Koagülant Maddeler

Doğal renk sularda özellikle negatif yüklü kolloidal partiküller ve doğal organik maddeler sebebiyle bulunmaktadır. Bu nedenle renk giderimi, alüminyum ve demir gibi katyonik metal iyonları içeren tuzlar vasıtasıyla koagülasyon ile sağlanmaktadır (Birgül 2006). Askıda veya kolloid haldeki partiküllerin destabilizasyonu, solüsyon pH‟sının ayarlanması ve koagülantların eklenmesi ile mümkün olmaktadır. Vat boyaların arıtımında genel olarak koagülasyon metodu uygulanmaktadır. Suda çözünemeyen vat boyalar, kireç, alüm, demir sülfat ve polielektrolit gibi koagülantlar kullanılarak uzaklaĢtırılmaktadır (Uzal 2007). Koagülasyon prosesinde organik koagülantlarla ya da organik polimerlerle renk gideriminde baĢarılı sonuçlar elde edilmiĢtir. Organik polimerler pahalı olmalarına rağmen, daha az çamur oluĢumuna sebebiyet verdiklerinden daha çok tercih edilmektedir (EPRI 1996; Birgül 2006).

Polielektrolitler ile de etkili renk giderimi yapılabilmektedir. Polielektrolitlerin eklenmesi ile flokların büyümesi sağlanmakta ve çökelme daha hızlı geliĢmektedir. Polielektrolitler yüksek moleküler ağırlıklı polimerlerdir. Koagülantla birlikte 1-5 mg/L gibi küçük dozlarda polielektrolit eklendiğinde, koagülant yardımcısı olarak adlandırılırlar. Genel olarak polielektrolitler pH değiĢimlerinden etkilenmemekte, koagülant gibi iĢlev görmektedir. Çok miktarda iyon oluĢumuna sebep olup, polimer ve elektrolit özellikleri göstermektedir. Polielektrolitlerin en büyük özelliği, büyük flok oluĢumuna sebep olmalarıdır.

Dolayısıyla flok çökelmeleri daha hızlı olmakta, renk giderim maliyetleri azalmakta ve çökelen çamur hacmi daha az olmaktadır (Bidhendi vd. 2007; Verma vd. 2012). Tekstil atıksularından renk gideriminde kullanılan koagülant maddeler ġekil 6.2‟de üç kısımda sınıflandırılmıĢtır.

78

ġekil 6.2. Koagülant maddelerin etkilerine göre sınıflandırılması (Verma vd. 2012)

Pre-hidrolize metalik tuzların genellikle alüm, demir klorür, demir sülfat gibi hidrolize olan tuzlardan daha etkili olduğu belirtilmiĢtir (Jiang ve Graham 1998). Polialüminyum klorür (PACl), polialüminyum demir klorür (PAFCl), polidemir sülfat (PFS) gibi pre-hidrolize koagülantlar ile düĢük sıcaklıklarda bile etkili renk giderimi elde edilmiĢtir. Gregory ve Rossi (2001)‟nin yapmıĢ olduğu bir çalıĢmada eĢit dozlarda kullanılan PACl‟nin, alüme göre daha hızlı ve daha güçlü flok oluĢturduğu sonucuna varılmıĢtır. Pre-hidrolize koagülantlar, önce nötralize edildiği için, suyun pH‟sını daha az etkilemekte, dolayısıyla pH kontrolü ihtiyacını azaltmaktadır.

Tekstil endüstrisinde kullanılan boyaların birçoğu negatif yüklü olduğundan, daha iyi renk giderimi sağlamaları bakımından katyonik polimerler tercih edilmektedir. Bununla birlikte mekanizmaları tam olarak bilinmemektedir. Bu bakımdan giderim mekanizmasını kontrol eden tüm kritik parametrelerin dikkate alınması gerekmektedir. Bazı araĢtırmacılar koagülasyonu etkileyen en önemli parametrelerin pH ve alüm (El-Gohary ve Tawfik 2009), FeCl3 (Kim vd. 2003; Bidhendi vd. 2007), MgCl2 (Tan vd. 2000; Semerjian ve Ayoub 2003;

Gao vd. 2007), PACl (Sanghi ve Bhattacharya 2005; Choo vd. 2007), kireç (Mishra vd. 2002; Georgiou vd. 2003), demir sülfat ve organik polimerik koagülantlar (Mishra vd. 2002;

79

Bidhendi vd. 2007) gibi uygulanan koagülant dozları olduğunu belirtmiĢlerdir. Ayrıca, karıĢtırma hızı ve süresi (Gurses vd. 2003), sıcaklık ve reaksiyon süresi de (Ong vd. 2005; Naimabadi vd. 2009) renk giderimini etkilemektedir. Tüm bu faktörlerin optimizasyonu proses etkinliğini artırmaktadır.

Tekstil atıksularından renk gideriminde kullanılan çeĢitli koagülantlar ve renk giderim verimleri Çizelge 6.5‟de gösterilmiĢtir. Bu veriler baz alınırken, koagülantların renk giderim etkinliklerinin, doz, pH, karıĢtırma süreleri gibi proses değiĢkenlerinin boyar madde türü ve atıksu içeriğine bağlı olarak değiĢebileceği unutulmamalıdır.

