsorptive capacity of raw adsorbents, chemical modifications were applied and the capacities of modified materials were compared to that of raw ones. The outcomes of the studies done with raw materials have shown that chitosan's adsoption capacity for arsenate and arsenite is higher than activated carbon. Both chitosan and activated carbon were more efficient at arsenate adsorption, while arsenite adsorption was accomplished at a lower extent. Both adsorbents were regenerated in acidic media. Activated carbon was regenerable at almost %95. On the other hand, arsenate loaded chitosan was regenerable only by 66%, while, arsenite loaded chitosan was by 85%. in the case of removal from industrial effluents, both of the raw adsorbents lost ahnost 70% of their arsenic adsorption capacity. Therefore, it has been concluded that, multi- step adsorption targeting other existant metals was required to attain higher arsenic removal. Modified adsorbents were applied to both removal from synthetic and industrial media and their performances were evaluated. Both of the materials were proven to succeed. The adsorptive capacity of modified activated carbon was calculated to be 14% and 3.5% higher in the case of arsenate and arsenite adsorption, respectively. On the other hand, with modified chitosan samples the outcomes were even better. With modified chitosan, almost 2.5 and 1.6 folds increment was observed in arsenate and arsenite removal, respectively. xvi
Benzer Tezler
- İyon değiştirici reçine ile atık sulardan demir geri kazanımı
Iron recovery from wastewaters by using ion exchange resins
EMİNE ARSLAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BİHTER ZEYTUNCU GÖKOĞLU
- Preparation of poly (3 - sulfopropyl methacrylate –co- 2-(diethylamino) ethyl methacrylate) hydrogels for removal of dyes from water
Çarpraz bağlı poli ( 3-sülfopropil metakrilat 2-dietil amio etil metakrilat) hidrojelinin sulu ortamdaki boyanın giderilmesinde kullanımı
EBRU TEKNECİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BAHİRE FİLİZ ŞENKAL
- Fındık kabuğu ve üzüm çekirdeğinden üretilen aktif karbonlar ile kurşun iyonlarının adsorpsiyonu
Adsorption of lead ions by activated carbons produced from hazelnut shell and grapeseed
SEVİL MUTLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2009
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞEGÜL ERSOY MERİÇBOYU
- Rodamin 6g Boyarmaddesinin Karaağaç (Ulmus Glabra) ve Dut (Morus Alba) talaşı üzerine adsorpsiyonla atık sulardan uzaklaştırılması
Removal of rhodamine 6g dyestuff from wastewater by adsorption onto ELM (Ulmus glabra) and Mulberry (Morus alba) sawdust
CEYHUN REİS
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
KimyaGümüşhane ÜniversitesiOrmancılık ve Çevre Bilimleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. DUYGU ÖZDEŞ