Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

ADSORPSİYON Yrd. Doç. Dr. Ya ğ mur UYSAL. GENEL ESASLAR Bir yüzey veya arakesit üzerinde maddenin birikimi ve derişimini arttırması olarak tanımlanabilir.

Benzer bir sunumlar


... konulu sunumlar: "ADSORPSİYON Yrd. Doç. Dr. Ya ğ mur UYSAL. GENEL ESASLAR Bir yüzey veya arakesit üzerinde maddenin birikimi ve derişimini arttırması olarak tanımlanabilir."— Sunum transkripti:

1 ADSORPSİYON Yrd. Doç. Dr. Ya ğ mur UYSAL

2 GENEL ESASLAR Bir yüzey veya arakesit üzerinde maddenin birikimi ve derişimini arttırması olarak tanımlanabilir. Bu işlem herhangi iki de ğ işik fazın arakesitinde meydana gelebilir; sıvı- sıvı, gaz-sıvı, gaz-katı, sıvı-katı gibi. Yüzeyde tutulan maddeye adsorblanan, yüzeyinde tutanlara «adsorban» denir. Absorbsiyon ise bir fazda bulunan atom veya moleküllerin di ğ er fazda bulunan atom veya moleküller arasından oldukça homojen biçimde geçerek bu faza yerleşmesidir. Adsorpsiyon ve absorpsiyon arasındaki temel farklar sıvıdan hareketle katuıya yayılan bir molekül türü için şöyledir:

3 X eksenindeki, sıvı içindeki saçılan moleküllerin arakesitte katı ile temas halindeki derişimleri (c), arakesiti kateden madde miktarını (q e ) gösterdi ğ ine göre; I ve III nolu e ğ riler sıvıdan kalan ve sorpsiyonla tutulan derişimlerin ilişkilerinde sırasıyla uygun ve uygun olmayan e ğ risel bir gidişi, II nolu e ğ ri ise lineer bir çalışma çizgisini göstermektedir (Şekil 1).

4 Şekil 1. Sıvı içinde saçılan moleküllerin derişimleri ile arakesiti kateden madde miktarı arasındaki ilişki

5 Adsorpsiyon Prosesinin Kullanıldı ğ ı Yerler Katı-sıvı adsorpsiyonu içme suyu ve atıksu arıtımında önemli rol oynar. Adsorpsiyon prosesi su ve atıksu arıtımında aşa ğ ıdaki amaçlarla kullanılmaktadır: 1. İ stenmeyen tat ve kokuların uzaklaştırılması, 2. İ nsektisid, bakterisid ve bunun gibi pestisidler biyolojik arıtma sistemlerinde girişim meydana getirebilirler ve arıtılmadan tesisten çıkarlar. Bu gibi maddelerin alıcı sulara gitmemesi için üçüncül arıtma olarak adsorbsiyon işlemi,

6 3.Küçük miktarda toksik bileşiklerin (fenol vb.) sudan uzaklaştırılması, 4.Deterjan kalıntılarının sudan uzaklaştırılması, 5.Endüstriyel atıklarda bulunan kalıcı organik maddelerin ve rengin giderilmesi 6.Nitro ve kloro bileşikleri gibi özel organik maddelerin uzaklaştırılması,

7 7.TOK ve klor ihtiyacının azaltılması, 8.Deklorinasyon (klor giderme) amacı ile kullanılır.

8 Adsorban Maddeler Su arıtımında adsorbsiyon teknikleri için çeşitli kimyasal maddeler kullanılmaktadır. Alümina, silikajel, fuller topra ğ ı, makroporöz reçineler; bazik makroporöz iyon de ğ iştirici reçineler aktif silika ve aktif karbon en çok bilinen adsorban maddelerdir.

9 Aktif karbon; turba, linyit, kömür ve mangal kömüründen ve Hindistan cevizi kabu ğ undan çeşitli işlemler sonucu hazırlanır. Aktif karbonun hazırlanmasında buhar aktivasyon prosesi veya kimyasal aktivasyon prosesi uygulanır. Aktif karbonun iç yüzeyi (aktifleştirilmiş yüzey) ço ğ unlukla BET-yüzeyi olarak (m 2 /g) şeklinde ifade edilir. Su arıtımında kullanılan aktif karbonların iç yüzey alanı m 2 /g dır. Genellikle karbon taneciklerin iç yüzey alanının yaklaşık 1000 m 2 /g olması istenir. Adsorbsiyon için por yapısı toplam iç yüzeyden daha önemli bir parametredir.

