Sularda bulunan arseniğin düşük basınçla işletilen membranlarla arıtılabilirliğinin araştırılması

Abstract

Günümüzde, canlı yaşamını ve ekolojik dengeyi tehdit eden en önemli tehlikelerin başında çevre sorunları gelmektedir. Artan dünya nüfusu ve gelişen teknoloji ile doğal kaynakların bilinçsiz tüketilmesi, bireylerin yaşamsal faaliyetlerini idame ettirmeleri için gerekli ihtiyaçlarını karşılayabilmesini kısıtlamaktadır. Bu ihtiyaçların başında, içme suyu gelmektedir. İçme suyu kaynakları, doğal ve insan kaynaklı birçok faktör tarafından kirletilmektedir. İçme suyu kaynaklarında bulunabilen önemli kirleticilerden biri de arseniktir. Arsenik bir metaloid olup, periyodik tabloda V-A grubunda yer almaktadır. Doğada; +V (arsenat), +III (arsenit), 0 (arsenik) ve ?III (arsin) türlerinde bulunmaktadır. İçme sularında bulunabilen en tehlikeli kirleticilerden biri olan arseniğin 20 farklı türü olduğu bilinmektedir. Ülkemizin bazı bölgelerinde arsenikten kaynaklanan içme suyu kirliliğinin önemli boyutlarda olduğu belirlenmiştir. Ülkemizde içme suyu arıtımı için konvansiyonel arıtma tesisleri yaygındır ve genellikle bu tesislerdeki mevcut üniteler arsenik giderimi dikkate alınarak planlanmamıştır. Ayrıca, içme sularında maksimum müsaade edilebilen arsenik konsantrasyonunun 10 µg/L seviyesine düşürülmesi, konvansiyonel sistemlerle standartları sağlayacak seviyede arsenik giderimini daha güç hale getirmektedir. Hızlı karıştırma, yumaklaştırma, çöktürme ve filtrasyon gibi konvansiyonel arıtma proseslerine ilaveten ileri arıtma proseslerinden iyon değişimi, demir oksitler ve aktif alümina üzerine adsorpsiyon ve ters osmoz gibi arıtma prosesleri içme sularından arsenik giderimi için kullanılmaktadır. Özellikle As(III) gideriminde konvansiyonel arıtma proseslerinin yeterli olmadığı ve As(III)'ün As(V)'e oksidasyonu sonrası bu proseslerle kısmi bir arıtımının mümkün olduğu bilinmektedir. As(III)'ün As(V)'e oksitlenmesi amacıyla genellikle potasyum permanganat, klor, ozon, hidrojen peroksit, manganoksit gibi oksidantlar kullanılabilmektedir. Bu çalışmada, mevcut konvansiyonel arıtma tesislerine entegrasyonu kolay olan düşük basınçla işletilebilen membran proseslerle arsenik giderimi araştırılmıştır. Çalışmanın ilk aşamasında, membran prosesler öncesi arsenitin ozon ve hipoklorit ile oksidasyonuna müteakiben Fe(III) ilavesi ile koagülasyonla giderimi incelenmiştir. Çalışmanın ikinci aşamasında ise arsenitin doğrudan, oksidasyon sonrası, Fe(III) ilaveli ve Fe(II) ile birlikte oksidasyonu sonrası mikrofiltrasyon ve ultrafiltrasyon membranları ile arıtılabilirliği araştırılmıştır. 100 µg/L ve 1000 µg/L başlangıç arsenit konsantrasyon değerleri, oksidasyon ve yüksek koagülant ilavesi sonrasında 10 µg/L değerinin altına düşürülmüştür. Yüksek konsantrasyonda koagülant kullanılmasının en önemli dezavantajları koagülantın maliyeti ve bertaraf edilmesi gereken önemli bir kimyasal atık çamurun oluşturmasıdır. Hem kimyasal kullanım ve hem de oluşması muhtemel kimyasal atık çamurun bertaraf maliyetini minimuma indirgeyebilmek için düşük basınçlarla işletilebilen mikrofiltrasyon ve ultrafiltrasyon membranları çalışma kapsamında kullanılmıştır. Membran prosesler öncesinde uygulanan ön işlemlerden en iyi verimler yeraltı suyunu simule etmek amacıyla hazırlanan As(III)+Fe(II) karışımının birlikte ozon ve hipoklorit ile oksidasyonu sonrası elde edilmiştir. Çalışma sonucunda, düşük basınçlı membranlarla As(III)+Fe(II)'nin hipoklorit ile oksidasyonu sonrası arıtımının ozonla oksidasyona göre daha verimli olduğu görülmüştür. Ayrıca, düşük basınçlı membran prosesler ile düşük miktarda koagülant kullanılarak koagülasyon prosesinden daha verimli arsenik giderimi sağlanmıştır. Arsenitin gideriminde, Fe(II)/As(III) oranı, oksidasyonun türü ve konsantrasyonu ile membran özelliklerinin etkili parametreler olduğu belirlenmiştir. Çalışma sonuçları, su kaynağında yeterli konsantrasyonda Fe(II) bulunması halinde hipokloritle oksidasyon ve sonrasında düşük basınçlı membranlarla arıtımı ile içme sularında bulunmasına müsaade edilen maksimum arsenik konsantrasyonunun sağlanabileceğini göstermektedir.