Sızıntı sularının elektrodiyaliz prosesiyle arıtılabilirliğinin ve geri kazanım amaçlı kullanılabilirliğinin araştırılması

Abstract

Atıksular, arıtımının yanı sıra arıtım esnasında oluşan çıktıların da değerlendirilmesi büyük önem taşımaktadır. Elektrodiyaliz prosesinde ise yüksek kalitede su eldesi sağlanabilir. Eş zamanlı olarak oluşan membran proseslerinde en büyük sorun diye kabul edilen konsantre kısımlarının kullanılabilir biçimde olması önem taşımaktadır. Bu açıdan bakıldığında atık oluşturmayan bir proses olarak detaylı bir biçimde irdelenmesi gerekmektedir. Bu çalışmada elektrodiyaliz prosesinin performansını belirleyebilmek için farklı yaşlardaki (farklı karakterlere sahip) sızıntı suları ayrı ayrı elektrodiyaliz prosesiyle arıtılmaya çalışılmıştır. Elektrodiyaliz prosesi için uygun bir ön arıtım tekniği kullanılarak sızıntı suları elektrodiyaliz prosesine hazır hale getirilmiştir. Akabinde bipolar membranlı elektrodiyaliz prosesi her üç sızıntı suyu tipi içinde çalıştırılmıştır. Farklı işletme şartları altında elektrodiyaliz deiyonizasyon performansı incelenmiş, anolit ve katolit solüsyonlarında da asidik/alkalilik özellikleri belirlenip kullanılabilirlikleri irdelenmiştir. Yapılan çalışmada ön arıtım amacıyla elektrodiyaliz membranlarının tıkanmasını önleyebilmek için bir ultrafiltrasyon ünitesi kurulmuştur. Akabinde membran yüzeylerinde +2 değerlikli başta Ca ve Mg olmak üzere oluşması muhtemel kirliliği önleyebilmek için seri bağlı 5 kademeli katyon değiştirici kullanılmıştır. Ön arıtım ile kalsiyum giderimine bakıldığında sırasıyla genç, orta yaşlı ve yaşlı sızıntı suları için %94,1, %93,6 ve %88,2'lik bir giderim verimi elde edilebilmiştir. Benzer şekilde magnezyum iyonları için de genç orta ve yaşlı sızıntı suları için sırasıyla %97,1, %99,5 ve %88,7'lik giderim verimine ulaşılabilmiştir. Ön arıtım sonrası membran dizilimi ve elektriksel gerilim gibi işletme parametreleri üzerinde optimizasyon çalışması yapılmış ve kirleticilerin deiyonizasyonu sağlanmıştır. Yapılan çalışmalarda en iyi verim genç sızıntı suları için 4 bipolar membran içeren 25V'luk elektriksel gerilim uygulanan çalışmada elde edilmiştir. Bu çalışmada 190 dakikalık süre sonunda sızıntı suyunun 22 mS/cm'den 2mS/cm iletkenlik seviyesine indirgenebilmiştir. Orta yaşlı sızıntı sularında ise en iyi sonuç tek membranlı ve 25 V'lu elektriksel gerilim uygulanan çalışmada elde edilmiştir. Bu çalışmaya göre sızıntı suyu 14,6 mS/cm'den 2mS/cm'nin altına indirgenebilmiştir. Yine bu çalışmada %96,15'lik bir amonyak azotu giderimi, %92,8'lik bir TKN giderimi, %86,7'lik bir KOİ giderimi elde edilebilmiştir. Yaşlı sızıntı sularında ise 4 membranlı ve 25V elektriksel gerilim uygulanan çalışma en verimli çalışma olarak belirlenmiştir. Bu çalışmada ise 300 dakikalık süre sonunda 26.4mS/cm'lik iletkenlik değeri 2mS/cm seviyesinin altına indirgenebilmiştir. Arıtma sonucu elde edilen anolit ve katolit çözeltilerinde sürekli olarak pH ölçümleri yapılmıştır. Bu çalışmalarda genç sızıntı sularında H+ ve OH- iyon konsantrasyonları sırasıyla 0,024M ve 0,042 M mertebelerine ulaşmıştır. Benzer şekilde orta yaşlı sızıntı sularında da H+ ve OH- iyon konsantrasyonları sırasıyla 0,095M ve 0,048M seviyelerine kadar artış göstermiştir. Yaşlı sızıntı suları ile yapılan çalışmada da H+ ve OH- iyon konsantrasyonları sırasıyla 0,022M ve 0,026M seviyelerine ulaşmıştır. Bu çalışmaların tamamı 1L atıksuya karşın 1'er L'lik anolit ve katolit çözeltisinde elde edilmiştir. Bu nedenle anolit ve katolit hacimleri atıksuya oranla daha küçük hacimlerde alınarak anolit ve katolitin daha yoğun bir hal alması sağlanmıştır. Bu amaçla yapılan konsantrasyon artışı çalışmalarında anolit ve katolit hacmi 4 kat azaltıldığında H+ iyon konsantrasyonu 0,019M seviyesinden yaklaşık 3,8 kat artış göstererek 0,076 M seviyelerine kadar katolitte OH- iyon konsantrasyonları da 0,023 M mertebesinden 3,98 kat artış göstererek 0,0933 M seviyelerin yoğunlaştırılabilmiştir. Bu hacimlerin daha da azaltılarak daha yoğun asidik ve alkali çözelti eldesi sağlanabileceği görülmüştür. Yapılan çalışmalarda elektrodiyaliz prosesiyle farklı karaktere sahip atıksuların özellikle iyonik kirleticiler açısından etkin bir giderim verimi ile arıtılabileceği görülmüştür. Aynı zamanda oluşan atıkların asidik ve alkali formda olması nedeniyle karışık asit ve karışık baz şeklinde değerlendirilebilir formda olduğu görülmüştür. Sonuç olarak tek bir prosesle hem arıtımın sağlanabildiği ve hem de arıtma çıktılarının değerlendirilebileceği belirlenmiştir.