10 Porlar ortalama yarıçaplarına göre şu şekilde sınıflandırılabilirler: -Makro porlarr = 1000 nm -Geçiş porlarır = 100 nm --Mikro porlarr= 1 nm -Geçiş porları ve mikroporlar iç yüzeyin en önemli kısmını teşkil ederler (%95). Makroporlar adsorbsiyon için relatif olarak önemli de ğ ildirler, ancak mikroporlara do ğ ru hızlı difüzyon için iletici olarak gereklidirler.

11 Yüzey Gerilimleri ile Adsorbsiyon İ lişkisi Adsorpsiyon bir fazdan madde çıkarıp di ğ erinin yüzeyinde yo ğ unlaştırmak için kullanılan bir temel işlemdir. Yüzeyde egemen olan yüzey enerjilerinden etkilenir ve onları etkiler. Yüzey özellikleri faza ait kütleyle de ğ il yüzeyin kendisiyle ilgilidir. Sıvı ve katı fazlar arasında yüzeysel çekim güçleri açısından şu üç olasılık gözlenebilir:

12 Şekil 2. Sıvı ve katı fazlar arasındaki yüzeysel çekim kuvvetleri ve sıvı-katı ara kesitleri

13 Yüzey gerilimleri düşüren maddeler su içinde bulundu ğ unda su moleküllerinin birbirlerine karşı ilgisi, bu maddelere ilgisinden fazla olaca ğ ı için kolayca yüzeyde birikirler. Birikme yüzeyde bir derişim artışına yol açar (hidrofobik). Tam tersine suyun yüzey gerilimini arttıran maddeler ise yüzeyden kurtulup suya karışırlar (hidrofilik). Bazı maddeler sıvı fazdaki yüzey gerilimlerini önemli ölçüde etkilerler. Deterjan türü maddeler suyun yüzey gerilimini azaltarak ıslatma gücünü arttırırlar.

14 Adsorpsiyon Türleri Adsorpsiyonun temel mekanizması ayrılacak maddenin çözücüden kaçma özelli ğ ine ve katıya duydu ğ u ilgiye ba ğ lıdır. Sulu sistemlerde her iki özelli ğ in bir kombinasyonu önem taşır. Bu özellikleri etkileyen tüm faktörler, bu arada çözünürlük adsorpsiyon için önem taşır. Bir sıvı-katı sisteminde çözeltiden katı faz yüzeyine adsorpsiyon sırasında katı ve sıvı fazdaki maddelerin derişimleri arasında dinamik bir denge oluşur. Bu denge durumunda maddenin sıvı ve katı fazlardaki derişimleri arasındaki orantı adsorpsiyon verimi açısından önem taşır.

15 Adsorpsiyon fiziksel ve kimyasal adsorbsiyon diye ikiye ayrılır. Fiziksel adsorbsiyonda Van der Waals kuvvetleri adsorblanan madde ile adsorblayıcı arasındaki ba ğ lantıyı sa ğ lar. Proses esnasında açı ğ a çıkan ısı 2-5 kcal/mol’dür. Burada bir aktivasyon enerjisi mevcut de ğ ildir, ancak elektrostatik kuvvetler aracılık etmektedir. Kemisorpsiyon (kimyasal adsorbsiyon) da, adsorblayıcı ve adsorblanan madde arasında kimyasal ba ğ lanma olur ve açı ğ a çıkan aktivasyon enerjisi kcal/mol’dür. Bu ndenele yüksek sıcaklıklarda kimyasal adsorbsiyon daha hızlı gerçekleşir. Kimyasal adsorbsiyonu içeren işlemler çevre mühendisli ğ inde çok önemli de ğ ildir.

16 Adsorpsiyon İ zotermleri Adsorpsiyon dengesi, adsorpbsiyon izotermi olarak bilinen ba ğ ıntılarla ifade edilebilir. Çözeltide kalan derişim C ile, adsorblayıcının birim a ğ ırlı ğ ı başına tuttu ğ u madde miktarı q arasındaki ilişkiler adsorpsiyon izotermi olarak tanınır. Adsorpsiyon izotermlerinin matematik açıdan uygun formüllerle ifadesi için başlıca üç yaklaşım geliştirilmiştir: Langmuir İ zotermi, Freundlich İ zotermi ve BET İ zotermi.

