ANALİZ YÖNTEMLERİ

Atıksu Arıtma Çamurundan Örnek Alınması, Örneğin Hazırlanması ve Depolanması Atık sulardan kaynaklanan çamurlar heterojen bir yapıya sahip olup, su içinde çözünmüş ve çözünmemiş madde miktarı sahip olmayan karışımladır.

Gerekli Cihazlar ve Malzemeler 4 mm’lik elek Öğütücü Soğutucu (-4 o C’ye ayarlanabilen) Pompa Ağzı kapalı cam şişe Polietilen şişe Beher

Örnekleme Analiz için alınacak örneğin, çamurun bütün özelliklerini taşıması gerekir. Dikkat edilmesi gereken noktalar;

Tankın içindeki çamur, örnek alınmadan önce iyice karıştırılmalıdır. Karıştırma esnasında çamurun içindeki katı parçacıkların şekli ve boyutu bozulduğundan, çamurun bazı fiziksel özelliklerinde değişmeler olabilir. Eğer çamurun fiziksel özellikleri ölçülecekse, karıştırma işlemi mümkün olduğunca dikkatli yapılmalı ve kısa bir süre içinde tamamlanmalıdır.

Örnek büyük bir çamur tankından alınacak ise, tankın değişik noktalarından örnekler alınıp karıştırılarak, tipik bir örnek hazırlanmalıdır. Örnekleme; mümkün olan durumlarda, çamur pompalanırken yapılmalıdır. Bu durumda, örnekler belli bir süre içinde eşit zaman aralıklarında ve eşit hacimlerde alındıktan sonra karıştırılarak temsili bir örnek hazırlanabilir.

Örnek, laboratuarda 4 mm’lik elekten geçirilir. Flokların yapısının önemli olmadığı durumlarda, çamur öğütücüden geçirilir. Örnek analizi yapılacak parametrenin türüne göre karıştırılır. Su içeriği, kuru madde veya yoğunluk parametreleri için örnek homojen olana kadar karıştırılır.

Örnekte flok yapısının önemli olduğu diğer parametrelerin (çökelme hızı, süzme direnci vb.) analizi yapılacağı zaman, örnek yavaşça karıştırılır. İyi sonuç almak için, örneği bir beherden diğerine yavaşça aktararak dikkatlice karıştırmak gerekir.

Kuru madde diğer analizler (ısıl değeri vb.) için kullanılacaksa, iyice öğütülür (<=0.2 mm). Çamur örnekleri 4 o C’nin altında kısmen doldurulmuş polietilen şişelerde saklanır. Uçucu maddelerin ölçülmesi için kullanılacak çamur örnekleri ise ağzı iyice kapatılmış cam şişelerde muhafaza edilir.

Çamurdaki Su ve Kuru Madde Miktarı Tayini C’de kurutulan örneğin ağırlığında görülen kayıp, “Su İçeriği (Sİ)” olarak tanımlanmaktadır. Örneğin C’de kurutularak içindeki suyun uçurulmasından sonra geri kalan kısma “Kuru Madde (KM)” denmektedir. Gerek su içeriği ve gerekse kuru madde miktarı yüzde olarak ifade edilmekte ve deney doğru yapıldığı takdirde, ikisinin toplamı %100’e eşit olmaktadır.

Gerekli Cihazlar ve Malzemeler Terazi Etüv (1050C) Cam şişe Alüminyum kap 200 W’lık kızılötesi (infrared) lamba Desikatör

İşlem Etüv Kullanarak Su ve Kuru Madde Miktarının Tayini İyice karıştırılmış örnekten g bir cam şişeye doldurularak tartıldıktan sonra, etüvde 24 saat C’de kurutulur.

İşlem Kızılötesi Lamba Kullanarak Su ve Kuru Madde Miktarının Tayini g örnek alüminyum bir kaba konur ve terazi üstünde kızılötesi lamba altında sabit ağırlığa gelinceye kadar kurutulur. Kurutma esnasında kalan katı maddenin yüzeyi kömürleşmemelidir. Kurutma 4,5 cm uzaklıkta tutulan 200 Watt’lık lamba ile yapıldığı zaman bu işlem genellikle 30 dakika sürmektedir.

Hesaplama Sİ = Örneğin su içeriği, % A = Örnek ağırlığı, g B = C’de kurutulduktan sonraki örnek ağırlığı, g KM = Örneğin kuru madde içeriği, %

Yakın buhar basınçlarına sahip olan karışımları ayırmak çok zordur. Bu nedenle ölçülen su içeriği genellikle azotlu bileşikleri, organik çözücüleri ve bazı metalleri de kapsamaktadır. Bütün bu maddelerden kaynaklanan hata payı ise yüzde birden az olmaktadır. Kurutulmuş örnek higroskopik olduğu için mutlaka desikatörde muhafaza edilmelidir.

