Sıvı faz uygulaması olarak ağır metal iyonların giderimi

Bakır, kadmiyum ve krom hakkında ayrıntılı bilgi ve bu iyonların atık sularda izin verilen sınır değerleri, Bölüm 2.2’de ayrıntılı bir şekilde verilmiştir. Atık suda bulunma miktarları göz önünde bulundurularak seçilen standart deşarj değerlerine kadar uzaklaştırılması hedeflenen ağır metal iyonlarının atık sulardan giderilmesi ile ilgili olarak, ağır metal iyonlarının adsorpsiyonuna sürenin, ortamdaki iyon derişiminin, ortamın pH değerinin ve sıcaklığın etkileri bu çalışma kapsamında incelenmiştir.

Ağır metal iyonların giderilmesi ile ilgili çalışmalarda, öncelikle destile su ile hazırlanan ağır metal iyonu stok çözeltisi kullanılarak, bu iyonların belirli derişimlerde ortamda saf halde bulunmaları durumundaki adsorpsiyon davranımları incelenmiştir. İlerleyen aşamada, bu iyonların bir arada ikili ve üçlü olarak bulunmasının adsorpsiyon davranımını ne şekilde etkilediği araştırılmış ve sonuçlar ortaya konulmuştur. Son olarak da, gerçek atık çözeltilerde sadece saf su bulunmadığı, atığın meydana geldiği üretim koşullarına bağlı olarak çeşitli inorganik anyon ve katyonların ve organik maddelerin de bulunduğu dikkate alınarak, bu tür bir ortamda adsorpsiyon çalışması gerçekleştirilmiştir.

Deneysel çalışma kapsamında adsorpsiyon davranımları incelenen ağır metal iyonları, aşağıda tanımlandığı şekilde stok çözeltiler olarak hazırlanmıştır. Farklı derişimler ile yapılan deneyler, bu stok çözeltinin istenilen derişime saf su ile seyreltilmesi suretiyle gerçekleştirilmiştir. Farklı ortam pH değerleri, istenilen derişime sahip olacak şekilde ortama uygun miktarda HCl veya NaOH çözeltisi ilave edilerek ayarlanmıştır.

• Krom Ağır Metal İyon Çözeltisi: 2.828 gram susuz potasyum dikromat (K2CrO7) 1.5 ml HNO3 içeren 200 ml suda çözündürülmüştür. Daha sonra bu

çözelti, 1000 ml saf suya seyreltilerek 1000 mg/l’lik krom çözeltisi hazırlanmıştır.

• Bakır Ağır Metal İyon Çözeltisi: 1 gram bakır metali 15 ml 1+1 HNO3

içeren suda çözündürülmüştür. Daha sonra bu çözelti, 1000 ml saf suya seyreltilerek 1000 mg/l’lik bakır çözeltisi hazırlanmıştır

• Kadmiyum Ağır Metal İyon Çözeltisi: 1 gram kadmiyum metali 10 ml 1+1 HCl içeren suda çözündürülmüştür. Daha sonra bu çözelti, 1000 ml saf suya seyreltilerek 1000 mg/l’lik kadmiyum çözeltisi hazırlanmıştır.

Adsorpsiyon deneyleri sıcaklığın değişmemesi için üzeri kapalı, karıştırmalı bir su banyosunda gerçekleştirilmiştir. Adsorpsiyon süresinin sonunda ortamdaki ağır metal iyon derişimi, aşağıda belirtilen işlemler ile ölçüm alınabilecek derişime seyreltilmiş ve Atomik Absorbsiyon cihazı Unicam 929 ile adsorplanmadan kalan çözelti derişimi belirlenmiştir. Adsorpsiyon işleminde her defasında, aktif karbon numunesi ile muamele edilmeyen çözelti de adsorpsiyonun gerçekleştirildiği aynı ortamda tutulmuş ve bu değer, başlangıç ağır metal iyon derişimi olarak her defasında belirlenmiştir. Ölçümü yapılacak her bir çözelti, 3 defa ölçülmüş ve bunların ortalaması gerçek değer olarak alınmıştır.

• Krom: Su banyosundan adsorpsiyon süresinin sonunda alınan çözeltiler, Atomik Absorpsiyon cihazında ölçüm alınmadan önce, cihazın belirli derişim okuma aralığına (<4 mg/l) sahip olması nedeniyle seyreltme işlemine tabi tutulmuştur. Seyreltme işlemi için her bir derişimin seyreltileceği miktar matematiksel olarak hesaplanmıştır. Bunun için kullanılan seyreltme suyu, hidrojen peroksit içeren aspirasyon çözeltisidir. Çözeltide krom içeriğinin belirlenmesi, atomik absorpsiyon cihazı kullanılarak yapıldığından, ölçüm

alınacak her 100 ml çözelti için 1 ml %30’luk hidrojen peroksit (H2O2), hem

şahit numuneye hem de ölçülecek çözeltiye ilave edilmiştir.