17 Langmuir İ zotermi Langmuir adsorpsiyon izotermi ampiriktir ve aşa ğ ıdaki şekilde ifade edilir: Q e = X/M = a.b. C/(1+bC) Burada; X/M = Birim adsorplayıcı a ğ ırlı ğ ı başına adsorplanan madde miktarı (g/g) a = Birim adsorplayıcı a ğ ırlı ğ ı başına tek sıralı filmde tutulan mol sayısı b = Sabit C = Adsorpsiyondna sonra çözeltide kalan maddenin derişimi (mg/L)

18 Langmuir izotermi lineerize edilmiş şekli ile; C/q e = C/(X/M) = 1/ab + C/a Veya 1/(X/M) = 1/a + (1/ab)(1/C) C’ye karşı C/(X/M) de ğ erleri grafi ğ e geçirilerek Şekil 3 elde edilir ve bu grafik yardımı ile a ve b sabitleri hesaplanabilir. Langmuir adsorbsiyon izoterminin di ğ er bir ifade şekli de Şekil 4’te görülmektedir.

19 Şekil 3. Langmuir adsorbsiyon izoterminin grafiksel ifadesi

20 Şekil 4. Langmuir adsorbsiiyon izoterminin lineerize şekli

21 Freundlich İ zotermi Freundlich izotermi aşa ğ ıdaki formül ile ifade edilir: q e = x/M = K F. C 1/n Burada; X/M = q e =Birim adsorban madde a ğ ırlı ğ ı başına adsorblanmış madde miktarı (g/g) M = Adsorban maddenin a ğ ırlı ğ ı X = Adsorblanan madde miktarı K F = Freundlich sabiti n= Sabit (n>1) C = Adsorblanan maddenin çözeltideki kalıntı derişimi mg/L

22 Şekil 5. Freundlich izoterminin grafiksel ifadesi

23 Freundlich ba ğ ıntısının lineerize edilmesi ile Log x /M = log K F + 1/n log C Elde edilir. Log (X/M)’i log C’nin fonksiyonu olarak çizmek suretiyle lineer izoterm elde edilir (Şekil 6). Freundlich izotermi atıksu arıtılmasında aktif karbon dozlaması için kullanılır.

24 Şekil 6. Freundlich izoterminin lineerize şekli

25 BET İ zotermi BET izoterminin matematiksel ifadesi aşa ğ ıda verilmiştir: X/M = q e = B C Q 0 / (C S – C) [1+(B-1)(C/C S )] Burada; B, Q 0 =Sabitler B = Yüzey ile enerji alışverişi ile ilgili bir sabit Yukarıdaki ba ğ ıntı lineerize edilirse, C/(C s – C)q e = 1/B Q 0 + [(B-1)/BQ 0 ] (C/C s )

26 Granül Aktif Karbon İ çeren Filtrelerde Arıtma Granül aktif karbonun içme suyu arıtımındaki uygulamaları yenidir. Daha ziyade atıksuların arıtımında kullanılan bir işlemdir. Granül aktif karbon filtrelerde tat ve koku oluşturan maddelerin yanı sıra organik kimyasal maddeler de uzaklaştırılmaktadır. Di ğ er önemli bir uygulama da tehlikeli sentetik organik kimyasal maddelerin uzaklaştırılması ile biyolojik arıtmayı birlikte kullanımdır. Baız ülkelerde 25 yıldan beri aktif karbon filtreleri kullanılmakla beraber bu öenmli erıtma kademesi ile ilgili olarak önemli bir bilgi noksanlı ğ ı mevcuttur. Bu nedenle bu konuda önemli kavramlar ve problemleri içeren alan yo ğ un bir araştırma programı vardır.

27 Şekil 7. BET.zoterminin lineerize şekli

28 Granül aktif karbonun kullanımındaki en önemli avantaj atıksu kalitesindeki salınımlardan etkilenmemesidir. Filtre yataklarında kullanılan aktif karbonun önemli özelliklerini şu şekilde sıralayabiliriz: Karbonun yaş olarak kullanılabilirli ğ i ve yo ğ unlu ğ u Tanecik irili ğ i Da ğ ılımı ve şekli Aşınmaya dayanıklılı ğ ı adsorbsiyon kineti ğ i ve aktif karbonun rejenerasyon imkanı.

29 Granül aktif karbonun yaş yo ğ unlu ğ u 0.55 g/mL’den daha azdır ve ço ğ unlukla 0.4 g/mL’dir. İ yi bir aktif karbon % 8’den daha az yanmayan kül içermelidir. Granül aktif karbonun suya batırıldı ğ ında hidrate olması, tam ıslanması için birkaç saat süre gereklidir. Hidrate karbon, çeli ğ e karşı koroziftir ve yılda 5 mm çeli ğ i korozyona u ğ ratır. Bu nedenle «Paslanmaz çelik AISI 316» korozyona dayanıklı oldu ğ undan tercih edilmesi ve epoxy, polivinilklorür gibi kaplama maddeleri ile tankların içinin kaplanması gerekir. Beton yüzeylerde herhangi bir problem ile karşılaşılmamıştır. Granül aktif karbonun naklinde ve sistemde olabilecek korozyonu önlemek üzere «hidrolik taşıma» tercih edilir. Karbonun hidrolik taşınması için izin verilen derişim sınırı g/L’dir. 1 m/sn hızla taşındı ğ ında ise aktif karbon aşınır ve boru tahrip olur.