Çamurdaki Uçucu ve Sabit Madde Miktarının Tayini Kuru maddenin C’de yakıldığı zaman gaz haline dönüşen miktarına “Uçucu Madde (UM)” adı verilir. Uçucu madde içeriği, organik madde içeriğine eşdeğer değildir çünkü C’de inorganik maddelerin de bir kısmı ayrışarak uçucu hale gelmektedir. Kuru madde C’de yakıldıktan sonra geri kalan kısma “Sabit Madde (uçucu olmayan) (SM)” adı verilir. Sabit madde aynı zamanda “Kül Miktarı” olarak da adlandırılır.

Uçucu madde ve sabit madde miktarları yüzde olarak ifade edilir. Organik maddelerin yanması sonucu uçucu oksidasyon ürünleri oluşurken, inorganik maddelerin oksidasyonu sonucu ise genellikle katı haldeki ürünler oluşmaktadır.

Gerekli Cihazlar ve Malzemeler Hassas terazi Fırın (550 0 C) Desikatör Bunsen beki Porselen kröze

İşlem 3-5 g örnek, porselen kröze içinde tartılır. Örnek, fırında C’de bir sat süreyle yakılır. Yakılmış örnek, desikatörde soğutulur ve tekrar tartılır.

Hesaplama UM = Örneğin uçucu madde miktarı, % SM = Örnekteki kuru madde miktarı, % A = Örnek ağırlığı, g B = C’de yakıldıktan sonraki örnek ağırlığı, g

550 0 C’de, oksidasyon ürünleri ile birlikte bazı inorganik ayrışma ürünleri de çıkmaktadır (Metal karbonat CO 2 ; kristal su H 2 O) Örnekteki organik madde miktarı fazla ise, örnek fırında yakılmadan önce Bunsen beki ile yavaşça ısıtılmalıdır. Bu suretle tutuşmadan, alevlenmeden ve patlamadan dolayı olacak madde kayıpları önlenmiş olur.

Çamurda Ağır Metal Tayini Yoğunluğu 6 g/cm 3 ’den büyük olan metallere “Ağır Metal” adı verilmektedir. Atık sulardan kaynaklanan çamurda çözünmüş ve çözünmemiş halde bulunan metal konsantrasyonlarının toplamı çamurdaki ağır metal konsantrasyonunu verir ve “mg/l” veya “ppm” olarak ifade edilir.

Serbest metal atomları, sürekli bir ışın spektrumunun belirli dalga boylarını absorplarlar. Işığın absorplanan miktarı metal konsantrasyonuna bağlı olarak değişir. Serbest metal atomları genellikle bir çözeltinin buharlaştırılması sonucunda oluşmaktadır.

Gerekli Cihazlar ve Malzemeler Hassas terazi Atomik absorpsiyon cihazı Membran filtre (0,45  m) Basınçlı filtre sistemi Etüv (1050C) Santrifüj Erlenmeyer Balon joje, ml’lik

Reaktifler Derişik nitrik asit, HNO 3 Perklorik asit, HClO 4 Çözündürme çözeltisi: 100 ml derişik HNO 3 ile 50 ml derişik HClO 4 karıştırılarak hazırlanır.

İşlem Örnekte çözünmüş halde bulunan ağır metallerin analizi, membran filtreden süzülen sıvıda, su kimyasında kullanılan yöntemler uygulanarak yapılır. Örnekte çözünmemiş ağır metallerin tayini için filtre kağıdının üstünde kalan maddeler, ıslak mineralizasyon yöntemi uygulanarak hazırlanır. Örnekteki toplam ağır metal konsantrasyonu tayin edilecek ise, ilk önce örnekteki metaller “Islak Mineralizasyon” yöntemi ile çözülür.

Islak Mineralizasyon Yöntemi a) Önceden nitrik asitle temizlenmiş erlenmeyerin içine mg kuru madde konulur. b) Örneğe 5 ml derişik nitrik asit eklenir. c) Süspansiyon kaynama noktasına kadar ısıtılarak asidin çoğu buharlaştırılır. d) Erlenmeyere 2 ml çözündürme karışımı eklenir ve örnek beyaz perklorik asit uçuncaya kadar tekrar ısıtılır.

Islak Mineralizasyon Yöntemi e) Erlenmeyerin içinde kalan asit kahverengi veya sarı renge döndüğünde, örneğe tekrar 2 ml çözündürme çözeltisi eklenerek ısıtılır ve bu işlem geriye renksiz asit kalana kadar tekrar edilir. f) Çözünmüş örnek 50 veya 100 ml’lik balon jojeye aktarılır ve 0.1 N nitrik asit ile 50 veya 100 ml’ye tamamlanır. g) Bu çözeltideki metal konsantrasyonu, atomik absorpsiyon cihazı kullanılarak normal yöntemlerle tayin edilir.

Çamurda Fosfor Tayini Örnekte bulunan toplam fosfor miktarına “Fosfor İçeriği” denir ve ağırlık yüzdesi olarak ifade edilir. Örnek, yaş yöntemlerle çözülür ve fosfor miktarı fotometrik olarak vanado-fosfor-amonyum molibdat [PO 4 (NH 4 ) 3 VdO 3 NH MoO 3 ] olarak ölçülür.

