|
Prof. Dr. Sinsi
|
Su Ve Suyun Önemi ( Eksiksiz Tam Bir Konu | 20 Ödev)
Biyolojik Arıtma Uygulamaları
Aktif çamur:
Aktif çamur sistemi dengeleme, havalandırma, çöktürme ve dezenfeksiyon ünitelerinden oluşmaktadır Aktif çamur tekniğine göre çalışan sistemler uygulamada en çok kullanılan sistemlerdir Aktif çamur kolloidal çözünmüş maddelerin mikroorganizmalar ile çökebilir biyolojik floklara dönüştürüldüğü prosestir ve bu proseste havalandırma havuzu içindeki mikroorganizmaların askıda tutulması esastır Biyolojik arıtma ünitesi havalandırma sonucu, organik maddelerin askıda büyüyen mikroorganizmalar tarafından parçalanması prensibiyle çalışır Askıda büyüyen mikroorganizmalar suyun içerisinde bulunan organik maddeleri parçalayarak H2O ve CO2’ ye çevirirler Mikroorganizmaların organik maddeleri oksitlemesi sonucu organik maddeler ya okside olur, yada biyokütleye dönüşür Havalandırma havuzunda gereken arıtma veriminin sağlanması amacıyla havuz içerisinde faaliyet gösteren mikroorganizma sayısını (MLSS) sabit bir değerde tutmak gerekmektedir Bu nedenle biyokütlenin bir kısmı çöktürme kademesinde fazla çamur olarak sistemden atılırken diğer kısmı havalandırma bölümüne geri devrettirilir Aktif çamur sistemlerinde bakteriler en önemli mikroorganizmalardır Çünkü organik maddelerin parçalanmasından sorumludurlar Aktif çamur sistemlerinin dizaynında çeşitli parametreler kullanılır Bu parametrelerden bazıları çamur yükü, çamur yaşı ve bekletme süresidir
KİMYASAL OKSİDASYON
1Oksidasyon proseslerinin genel tanıtımı :
Kimyasal oksidasyon bileşiğin oksidasyon halinin arttığı bir prosestir Kimyasal indirgenme de,bileşiğin oksidasyon halinin azalması olarak tanımlanır Basit anorganik oksidasyon-indirgenme (redoks) reaksiyonları için,oksidasyon,elektron kaybına indirgenmede elektron kazanımına eşdeğerdir Bu tanım organik reaksiyonlara doğrudan uygulanmaz Organik bileşiklerin oksidasyonunda aşağıdaki reaksiyonlar gerçekleşir:
1) Oksijen ilavesi 2) Hidrojenin uzaklaştırılması 3)Elektronların uzaklaştırılması
Su ve atık su arıtımında kimyasal oksidasyonun kullanılmasının amacı ise istenmeyen kimyasal maddelerin zararsız veya sakıncası olmayan hale dönüştürülmesidir Çoğunlukla oksidasyon işlemi son aşamaya kadar sürdürmek uygun değildir Örneğin toksik bir madde olan fenol istenirse CO2 ve H2O’a kadar da oksitlenebilir Ancak koşulların ayarlanmasıyla ara kademelerde de zararsız oksidasyon ürünleri elde edilebilir Eğer bu ara ürünler gerçekten zararsız iseler daha ileri oksitlemeye zaman ve ekonomi açısından gerek yoktur Bu nedenlerle, atık su ve içme suyu arıtımında kimyasal oksidasyon işlemi istenmeyen maddelerin ve bazı toksik bileşiklerin sudan giderilmesi amacı ile kullanılır Bu tür oksidasyon ile arıtılabilir maddeler şunlardır
1)Anorganik maddeler ( Mn+2, Fe+2, S-2,CN-,SO3-2)
2)Organik maddeler ( fenoller,aminler,hümik asitler ve diğer renk , tad koku oluşturan bileşikler bakteriler ve algler ve toksik bileşikler)
Kimyasal oksidasyon prosesi ilk kez 18 yüzyıl başlarında kullanıldı
Oksidasyon, en basitinden suyun havalandırılması ile yapıldı Ancak bu