30 Aktif Karbon Filtreleri ile İ lgili Teknik Hususlar Deney kolonunun davranışı İ zoterm verileri, deney kolonundan elde edilecek bilgiler ile bir tutulamaz. Bu nedenle adsorblanan maddenin ideal ve gerçek davranışının Şekil 8’de verilen bir aktif karbon kolonu yardımı ile belirlenmesi gerekir.

31 Şekil 8. Karbon filtresi deney kolonu ve deney sonuçlarının grafiksel ifadesi

32 Aktif karbon deney kolonu çok kademeli bir proses olarak dikkate alınmalıdır. Girişte aktif karbon ham su ile, kolonun sonunda ise arıtılmış su ile temas halindedir. Giriş ve çıkış arasında adsorblanan kirletici madde gradyanı, karbon tükendikçe aşa ğ ı do ğ ru ilerler. Tasarım için göz önüne alınması gereken kriterler şunlardır: -LUB kriteri (kullanılmamış yatak uzunlu ğ u) -- BDST kriteri (yatak derinli ğ i hizmet süresi)

33 LUB kriteri: Solüt’ün filtre yata ğ ında ilk geçti ğ i andaki toplam yatak uzunlu ğ u; doymuş yatak uzunlu ğ u L s ve kullanılmamış yatak uzunlu ğ u LUB diye ikiye ayrılır. L filtrre = L s + LUB Filtrenin doymuş baş kısmının yer de ğ iştirmesi, kolon hacmine veya geçiş için gerekli süreye kıyasla sabittir. L s /L F = t B / t kh = V B /V kh kh = kararlı hali, stokiyometrik adsorbsiyon dengesini ifade etmektedir. LUB = L F x (t kh t B ) / t kh

34 Adsorbsiyon gradyanının şekli ve e ğ ilimi, akış hızına ve safsızlıkların adsorblanabilirli ğ ine ba ğ lıdır. Herhangi bir problem incelendi ğ inde adsorbsiyon yata ğ ının uzunlu ğ unun deneysel olarak belirlenmesi gereklidir. LUB kriteri genellikle aktif karbon yataklarında gaz arıtımı için çok kullanılan bir kriterdir. Su arıtımında ise temas süresi (BDST) kriteri daha önemli bir kriterdir.

35

36 BDST kriteri: Adsorbsiyon kolonundaki temas süresi, boş filtre hacminin kolondan geçen debiye oranı olarak tanımlanır. Tasarım parametreleri aşa ğ ıdaki BDST ba ğ ıntısı yardımı ile bulunabilir: t = ax + b Burada; t = kırılma süresi x = yatak uzunlu ğ u b =do ğ runun ordinatı kesim noktası (saat) a = do ğ runun e ğ imi

37 a parametresi; aktif karbon kolonun verimi E 0, giriş suyundaki kirlilik derişimi C 0 ve yüzeysel hidrolik yükün fonksiyonudur. a = E 0 /C 0 (Q/A)

38 Şekil 10’da, de ğ işik derişimlerdeki fenolün adsorbsiyonunda yatak derinli ğ ine ba ğ lı olarak yata ğ ın hizmet süresinin de ğ işimi görülmektedir. Servis süresi (t); karbonun adsorbsiyon hızının ve tükenme anında çıkış suyunda izin verilen kirlilik derişiminin bir fonksiyonudur. Uzun çalışma periyotları veya yüksek adsorblanacak madde de ğ işimleri için yatay derinliklerinin büyük olması gerekebilmektedir. Bunu temin etmek üzere adsorbsiyon kolonları gerekebilmektedir. Bunu temin etmek üzere adsorbsiyon kolonları seri halde veya paralel halde birbirlerine ba ğ lanarak kullanılmaktadır.

