Octylphenol ethoxylate treatment with zero-valent aluminum based advanced oxidation process
Oktilfenol etoksilatın sıfır değerlikli alüminyum bazlı ileri oksidasyon prosesleri ile arıtımı
- Tez No: 439559
- Danışmanlar: DOÇ. DR. TUĞBA ÖLMEZ HANCI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Çevre Bilimleri ve Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 112
Özet
Noniyonik yüzey aktif madde kategorisinin geniş bir parçasını oluşturan alkilfenol etoksilatlar, deterjanları, temizleyicileri, yağ gidericileri, kuru temizleme yardımcılarını, petrol dağıtıcılarını, emülsiyonlaştırıcıları, ıslatma maddelerini, yapıştırıcıları, tarım ilaçlarını, pestisitleri, kozmetikleri, kağıt ve tekstil işleme formülasyonlarını, ön yıkama maddelerini, metal işleme sıvılarını, petrol sahası kimyasallarını, boya ve kaplamaları, toz kontrol maddelerini de içeren geniş bir yelpazade kullanılmaktadır. Alkilfenol etoksilatlar biyolojik olarak daha zor bozunan yüzey aktif maddelerdir ve sudaki çözünürlüklerinden dolayı atıksudan uzaklaştırılmaları zordur. Alkilfenol etoksilatlar grubundaki en çok kullanılan nonilfenol ve oktilfenol etoksilatlar, yarattıkları ciddi çevresel sorunlarla ön plana çıkmışlardır. Etoksi gruplarının kademeli olarak uzaklaşması ile parçalanan nonilfenol etoksilat (NPEO) ve oktilfenol etoksilatlar (OPEO), lipofil karakterleri ve düşük biyoayrışabilirlikleri nedeniyle biyolojik birikim gösteren alkilfenollere (nonilfenol ve oktilfenol) dönüşmektedir. Nonilfenol ve oktilfenoller suda yüksek derecede toksik etki göstermekte ve çok düşük konsantrasyonlarda dahi suda yaşayan canlıların endokrin sistemlerini bozarak üremelerini etkilemektedir. Alkil fenol etoksilatlar yaygın üretim kapasiteleri, yoğun tüketimleri, sedimentlerde ve yağ hücrelerinde birikim eğilimleri, kronik toksik etkileri ve son zamanlarda bunlara ek olarak parçalanma ürünü olan alkilfenollerin pek çok ülke ve kuruluş tarafından“endokrin bozucu kirletici madde”listelerinde sınıflandırılması nedeniyle, gündem konusu, öncelikli kirleticiler olarak dikkat çekmektedirler. Endüstriyel kaynaklı, endokrin bozucu, kanserojenik ve toksik özellik gösteren alkilfenoller ise konvansiyonel yöntemlerle giderilememekte, bu nedenle de arıtma sistemine ve/veya alıcı ortama olumsuz etkileri devam etmektedir. İleri oksidasyon prosesleri (İOP), oksidasyon potansiyeli çok yüksek olan serbest radikallerin reaksiyon ortamında üretilmelerine dayanan prosesler ve arıtma yöntemleridir. Bu proseslerle, hedef kirleticinin kısmı oksidasyonla toksisitesi giderilmekte ve/veya kirletici biyolojik olarak daha kolay ayrıştırılabilen oksidasyon ara ürünlerine dönüştürülmekte, bazı durumlarda ise tamamen oksidasyon son ürünlerine mineralize (karbondioksit ve su) edilmektedir. Bugüne kadar hidroksil radikali (HO) bazlı çeşitli heterojen ve homojen İOP'nin birçok organik ve inorganik kirleticinin arıtımında kullanımı detaylı olarak incelenmiş, proseslerin modellenmesi, optimizasyonu, kirleticilerin giderim mekanizmaları ve proses verimine etki eden koşullar ayrıntıları ile rapor edilmiştir. Son yıllarda ise, zor ayrışan, hatta inert ve/veya toksik kirleticilerin oksidasyon potansiyeli yüksek (2.4-2.6 eV) sülfat radikali (SO4-) bazlı İOP ile giderimiyle ilgili araştırmalar giderek önem kazanmıştır. Yarılanma ömrü hidroksil radikaline oranla daha uzun, su/atıksu matrisinde bulunan, reaksiyon süresinin uzamasına ve oksidan tüketimine sebep olan maddelerden daha az etkilenen sülfat radikalinin bu