Çizelge 6.5. Tekstil atıksuları ile yapılan çeĢitli çalıĢmalarda kullanılan koagülant maddelerin

renk giderimine etkileri (Verma vd. 2012)

Koagülanlar Optimum doz

(mg/L) Boya Cinsi

Optimum Ph

Renk

giderimi (%) Referans

Potasyum ferrat 100 6,5-8,5 95 Ciabatti vd., 2010 Polialüminyum

klorür (PACI) 10 7,2 99,9 Choo vd., 2007 Alüm 200 5,3 78,9 El-Gohary ve Tawfik,

2009

Alüm 5000 4 74 Kumar vd.,2003

Alüm 20 Reaktif ve asidik Nötral pH 98 Golob vd., 2008 Demir sülfat 200 Sülfür 9,4 90 Bidhendi vd., 2007 Demir sülfat 400 Reaktif 12,5 90 Georgiou vd., 2003 Demir sülfat 1000 9,5 60 Selçuk, 2005 Demir klorür 400 Sülfür 8,3 100 Bidhendi vd., 2007

Demir klorür 293 Reaktif ve

dispers 6 71 Kim vd., 2004 Magnezyum klorür 400 Reaktif 11 85 Tan vd.,2000

Magnezyum klorür 120 11 100 El-Gohary ve Tawfik, 2009

Magnezyum klorür 800 Reaktif ve

dispers 12 98 Goa vd., 2007 Polialüminyum

klorür (PACI) 800 7,5 75 Tun vd., 2007

Çizelgede görüldüğü üzere, asidik ve reaktif boyaların alüm ile koagülasyonunda optimum pH; nötral pH değeri olarak tespit edilmiĢtir. Bununla birlikte, polielektrolit eklenmesi ile renk giderimi artmıĢtır.

PACl, alüminyum bazlı bir koagülantdır. PACl‟ler, alüme çok benzemesine rağmen birkaç önemli farkı bulunmaktadır. Bu farklar, kısmen önce nötralize edilmesi, sülfat yerine klorür içermesi, alüminyum içeriğinin üç kat daha fazla olması, hızlı agrega olması, büyük ve

80

ağır flok oluĢturmasıdır. Ayrıca PACl‟ler geniĢ pH aralıklarında (pH 7-10) iyi renk giderimi sağlamaktadır. FeSO4 için boyar madde türü ve atıksu içeriğine bağlı olarak optimum pH

aralığı 7-9 olabilir. Bazı araĢtırmacılar polielektrolit eklenmesi ile genellikle bulanıklığın arttığını ve çökelen çamur miktarının arttığını belirtmiĢlerdir. Ġstenmeyen bu durum, polielektrolit dozunun 2 mg/L‟den daha az konsantrasyonda seçilmesi ile elimine edilebilir (Bidhendi vd. 2007). Magnezyum klorür için optimum pH aralığı 9-12 aralığındadır (Gao vd. 2007; El-Gohary ve Tawfik 2009).

Alüm ve magnezyum klorürün fazla çamur miktarları üretmesi dezavantajlı yönlerinden biridir. DüĢük konsantrasyonlarda demir klorürün renk gideriminde çok baĢarılı olmadığı görülmüĢtür (Kim vd. 2004; Golob vd. 2005; Bidhendi vd. 2007). Bununla birlikte, demir klorür ile birlikte az miktarda katyonik polimer kullanıldığında renk giderimi önemli ölçüde artmıĢtır (Suksaroj vd. 2005).

PFS‟nin koagülant olarak kullanılması ile ilgili oldukça az bilgi mevcuttur. PFS suda pratik olarak çözündüğünden ve (Fe2(OH)3)3+, (Fe2(OH)2)2+, (Fe8(OH) 20)4+ gibi çökelmeye

eğilimli büyük miktarda polinükleik kompleks bileĢikler oluĢturduğundan, oldukça iyi koagülant olarak görünmektedir. Avantajları, flokların kolay çökelmesi, geniĢ pH aralığında çalıĢılabilmesi, düĢük demir içeriği, yüksek ağır metal giderim oranı olarak sayılabilir (Verma vd. 2012).

Yapılan çalıĢmalarda pıhtılaĢma sürecinin verimliliğini arttırmak için yüksek molekül ağırlıklı sentetik veya doğal kökenli polimerler tercih edilebilmektedir. Bu polimerler atıksu ve polimer özelliklerine bağlı olarak, ya kendisi koagülant olarak ya da yardımcı koagülant olarak kullanılabilirler.

Organik polimerik bileĢikler, güçlü ve iyi çöktürme özelliklerine sahip, büyük, yoğun ve kompakt yumakları üretme kabiliyetlerinden dolayı inorganik polimerlere göre daha avantajlıdır (Renault ve ark. 2009). ġekil 6.3‟de doğal koagülant maddeler gösterilmektedir:

81

ġekil 6.3. Doğal koagülant maddeler

Doğal koagülant maddeler, alum gibi geleneksel koagülant maddelere göre; daha az miktarlarda kullanılması, düĢük sıcaklıklarda etkili olması, inorganik koagülantların birim fiyatlarının yüksek olması, biyolojik olarak parçalanamamasından ve toksite etkilerinden dolayı avantajlı konuma geçmektedir.