39 Seri ba ğ lama: Seri ba ğ lamada kolonlar ard arda yerleştirilir. Birinci kolon önce di ğ erleri daha sonra olmak üzere sıra ile doygunluk haline gelirler. Genellikle iki kolondan fazlası ekonomik nedenlerle seri ba ğ lanmaz. Bu ba ğ lama, sürekli adsorbsiyon için uygundur. Tek bir kolon için gereken yatak çok fazla oldu ğ unda genellikle bu tip bir uygulamaya gidilir. Adsorbsiyon kolonlarının ba ğ lanması ve seri ba ğ lamada derişim de ğ işimi Şekil 11’de verilmiştir.

40 Paralel ba ğ lama: Paralel ba ğ lamada filtrenin birim derinli ğ inde artma olfiltrelerin maz, ancak filtrelerin de ğ iştirilmesi ve tükenen filtrenin adsorblama maddesinin rejenerasyonu için bu ba ğ lama şekli çok uygundur.

41

42 Şekil 9. Kullanılmamış yatak uzunlu ğ u

43 Şekil 10. De ğ işik derişimlerdeki fenolün adsorbsiyonunda yatak derinli ğ ine ba ğ lı olarak yata ğ ın hizmet süresinin de ğ işimi

44 Şekil 11. Aktif karbon filtre kolonlarının seri ba ğ lanması

45 Şekil 12. Aktif karbon filtre kolonlarının paralel ba ğ lanması

46 Toz Aktif Karbon ile Adsorbsiyon Granül aktif karbon filtre yatakları daha ziyade çok kirli atıksuların arıtımı için kullanılmaktadır. Toz aktif karbon ise daha ziyade içme sularının arıtılmasında kullanılır. Toz aktif karbon dozlama teçhizatlarında büyük gelişmeler yapılmıştır. Şekil 13’te Hollanda firması olan NOR İ T tarafından geliştirilmiş bir dozlama düzene ğ i içeren su arıtma tesisinin akım şeması görülmektedir.

47 Karbon tozunun tane irili ğ i adsorbsiyon hızına büyük ölçüde etki eder. Çok ince tanecikler için temas süresi 30 dakika yeterlidir. Buna karşılık iri taneler için bir saat temas süresi gerekmektedir. Çözeltide maksimum adsorbsiyon verimini sa ğ layan temas süresini bulmak için 1 litre çözelti, çeşitli dozlardaki (örne ğ in 20 mg’dan 1 g’a kadar) aktif karbon ile 5, 10, 20, 30, 40, 60 ve 80 dakika sürelerle karıştırılır.

48 Şekil 13. Toz aktif karbon dozlaması yapılan bir su arıtma tesisinin akım şeması

49 Karbon daha sonra filtrelenerek çözeltiden ayrılır ve çözeltide uzaklaştırılması istenen bileşi ğ in kalıntı derişimi ölçülür. Temas süresine karşılık, % arıtma verimi grafi ğ e geçirilerek optimum temas süresi bu grafikten belirlenir. Aktif yüzey (iç/yüzey) toz aktif karbonda m 2 /g, su içeri ğ i a ğ ırlıkça % dan daha az ve görünen yo ğ unluk g/L’dir.

50 Karbon tanecikleri suya ilave edildi ğ inde süspanse madde gibi davranırlar. Karbon, filtrelerden önce veya yumaklaşma fazı esnasında suya ilave edilmelidir. Yumaklaşma esnasında suya toz aktif karbon verilmesi hızlandırılır ve toz aktif karbon köprü teşkili süreti ile pıhtılaştırmayı hızlandırır.

51 Hareketli Yatak Tekni ğ i Hareketli yatak tekni ğ i, tipik olarak ters akım prensibine göre çalışan ve atıksu arıtımı için uygun olan bir tekniktir. Prosesin en önemli yararları, çamur topaklarının ve gaz çıkışlarının elimine edilmiş olmasıdır. Biyolojik aktivite nedeni ile oluşan gazlar, çalışma esnasında karbonun sürekli verilmesi ile atılır. Bu sistem, karbonun geri devri suretiyle sistemin sürekli çalışması bakımından uygundur. Tükenen karbon rejenere edilir ve sisteme geri döndürülür.

52 Hareketli yatak kolonunun yüzeysel hidrolik yükü 1-10 m/saat arasında de ğ işir. Yatak yüksekli ğ inin kolon çapına oranı 3/1 dir. Yatak yüksekli ğ i 8-10 m kadar olabilmektedir (Şekil 14).