özellikleri SO4- bazlı İOP'nin su ve atıksu arıtımında kullanımını daha avantajlı hale getirmektedir. xxii Yüksek yüzey alanları ve reaktiviteleri nedeniyle sıfır değerlikli demir (SDD) ve sıfır değerlikli alüminyum (SDA) gibi sıfır değerlikli metal nanopartikülleri ile arıtma uygulamaları ise son yıllarda önemli bir araştırma konusu olmuştur. Asidik ortamda oksijen varlığında SDA moleküler oksijeni aktive etmekte ve serbest radikallerin oluşumuna neden olmaktadır. Ortamda hidrojen peroksit (HP), persülfat (PS) ve peroksimonosülfat (PMS) oksidanlarının bulunması durumunda ise benzer şekilde SDA ve oksidanlar arasında gerçekleşen elektron transferi neticesinde serbest radikaller (HO ve SO4-) oluşmaktadır. SDA ile arıtma prosesinin potansiyel uygulama alanları, yeraltı sularının arıtımı (pestisitler, antibiyotikler, arsenik, nitrat ve ağır metaller, vb.) ve endüstriyel atıksuların (klorlü organik bileşikler, boyar maddeler, fenoller, klorlu fenoller) arıtımıdır. Bugüne kadar mikrokirleticilerin SDA ile arıtılabilirliği konusunda çalışmaların çoğu sentetik (saf) suda ve/veya laboratuvar ölçeğinde gerçekleştirilmiştir. Bu nedenle elde edilen arıtılabilirlik sonuçları gerçek koşulları ve söz konusu arıtma sisteminin gerçek performansını yansıtmamaktadır. Bu bilgilerden yola çıkarak bu çalışmada, SDA kullanıldığı İOP'nin geliştirilmesine temel bilgi düzeyinde katkıda bulunmak üzere, biyolojik olarak zor ayrışan veya hiç ayrışamayan, canlı bünyesinde ve sucul ortamlarda birikme potansiyeline sahip, doğal ortamlarda potansiyel olarak toksik, kanserojen ve/veya endokrin bozucu olarak etkileri nedeniyle de pek çok ülkede üretimi ve/veya hammadde olarak kullanımında yasal düzenlemeler getirilmiş alkilfenol etoksilatlara örnek teşkil etmesi açısından seçilen OPEO'nun, SDA/HP, SDA/PS ve SDA/PMS ile arıtılabilirliğinin incelenmesi amaçlanmıştır. Bu bilgilerden yola çıkarak, bu çalışmanın ilk aşamasının amacı, endokrin bozucu kimyasallardan olan ve toksik olduğu bilinen TX-45'in etkin arıtımını (ana madde giderimi ve mineralizasyon) sağlayabilmek için SDA/HP, SDA/PS ve SDA/PMS proseslerinin kullanılabilirliği araştırılmış ve proses performanslarının distile su ve gerçek su numunelerinde (ham yüzeysel su, arıtılmış evsel atıksu, çeşme suyu) karşılaştırılmıştır. Çalışmanın ikinci aşamasında ise su fotobakterisi Vibrio fischeri (V. fischeri) ve tatlı su algi Pseudokirchneriella subcapitata (P. subcapitata) ile reaksiyon süresi boyunca belli aralıklarla alınan numunelerde toksisite analizleri gerçekleştirilmiş ve TX-45 kirleticisinin arıtımı sırasında meydana gelen toksisite değişimlerinin belirlenmiştir. Bu çalışmalara ek olarak arıtma sonrasında genotoksik aktivitenin belirlenmesi amacı ile UMU-Choromo testi yürütülmüştür. Ortamda SDA bulunmaması (HP, PS ve PMS oksidasyonu) ve herhangi bir oksidan ilavesi yapılmaması (nZVAl/O2/H+ uygulaması) durumunda TX-45 giderim verimleri %5 ve %38 arasında bulunmuştur. HP, PS ve PMS oksidanlarının SDA ile aktive edilmesi sonrasında TX-45 giderimleri artmış göstermiştir. SDA/PS ve SDA/PMS uygulamaları ile 90 ve 60 dakika sonrasında TX-45 tamamen giderilmiş, SDA/HP prosesi ile ise 120 dakika sonunda %76 giderim verimi sağlanmıştır (Arıtma koşulları: TX-45=2 mg/L; SDA=1 g/L; HP-PMS=0.25mM; PS=0.5mM; pH=3). Distile su ile yürütülen çalışmalarda TX-45 giderim verimleri nZVAl/PMS nZVAl/PS > nZVAl/HP sırası ile gerçekleşmiş, ham yüzeysel su ve arıtılmış evsel atıksu örneklerinde ise bu sıra nZVAl/PMS > nZVAl/HP > nZVAl/PS şeklinde değişmiştir. Toksisite deneyleri sonucunda SDA/PS prosesi ile distile suda gerçekleştirilen TX-45 arıtımında V. fischeri fotobakterisine toksik etki gösteren ara ürünlerin oluşmadığı belirlenmiştir. Distile suda gerçekleştirilen arıtma uygulamasının ilk aşamalarında xxiii %15 olan başlangıç inhibisyon değeri 120 dakika sonunda %26'ya yükselmiştir. Yüzeysel su numunesinde ise 120 dakika sonunda inhibisyon %8 mertebelerine düşmüştür. P. subcapitata tatlı su alg türü ile gerçekleştirilen toksisite deneylerinde %35-39 olarak belirlenen başlangıç inhibisyonu, oksidasyonun ilk aşamalarında distile suda %44 ham yüzeysel suda %52'ye yükselmiştir. 120 dakikalık arıtma süresi sonunda bu değerler distile suda %40, ham yüzeysel suda %25 mertebelerine düşmüştür. Farklı türler ile gerçekleştirilen toksisite analizlerinde P. subcapitata türünün TX-45 ve oksidasyon ürünlerine karşı daha hassas olduğu belirlenmiştir. UMU-Chromo genoksisite testi ise orijinal ve SDA/PS ile arıtılmış TX-45 numunelerinin sitotoksik ve genotoksik etki göstermediğini ortaya koymuştur. Bu çalışma kapsamında gerçekleştirilen kapsamlı analitik ölçüm ve arıtılabilirlik çalışmaları, bilimsel açıdan özgün olmaları ve bu kirletici gruplarını içeren endüstriyel atıksulardan kaynaklanan çevresel problemlere çözüm yöntemi sunmaları nedeniyle her açıdan önemli katkılar sağlamıştır.
Özet (Çeviri)
Alkylphenol ethoxylates (APEs) are non-ionic surfactants and the more important members of them are nonylphenol (NP) and octylohenol (OP). APEs are being used in the formulations of cleaning products, paints, ink dispersants, textile and leather processing (preparation, dyeing and finishing), pulp and paper manufacturing, metal processing, cosmetics and personal care products. It has been postulated that APEs have estrogenic activity and is classified as an endocrine disrupting compound (EDC). There is growing concern on the influence of APEs, Due to their high consumption rate and adverse health effects on wildlife. APEs are discharged to wastewater treatment facilities or directly released into the environment and are a potential source of contamination in the aquatic environment. Primary degradation of APEs in wastewater treatment plants or in the environment generates more persistent shorter chain APEs. Due to the fact that biotreatment requires long retention times and connot degrade APEs completely, rapid and efficient treatment process including advanced oxidation process (AOPs) have successfully been developed to the efficient treatment of APEs. AOPs are based on the generation of very reactive species free radicals. ZVAl exhibits a capacity to degrade organic pollutants under acidic conditions. In the presence of O2, ZVAl/oxidant showed high oxidation capacity due to the high stability of aqua-complexed Al3+ over a wider pH range and leads to generation of OH● and SO4- free radicals by an electron transfer mechanism from ZVAl to oxidant. In this study, nanoscale zero-valent aluminum (nZVAl)-activated hydrogen peroxide (HP), persulfate (PS) and peroxymonosulfate (PMS) oxidation of commercially important octylphenol polyethoxylate type nonionic surfactant namely Triton™ X-45 (TX-45), was investigated. Consequently, it is of major importance to follow changes in toxicity during the application of AOPs, preferrably by conducting battery tests to examine potential toxic effects on tests organisms belonging to different trophic levels. Two different acute toxicity