Klorlu organik bileşiklerle kirletilmiş yeraltı sularının sıfır değerlikli demir içeren geçirgen reaktif bariyerlerle arıtılması

Abstract

Çeşitli endüstrilerden, tarım ve temizlik işlemlerinden kaynaklanan halojenli organikler, çoğunlukla yeraltı ve yüzeysel sularda ciddi ve dirençli bir kirliliğe neden olmaktadır. Kanserojen oldukları düşünülen bu bileşikler, su ortamında kolayca çözünerek, form değiştirirler, fakat doğal yollarla kolayca parçalanıp sudan uzaklaşmazlar. Maalesef, ülkemizdeki yönetmelikler, yeraltı ve yüzeysel sularından temin edilen içme sularında bu dirençli kirleticilerin, izlenmesini gerekli kılmamaktadır. İnsan vücuduna özellikle içme suyu ile giren bu organiklerin yol açabilecekleri tehlikeler göz önünde bulundurulduğunda, su ortamından mutlaka uzaklaştırılmaları gerekmektedir.Halojenli organiklerin en sorunluları trikloroeten (TCE), tetrakloroeten (PCE), trikloroetan (TCA), kloroform (CF), tetrakloroetan (TeCA) ve dikloroetan (DCA) gibi klorlu bileşikler olarak düşünülmektedir. Uygun bir elektron verici kullanılırsa bu bileşikler indirgenerek halojensizleştirilebilirler. Klorlu organik bileşiklerle kirletilmiş yeraltı sularının arıtılmasında, sıfır değerlikli demir (ZVI) yaygın olarak kullanılan elektron vericilerdendir.Bu çalışmada, sentetik besleme suyundaki 10 mg/L 1,1,2,2-TeCA ve 1,2-DCA'ın arıtımında iki seri anaerobik bariyer sistemi kurulmuştur. Birinci kolondaki reaktif bariyer sıfır değerlikli demir ve adsorban olmayan silika kum ile doldurulmuş ve Fe kolonu olarak adlandırılmış, ikinci kolon ek olarak yavaş salınımlı karbon kaynağı olan polihidroksibutirat (PHB) ile doldurulmuş ve Fe-PHB kolonu olarak adlandırılmıştır. Sistemlerin ortalama alıkonma zamanı, klorür içeren izleme çözeltisi ile Fe kolonunda 578,91 dak., Fe-PHB kolonunda781,25 dak., kolonların hızları sırasıyla 1,33 mL/dak., 1,13 mL/dak, gözenek hacimleri 769,95 mL, 882,81 mL, gözeneklilikleri ise sırasıyla 0,39 ve 0,45 olarak belirlenmiştir. Her iki kolonun ilk 20 günde 1,1,2,2-TeCA'ın uzaklaştırılma oranı yaklaşık % 99 iken, daha sonra Fe kolonunda bu oran hızla azalarak 50. günden sonra % 45'in altına düşmüştür. Demir yüzeyinde pasivasyonun oluşmasından kaynaklı 60. günden itibaren uzaklaştırılma oranı % 5 ile % 40 arasında değişkenlik göstermiştir. Fe-PHB kolonunda ise 20 ile 60. günler arasında bu oran % 70-90 arasında değişkenlik göstermiş ve uzaklaştırılma oranındaki düşüş Fe kolonundaki kadar hızlı gerçekleşmemiştir. Bunun sebebi demir yüzeyinde pasifleşmenin daha geç ve yavaş meydana gelmesidir. Böylece 80 ile 200. günler arasında 1,1,2,2-TeCA'ın uzaklaştırılma oranı ortalama % 60 olarak gözlenmiştir. 1,1,2,2- TeCA'ın degradasyonu sonucunda, TCE, cis-DCE, trans-DCE degradasyon ürünleri olarak gözlenmiştir, ancak bu degradasyon ürünleri amaçlandığı şekilde tamamen giderilememiş, indirgenerek halojensizleştirmesinin son ürünü olan etilen ve etan belirlenememiştir. Bu yüzden kolonların çıkış çözeltisi, kirleticilerin tutulması için aktif karbondan geçirilmiştir. Aynı zamanda çalışmada klorsuzlaştırma üzerinde, PHB ve onun degradasyon ürünleri olan uçucu yağ asitlerinin (UYA) etkileri araştırılmıştır. Ayrıca abiyotik degredasyona karşı direnç gösteren 1,2-DCA için klorsuzlaştırmayı sağlayan mikroorganizma kültürü hazırlanmış ve kolonlara aşılama yapılmıştır. Bunun sonucunda 140 gün süreyle ZVI'e direnç gösteren 1,2-DCA mikrobiyolojik degradasyona uğramış ve konsantrasyonunda azalma gözlenmiştir.Sonuç olarak, kolon deneylerinde 1,2-DCA'nın mikroorganizmalar olmaksızın sadece ZVI ile degredasyonunun gerçekleşmediği gösterilmiş ayrıca kolon çalışmaları ile 1,1,2,2-TeCA'ın indirgenerek klorsuzlaştırma olarak adlandırılan degredasyon süreçleri onaylanmış ve PHB ile ZVI'ın uyumlu bir sistem oluşturduğu doğrulanmıştır. Böylece ZVI'in, polimer varlığında da klorlu solventlerle kirlenmiş suların arıtılması için kullanılabileceğini göstermiştir. Kolonda yapılan deneyler süresince elde edilen veriler PHB ile zenginleştirilen sistemin daha uzun vadede performans gösterdiğini doğrulamıştır.