53 Şekil 14. Hareketli yatak tekni ğ i ile çalışan bir adsorpsiyon kolonunun akım şeması

54 Basınçlı Karbon Filtreleri Aşa ğ ıya do ğ ru akışlı akışlı basınçlı karbon filtreleri en klasik adsorpsiyon filtreleridir. Bu filtreler; tek tabakalı ve iki tabakalı filtreler olmak üzere iki şekilde bulunur. İ ki tabakalı filtrelerde, karbon tabakasından önce bir kum tabakasında ön filtrasyon yapılır. Aşa ğ ı do ğ ru akışlı filtreler hem adsorpsiyon ve hem de askıda katı madde uzaklaştırma amacıyla kullanılırlar. Bu filtrelerin geri yıkanması klasik yolla yapılır. En yaygın filtrelerin geri yıkanması klasik yolla yapılır. En yaygın kullanılanları basınçlı dikey filtrelerdir. Tipik kolon boyutları 5 m çap ve 8 m yükseklik şeklindedir.

55 Şekil 15. Basınçlı karbon filtreleri a) tek kademeli basınçlı karbon filtresi b) çift kademeli basınçlı karbon filtresi

56 Filtre Yataklarının Boşaltılması Aktif karbon kapalı bir kapta tutuldu ğ unda, kademeli bir şekilde havanın oksijenini adsorblar ve karbon içindeki biyolojik aktivite ile onu tüketir. Kapalı filtrelere girildi ğ inde bu nedenle uygun bir havalandırma yapılmalı veya oksijen maskesi kullanılmalıdır. Taşıma, depolama ve filtreyi doldurma, filtrenin boşaltılması ve artık karbonun de ğ iştirilmesi için gerekli teçhizat temin edilmelidir. Nakil için alışılagelmiş metod, «eductor» kullanmaktır. Bu gereç 100 m mesafeye ve 10 m yüksekli ğ e kadar kullanılabilmektedir. Ara depolama tankı karbonun dinlendirilmesi ve reaktivasyon veya deşarjdan önce çökeltilmesi için gereklidir. Üst sıvının boşaltımı bir pompa yardımı ile yapılmalıdır.

57 Granül aktif Karbonun Rejenerasyonu Aktif yüzey üzerinde daha çok molekül adsorplandıkça yüzeyde adsorpsiyon için uygun daha az yer kalır ve karbonun adsropsiyonn özelli ğ i kademeli olarak azalır. Rejenerasyon ard arda iki kademeden oluşur. Karbon üzerinde tutulan maddenin desorpsiyonu ve reaktivasyonu filtreden çıkan suda, arıtılmaı istenen herhangi bir maddenin derişimindeki artmanın izlenmesi, rejenerasyona karar vermek için ana kriterdir.

58 Rejenerasyon üç yolla yapılabilmektedir: 1.Biyolojik rejenerasyon 2.Kimyasal rejenerasyon 3.Termal rejenerasyon

59 Biyolojik rejenerasyon Aerobik koşullarda bakteriler karbon üzerinde adsorplanmış organik bileşikleri oksitleme ve mineralize etme kabiliyetine sahiptirler. Bu biyolojik ayrışma prosesi yardımı ile filtrelerin yararlanabilir ömrünün uzadı ğ ı bulunmuştur. Biyolojik rejenerasyon ço ğ unlukla biyolojik olarak ayrışabilir organik maddelere ba ğ lıdır. Bugüne kadar henüz tam olarak biyolojik aktiviteye dayanan bir endüstriyel rejenerasyon sistemi devreye alınamamıştır.

60 Kimyasal rejenerasyon Kimyasal rejenerasyon, tükenmiş karbonun birçok kez kimyasal çözeltilerle yıkanması yolu ile yapılır. Örne ğ in; fenollerin kostik soda ile yıkanarak fenat iyonunun teşkili ve bunun atılması sureti ile kimyasal rejenerasyon yapılabilmektedir. Fransız firması Degremont tarafından önerilen ve birbirini takip eden bir seri işlemle bunu gerçekleştirmek olasıdır.

61 İ şlem kademeleri aşa ğ ıdadır: % 1-2’lik HCl ile 1 saat yıkama % 10’luk NaOH ile 110˚C de 1 saat yıkama % 50’lik alkol ile 3-4 saat yıkama 1 saat, ˚C de buhar ile muamele % 1-2’lik HCl ile 10 dakika süre ile yeniden asitlendirme Bu teknikler, özellikle endüstriyel uygulamalarda kullanılmaktadır. Çünkü desorplanan maddeler di ğ er proseslere geri döndürülmektedir. Bu yöntem içme suyu arıtma tesisleri için uygun de ğ ildir.