Uygulama 19 yüzyılın son yarısına kadar pek yaygın değildi Bu dönemde
havalandırma işlemi su ve atık su arıtımında önem kazandı ve arıtma işleminde
daha etkili oksidasyon maddeleri kullanılmaya başlandı Neticede ozon,
permanganat, klor, klordioksit, gibi daha güçlü oksidasyon maddeleri bulundu
Ozon ilk kez 1982’de Fransa da kullanılmaya başlandı Bugün avrupa da
yüzlerce su arıtma tesisinde ozon arıtma ve dezenfeksiyon amacı ile
kullanılmaktadır potasyum permanganat ilk kez 1913 de amerika da kullanıldı
ve son yıllarda yaygın bir kullanım alanı buldu Esas olarak tad koku kontrolü
Fe ve Mn giderme amacı ile su arıtma tesislerinde kullanılmaktadırKlor dioksit
Amerika da ilk kez 1947 de sulardaki fenol bileşiklerini gidermek için uygulandı
ve bugün 150 den fazla “su arıtma tesisinde” kullanılmaktadırKlor endüstriyel
atık sulardaki siyanürün ve içme sularındaki demir ve manganın oksidasyonu
için kullanılır
Diğer bir güçlü oksidasyon maddesi de H2O2 dir Ancak pahalı oluşu nedeni ile arıtma tesislerinde yaygın olarak kullanılmaz Ancak bazı endüstriyel atık suların arıtımında özel hallerde, kullanımı vardır Atık suların, gamma ışınları ile radyasyonu esnasında oluşan bazı kısa ömürlü radyoaktif kökler de oksitleyici olarak kullanılırlar
2) Su ve atık su arıtımında kullanılan oksidasyon
maddeleri ve oksidasyon proseslerinin kısıtları:
Biyolojik oksidasyonlar dışında, oksidasyon proseslerinin günümüzdeki
kullanımı ekonomik nedenlerle çok kısıtlıdırBu nedenle bazı özel haller için evsel
ve endüstriyel atık su arıtımında, üçüncül arıtma tesislerinde ve içme suyu
arıtımında kullanımları çok kısıtlıdır
Su ve atık su arıtımı için uygun oksitleyici maddeyi seçerken dikkat edilmesi
gereken hususları şu şekilde sıralayabiliriz:
1) Arıtma verimi
2) Fiyat
3) Taşıma ve saklama kolaylığı
4) Kendisinden önceki veya sonraki arıtma kademeleri ile uyumu
5) Oksidasyon işleminin mekanizması
Bu hususları sağlayan oksidasyon maddeleri ise aşağıdaki şekilde özetleyebiliriz:
1) Oksijen veya hava
2) Ozon
3) Hidrojen peroksit
4) Potasyum permanganat
5) Klor veya hipokloritler
6) klordioksit
3)Kimyasal oksidasyonunun prensipleri :
Oksidasyon denilince akla ilk gelen oksijenle yanma reaksiyonudur:
C + O2 CO2
CH3OH + CuO HCHO + Cu
Ancak bunun yeterli olmadığını aşağıdaki oksitlenme reaksiyonları ortaya koymaktadırBu nedenle redoks reaksiyonlarını elektron alışverişi ile açıklayan daha genel teoriler geliştirilmiştirBuna göre “elektron alıcı madde” oksitleyici madde, “elektron verici madde” ise indirgeyici madde olmaktadır örneğin ;
2 Fe+2 + MnO2 + 2H2O + 2OH- Mn+2 + 2 Fe(OH)3
reaksiyonunda Fe+2, mangandioksit karşısında indirgendir Buna karşılık Fe+3, hidrojen sülfürü aşağıdaki reaksiyona göre elemental kükürde oksitler:
2Fe+3 + H2S 2Fe+2 + S0 + 2 H+
4) Kimyasal oksidasyona katalizörlerin etkisi :
Suda çözünmüş oksijen ile oksidasyonda Fe+2 iyonlarının redoks reaksiyonunu katalizlediği bilinmektedir:
2Fe+2 + ½ O2 + 5 H2O 2 Fe(OH)3 + 4 H+
Su arıtma proseslerinde en çok kullanılan homogen katalizör Cu dır Oksidasyon reaksiyonlarında silika , killer , metal oksitler ve aktif karbon gibi haterojen katalizörlerin de rol oynadığı sanılmaktadır