• Bakır: Su banyosundan adsorpsiyon süresinin sonunda alınan çözeltiler, Atomik Absorpsiyon cihazında ölçüm alınmadan önce, cihazın belirli okuma aralığına sahip (<4 mg/l) olması nedeniyle seyreltme işlemine tabi tutulmuştur. Seyreltme işlemi için her bir derişimin seyreltileceği miktar matematiksel olarak hesaplanmıştır. Çözeltide bakır içeriğinin belirlenmesi, atomik absorpsiyon cihazı kullanılarak yapıldığından, ölçüm alınacak her 100 ml çözelti için çok az miktarda nitrik asit çözeltisi, hem şahit numuneye hem de ölçülecek çözeltiye ilave edilmiştir.

• Kadmiyum: Su banyosundan adsorpsiyon süresinin sonunda alınan çözeltiler, Atomik Absorpsiyon cihazında ölçüm alınmadan önce, cihazın belirli okuma aralığına sahip (<3 mg/l) olması nedeniyle seyreltme işlemine tabi tutulmuştur. Seyreltme işlemi için her bir derişimin seyreltileceği miktar matematiksel olarak hesaplanmıştır.

Adsorplanan ağır metal iyon miktarı aşağıdaki eşitlik yardımıyla hesaplanmıştır:

(

)

Burada V, numune hacmi (ml); C0, başlangıç çözelti detişimi; Ct, t anındaki derişim;

M, aktif karbon miktarı (g) ve qt, adsorplanan ağır metal iyonu miktarı (mg/g)’dır.

4.1.2.2 Gaz faz uygulaması olarak kükürt dioksit giderimi

Baca atık gazında bulunma miktarları göz önünde bulundurularak seçilen standart deşarj değerlerine kadar uzaklaştırılması hedeflenen kükürt dioksit giderimi ile ilgili olarak, kükürt dioksit gazının adsorpsiyonuna kullanılan adsorplayıcı maddenin tanecik boyutu (100-150 µm ve 500-600 µm), SO2 başlangıç derişimi (1750-4800

mg/l) ve sıcaklığın (298-373 K) etkileri incelenmiştir. Kükürt dioksit giderilmesi ile ilgili çalışmalar, azot ve baca gazı bileşimini içeren atmosferlerde gerçekleştirilmiştir. SO2 derişim aralığı, literatürden elde edilen bilgilere göre karar verilmiştir. Baca gazı bileşimi olarak ise, %5 O2, %10 CO2, %10 H2O ve %75 N2

Adsorpsiyon çalışmalarında öncelikle denge süresi belirlenmiş, bu süre esas alınarak da sırasıyla derişim, sıcaklık ve tanecik boyutu etkileri incelenmiştir. Bu etkiler F ve K numunesi için ayrıntılı bir şekilde irdelenmiş, adsorpsiyonun gerçekleştiği en uygun ortam koşulları için (298 K, 4800 mg/l SO2 derişimi ve 100-150 µm), diğer

aktif karbon numunelerinin davranımları tespit edilmiştir.

4.2 Deneysel Sonuçların Değerlendirilmesi

Bölüm 4.1’de belirtilen, gerek aktif karbon numunelerinin karakterizasyonu gerekse de adsorpsiyon esasına dayalı kirletici unsurların ilgili ortamlarından giderilmesi konusunda uygulanan deneysel yöntemler sonucu elde edilen veriler, bilimsel değerlendirme süreçlerinden geçirilerek, aktif karbon numuneleri, gözenek yapıları ve yüzey özellikleri bakımından değerlendirilmiş ve bunlara ait sonuçlar aşağıda alt başlıklar halinde ortaya konulmuştur. Bunu takiben, kirletici unsurların giderimi ile ilgili adsorpsiyon verileri, adsorpsiyona etki eden parametreleri de içerecek şekilde ele alınmış ve bunlara ait ham sonuçlar ve adsorpsiyon olayı ile ilgili teorik yaklaşımlar ile değerlendirme sonuçları, literatürdeki olası çalışma sonuçları ile karşılaştırmalı olarak verilmiştir.