tests using Vibrio fischeri and Pseudokirchneriella subcapitata as well as the UMU-Chromo genotoxity test were undertaken to evaluate the ecotoxicological effects of TX-45 and its oxidation products. In the first part of the study, TX-45 abatement with different initial concentration, oxidant consumption and pH changing were investigated in the nZVAl/O2/H+ system, mere oxidant process and nZVAl/Oxidant treatment methods. Thereafter, treatment performances were evaluated in distilled water (DW), raw surface water (SW), tap water (TW) and effluent from a domestic wastewater treatment plant (WW) to estimate TX-45 degrade as well as its TOC content. TX-45 removals in the absence of nZVAl (mere HP, PS and PMS treatments) and oxidants (nZVAl/O2/H+ treatment) were obtained between 5%-38%. Activation of HP, PS and PMS with nZVAl enhanced TX-45 degradation substantially. Complete TX-45 degradation occurred in DW with the nZVAl/PS and nZVAl/PMS treatment combinations after 90 min and 60 min, respectively, whereas only 76% TX-45 removal was obtained with nZVAl/HP after 120 min (TX-45=2 mg/L; nZVAl=1 g/L; HP- xx PMS=0.25 mM; PS=0.5 mM; pH=3). In DW, TX-45 removal efficiencies decreased as follows; nZVAl/PMSnZVAl/PS>nZVAl/HP and as nZVAl/PMS> nZVAl/HP> nZVAl/PS in SW and WW. Additionally, it should be mentioned that the TOC contribution of the 2 mg/L TX-45 in the SW, TW and WW samples was relatively minor (10-20%) that could not have affected the TOC removal considerably. Toxicity test results indicated that the nZVAl/PS-treated TX-45 samples did not exhibit toxic effects on V. fischeri; the relative inhibition increased from 15% to 26% in DW and decreased to practically non-toxic levels (
Benzer Tezler
- Bir oktilfenol polietoksilatın persülfat ile aktive edilmiş sıfır değerlikli demir nanopartikülleri ile ileri oksidasyonu ve toksik etkisindeki değişim
Advanced oxidation of an octylphenol polyethoxylate with persulfate activated zero valent iron nanoparticles and changes in its toxic effect
KÜBRA TEMİZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İDİL ARSLAN ALATON
- Oktilfenol etoksilatın peroksidisülfat/UV-C ve peroksimonosülfat/UV-C prosesleri ile arıtımı
Treatment of octylphenol ethoxylate by peroxydisulfate/UV-C and peroxymonosulfate/UV-C processes
BORA GENÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TUĞBA ÖLMEZ HANCI
- Doğal sulardan fotokimyasal ileri oksidasyon prosesleri ile endokrin bozucu bileşiklerin arıtımı
Degradati̇on of endocrin disrupting compounds in raw freshwater by advanced oxidation processes
BİNHAN GİRİT
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TUĞBA ÖLMEZ HANCI
- Tekstil endüstrisi arıtılmış atıksularında renk ve öncelikli kirleticilerin ozon teknolojileri ile gideriminin araştırılması
An investigation on color, COD and priority pollutants removal with ozone technology in treated effluents from two textile industries
ELİF BURCU BAHADIR
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Çevre MühendisliğiNamık Kemal ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. SÜREYYA MERİÇ PAGANO
- An investigation of dye-surfactant interactions in aqueous solutions for elucidating the mechanisms of ultrafiltration
Sulu çözeltilerde boya-sürfaktan etkileşimlerinin ultrafiltrasyon mekanizmasının aydınlatılması amacıyla incelenmesi
AYBİKE NİL OLCAY
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Çevre Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET POLAT
PROF. DR. HÜRRİYET POLAT