5) Kimyasal oksidasyona pH nın etkisi :
Aşağıdaki nedenlerden herhangi biri dolayısı ile oksidasyon hızları pH dan etkilenebilir :
1 Tüm reaksiyonun serbest enerjisindeki değişimler
2 Reaktiflerin , reaktivitesindeki değişimler
3 OH- veya H3O+ iyonlarının katalizör etkisi
Bu etkiler ; siyanürün , siyanata permanganat ile oksidasyonunda görülebilir
pH = 12-14 sınırında
2 MnO4- + CN- + 2OH- 2 MnO4-2 + CNO- + H2O bu reaksiyon sadece bu pH sınırında geçerlidir
6) Oksijen ile Kimyasal Oksidasyon :
Atık su ve içme suyu arıtımında oksijenin kimyasal oksidasyon işlemlerindeki kimyasal oksidasyon maddesi olarak rolü çok önemlidir Oksijen etkili ve ucuz bir oksidanttır ve hava ile birlikte arıtma tesislerinde kolaylıkla verilebilmektedir Havalandırma işlemi genellikle arıtma tesislerinde şu amaçlarla kullanılır:
1 Sudaki karbondioksit , hidrojen sülfür, metan ve düşük sıcaklıkta kaynayan bazı organik bileşikler gibi maddeleri sudan uzaklaştırmak
2 Fe+2 ve Mn+2 nin oksidasyon ile uzaklaştırılması
3 Tad ve koku gidermek
Oksijenlendirme, katalizör mevcut olmadğında çok uzun reaksiyon süresi gerektirmesi gibi bir dezavantaja sahiptir
Su arıtımında havalandırmanın en önemli uygulaması Fe+ ve Mn+2 oksidasyonudur Ferro iyonunun oksidasyonu pH a çok bağımlıdır ve pH 6,5 da çok yavaş gerçekleşir pH=6,9 da ve pH=7,2 de PO2=0,2 atm ve 20 oC HCO3- tamponlu suda Fe+2 nin Fe+3 e % 90 oranında dönüşümü için gereken reaksiyon süreleri 43 dak ve 8 dakikadır
7) Ozon ile kimyasal oksidasyon :
İçme sularının arıtımında uzun süredir, atık suların arıtımında ise son 20 yıldır kullanılmaktadır Su arıtımında ozonun tercih edilmesinin nedenleri şunlardır :
1 Güçlü bir oksitleyicidir Doğal sulardaki ve atık sulardaki organik maddeler ve mevcut mikroorganizmalarla kolayca reaksiyona girer
2 Suda tad ve koku bırakmaz
3 Havanın oksijeninden elektrik enerjisi yardımı ile üretilir Elde edilişi kolaydır en büyük sakıncası fiyatıdır Klasik su arıtma tesislerinde , ideal olarak uymadığı belirlenmiştir Çünkü açık kanallardaki suya doğrudan verilemez Gazın tercihen; sudaki çözünürlüğünü arttırmak kayıpları önlemek toksik ve korrozif ozon/oksijen karışımlarını önlemek üzere hafif bir basınç altında verilmesi gerekmektedir
Genel olarak ozon, arıtma tesislerinde aşağıdaki amaçlarla kullanılır:
1 Renk giderme
2 Tad ve koku giderme
3 Dezenfeksiyon
4 Fe ve Mn giderme
5 Fenol oksidasyonu
6 Siyanür oksidasyonu
Ozon, normal sıcaklıklarda ve basınçlarda gaz halindedir ve KN = -111,9 oC dir
Ozonun sudaki çözünürlüğü ortamın sıcaklığına ve gaz fazdaki ozonun kısmi basıncı PO3 e bağlıdır Ozon hem gaz halde hemde çözelti fazda ayrışmaya uğrar Ayrışma genellikle sıcaklıkla artar ve katı alkaliler, metaller, metal oksitler karbon gibi çeşitli maddeler tarafından bu ayrışma katalizlenir
Adsorpsiyon
Bir yüzey veya ara kesit üzerinde bir maddenin birikmesi ve derişiminin artması olarak tanımlanmaktadırTanımda kullanılan bu ara yüzey bir sıvı ile gaz, katı veya bir başka sıvı arasındaki temas yüzeyi olabilir
Başka bir tanımlama ile adsorpsiyon ,yüzeye saldırma kuvvetlerinden dolayı moleküllerin yüzeye yapışması olayıdır
|