62

63 Termal rejenerasyon Termal rejenerasyon aktif karbonun rejenerasyonu için kullanılan en yaygın metoddur. Termal rejenerasyon az oksijenli ortamda suyun kontrollü bir şekilde ilavesi ile yapılır. 2 C + 3/2 O 2 CO 2 + CO C + CO 2 2CO C + H 2 OCO + H 2

64 Termal reaktivasyon karbonun kontrollü atmosfer altında ısıtılmasını içerir. Böylece organik madde uçurulur ve çıkan gazlar yakılır. Reaktivasyon prosesi için ortalama enerji tüketimi yaklaşık olarak 2600 Kcal/kg karbon verilmektedir. Bunun yarısı buharlaştırma-karbonizasyon fazında tüketilir ve yarısı da gazlaştırma-aktivasyon fazında harcanır. Çıkan gazların yanması 1200 Kcal/g kabon enerji verir. Termal rejenerasyon için çok gözlü ocaklar, döner fırınlar, akışkan yataklı fırınlar gibi çeşitli tip fırınlar kullanılmaktadır.

65 Deklorlama için aktif karbon kullanımı Klor, aktif karbon ile aşa ğ ıdaki reaksiyonları verir: 2 Cl 2 + C + 2 H 2 O4 HCl + CO 2 Reaksiyon iki ardışık faza ayrılır: a)Serbest oksijenin üretilmesi: Cl 2 + H 2 O2 H Cl - + O b)Karbon üzerinde adsorblanmış oksijenin reaksiyonu: C x O y C + CO veya C x O x C + CO 2

66 Genel olarak klorun uzaklaştırılma hızı aşa ğ ıdaki ampirik ba ğ ıntıya göre ifade edilebilir: Log (C 0 /C) = k (L/v) Burada; C 0 = girişteki klor derişimi C = çıkıştaki klor derişimi L = yatak uzunlu ğ u V= akış hızı

67 Yüzeysel hidrolik yükleme 7 m/saat’ten daha az olmalıdır. Reaksiyon karbon taneciklerinin büyüklü ğ üne, pH’ya, sıcaklı ğ a ve klor derişimine ba ğ lıdır. Deterjanlar gibi büyük moleküllerin adsorpsiyonu halinde deklorinasyon verimi düşer.

68 Aktif Karbonun Çevre Mühendisli ğ indeki Uygulamaları Adsorpsiyon işleminin bir yyüzey olayı olarak tanımlanması dolayısıyla birim kütlenin taşıdı ğ ı aktif alan olarak tanımlanan özgül yüzey, S ile ilişkisi vardır. Küp veya küre biçiminde, boyutu d olan homojen da ğ ılmış bir adsorplayıcının aktif yüzeyinin: S = 6/pd şeklinde hesabı mümkündür. p = maddenin yo ğ unlu ğ u d = adsorplayıcının boyutu (çap veya kübün kenarı)

69 Buna göre yo ğ unlu ğ u 2 olan bir maddeden yapılmış, 1 cm boyutunda bir taneci ğ in alanı S = 3 cm 2 oldu ğ u durumda bu taneci ğ i 10 mµ boyutunda kolloidal bir yapıya dönüştürdü ğ ümüzde, serbest yüzeyi 300 metrekare olmaktadır.

70 Kesikli çalışan bir sistemde toz karbon ekleyerek yapılan adsorpsiyonda bu büyük serbest yüzeye kolayca ulaşır. Özellikle iyi karışım sa ğ landı ğ ında 30 dakikalık bir reakisyon süresi dengeye ulaşmak için yeterlidir. Granül halindeki karbonda ise ne kadar iiyi karıştırılırsa karıştırılsın dengeye ulaşmak için 2-3 haftaya ihtiyaç vardır.

71 Toz aktif karbonun tane irili ğ ine ba ğ lı olarak 10 3 m 2 /g karbon gibi S de ğ erleri bulunabilir. Su ve atıksularda arıtma amacıyla kullanılan aktif karbonun aktif adsorpsiyon yüzeyi «iyod sayısı» ile saptanır. Bu indeks hem toz hem de granül karbon için geçerli olup, deneysel olarak bulunur. Bu amaçla kullanılacak karbonun «iyod sayısı» 1000 m 2 /g civarında olmalıdır.

72 Su içerisindeki seyreltik organik maddelerin giderimi beklendi ğ inde standart uygulama, toz aktif karbonun bir kesikli (batch) reaktör içindeki suya eklenip karıştırıldıktan sonra önce çöktürülüp sonra filtre edilerek sıyrılmasıdır. Bazı durumlarda suya koagülant ekleyerek çökelme verimini arttırmak gerekir. Toz karbon granül karbona göre çok daha ucuz oldu ğ undan küçük su hacimleri için en uygun adsorbandır.

73 Büyük atıksu arıtma tesislerinde ise (örne ğ in biyolojik arıtma ile 30 mg/L ye düşürülmüş organik maddenin giderilmesi için) m 3 başına 600 g gibi bir karbon ihtiyacı oluşur ki, bu da çok pahalıya mal olur. Bu nedenle granül karbonla doldurulmuş dolgu kuleleri kullanmak daha uygun olmaktadır. Granül karbon ile adsorpsiyonun yavaşlılı ğ ı, gözeneklerden geçen suyun düşük debide olması yüzünden çok uzayan temas süresi ile karşılanır. Yüksek organik madde yüküne sahip suların arııtlmasında 3-10 m’lik yükseklikte dolgu kuleler kullanılır.

74 Az kirli içme sularının hazırlanmasında ise m’liik dolgu kuleler kullanılır. Bu kulelere su yukarıdan veya aşa ğ ıdan verilebilirse de bazen sabit dolgu kuleler yerine alttan beslenen genişleyen yataklı kuleler kullanılır. Kulelerden geçen debiler hızlı kum filtrelerindeki gibi olup cm/dak kadardır. Kulenin dolgu derinli ğ i ile besleme debisi öyle ayarlanır ki su ile karbon yatak arasında dakika temas süresi kalsın (örnek olarak; 10 cm/dak debi için m karbon yatak yeterli oldu ğ u halde, 40 cm/dak debi için 6-12 metre karbon yata ğ ı gerekir). Yukarıdan aşa ğ ıya çalışan kuleler aynı zamanda filtre görevi de yapacaklarından sık sık tıkanır ve geri yıkanmaları gerekir. Bu ise 2-3 kulenin seri kullanımını zorunlu kılar. Böylece her seferinde en baştaki kule rejenerasyona ayrılıp di ğ erleri çalıştırılır. En sona ise yeni bir kule ba ğ lanır.

75 Karbon 900˚C’de buharla ısıtıldı ğ ında rejenere olmakta, bu sıcaklıkta üzerindeki organik maddeler ya buharlaşmakta, karbonize olmakta veya yanmaktadır. İ lk rejenerasyonda % 10 civarında bir aktif kapasite kaybı görülürse de bundan sonra en az 9 defa daha rejenerasyon mümkündür. Her bir rejenerasyon işlemi % 5’lik bir aktivite kaybına neden oldu ğ undan taze karbonla desteklenmelidir.

76 Aşa ğ ıdan beslenen kulelerde ise karbon eklenip çıkarılması da işlem esnasında mümkün olmakta, rejenerasyon için durmaya gerek olmadı ğ ından yedek kulelere ihtiyaç yoktur (Şekil 17). Aktif karbon tüm su arıtımı problemleri için bir uluslar arası ilaç de ğ ildir. Ancak yine de çözünmüş organik ürünlerin ve toksik kimyasal maddelerin, tat ve koku oluşturan maddelerin sulardan uzaklaştırılmasında en iyi arıtma yöntemlerinden biridir.

77 Filtrasyon tekni ğ i olarak granül aktif karbon kullanımı aynı zamanda demir 3 iyonlarını gidermede de çok etkili bir yöntemdir. Adsorpsiyondans onra KOI 0-2 mg/L’ye ve TOK 1 mg/L ye kadar düşürülebilmiştir. Fenol içeri ğ i adsorpsiyon işlemi ile µg/L derişim sınırına kadar azaltılabilmiştir. Buna karşılık deterjanlar % oranında adsorbe edilebilirler.

78 Aktif karbon tabakaları ço ğ unlukla önemli ölçüde nakteri adsorplayabilmektedir. Örne ğ in bakteri/mL. Bunun sonucu olarak atıksuyun BOI 5 i %20 oranında azaltılmış olur. Bu biyolojik aktivite, son yıllarda aktif karbonun biyolojik arıtma tesislerinde, aktif çamurla birlikte kullanımına neden olmuştur.

79 Şekil 16. Seri ba ğ lı dört adsorpsiyon kulesi ve yede ğ inden oluşan bir atıksu arıtma sisteminin akım şeması

80 Şekil 17. Aşa ğ ıdan beslemeli aktif karbon kuleleri içeren bir arıtma sisteminin akım şeması


"ADSORPSİYON Yrd. Doç. Dr. Ya ğ mur UYSAL. GENEL ESASLAR Bir yüzey veya arakesit üzerinde maddenin birikimi ve derişimini arttırması olarak tanımlanabilir." indir ppt

Benzer bir sunumlar


Google Reklamları