Gerekli Cihazlar ve Malzemeler Kjeldahl cihazı Isıtıcı G-3 cam vakum filtre cihazı Spektrofotometre (470 nm’de 1 cm’lik küvetlerle ölçülen)

Reaktifler Derişik nitrik asit, HNO3 Perklorik asit Çözündürme çözeltisi (100 ml derişik HNO ml HClO 4 ) Amonyum molibdat Amonyum vanadat Potasyum dihidrojen fosfat, KH 2 PO 4 Vanadyum molibdat çözeltisi

Vanadyum molibdat çözeltisinin hazırlanışı ml derişik HNO 3, 33 ml saf suya eklenir. 2. % 25’lik amonyum vanadat çözeltisi : 0.25 g NH 4 VO 3 sıcak saf suda çözülür ve 2 ml derişik HNO 3 eklenerek saf su ile 100 ml’ye seyreltilir. 3. % 5’lik amonyum molibdat çözeltisi : 5 g (NH 4 ) 6 MO 7 O 24 4H 2 O sıcak saf suda çözülür ve saf su ile 100 ml’ye seyreltilir. Çözelti 1, 2, 3 aynı sıra ile karıştırılarak distile su ile 1000 ml’ye tamamlanır.

İşlem Çözündürme Önceden nitrik asit ile temizlenmiş Kjeldahl şişesine g kuru madde konularak tartılır. Şişeye 5 ml derişik HNO 3 eklenir ve süspansiyon kaynama noktasına kadar ısıtılır. Asit hemen hemen tamimiyle buharlaştıktan sonra 2 ml çözündürme çözeltisi eklenir ve beyaz perklorik asit buharlaşıncaya kadar tekrar ısıtılır. Geri kalan asit kahverengi veya sarı renkli ise, 2 ml çözündürme çözeltisi eklenerek renksiz artık (silisik asit) kalana kadar işlem tekrarlanır.

Kolorimetrik Ölçüm Çözündürülmüş ve soğutulmuş çözeltiye 40 ml vanadyum- molibdat çözeltisi eklenir. Sarı renge dönüşen çözelti bir saat karıştırılır ve G-3 cam vakum filtre cihazından süzülür. Süzüntü 1 cm’lik küvetlere konarak, spektrofotometre de 460 nm dalga boyunda okunur. Potasyum-dihidrojen fosfat (KH2PO4) ile hazırlanmış kalibrasyon eğrisi kullanılarak spektrofotometre de okunan değerden, örnekteki fosfor konsantrasyonu bulunur. Örnekteki fosfor miktarı yüzde olarak rapor edilir.

Çamurun pH Değerinin Tayini Çamur veya çamur suyunda bulunan “Hidrojen İyonu Konsantrasyonunu Negatif Logaritmasına” çamurun veya çamur suyunun pH değeri denir. Sulu bir çözelti ile cam bir yüzey arasında, çözeltinin pH değerine bağlı olarak değişen bir potansiyel farkı vardır. Bu potansiyel farkı, cam elektrotla ölçülerek çözeltinin pH’ı bulunur.

Gerekli Cihazlar pH-metre (cam elektrotlu) Santrifüj

Reaktifler pH tampon çözeltisi

İşlem pH cam bir elektrot ile ölçülür. Her ölçümden önce pH elektrodu kalibre edilmeli ve gerekli sıcaklık düzeltmesi yapılmalıdır. pH değeri ve ölçümün yapıldığı sıcaklık birlikte rapor edilmelidir.

Doğrudan Ölçüm Çok sulu çamurun pH’ının ölçülmesi; Cam elektrot doğrudan çamurun içine daldırılır. Ölçülen değer en az 30 saniye sabit kalana kadar beklenir.

Çamur suyunda yapılan ölçüm Çözünmemiş birçok madde içeren kıvamlı bir çamurun pH’ının ölçülmesi; Örnek önce santrifüj edilir veya süzülür. Elde edilen sıvının pH’ı cam elekrodla ölçülür.

Heterojen olmasından dolayı aynı çamurdan alınan değişik örneklerin pH değerleri farklı olabilir. Bu durumda çamurun pH’ı örneklerin pH değerlerinin ortalaması alınarak değil, değişik örneklerin pH değerlerinin değişim aralığı olarak rapor edilir. Örnekte bulunan karbondioksit miktarı örneğin pH’ını etkiler. Karbondioksit çok çabuk denge haline ulaştığından, örnek alınır alınmaz pH’ı ölçülmelidir.

Toplam Askıda Katı Madde (TSS) Prosedür a. Filtre kağıdı önce saf su ile yıkanır ve filtrelenir, °C’de 1 saat kurutulur. b. Filtre ve örnek miktarı : Örnek büyüklüğü 2.5 ve 200 mg kuru kalıntı verecek şekilde seçilir. Örnek hacmi minimum miktarı vermez ise 1 L ye kadar çıkarılır. Filtrasyon10 dakikadan fazla sürer ise, filtre çapı artırılır veya örnek hacmi azaltılır. c. Analiz: Örnek vakum filtreye koyulur ve basınç uygulanır. Örnek, eğer gerekli ise daha üniform partikül boyutu sağlamak için, magnetik karıştırıcı ile büyük partiküllerin bozulması için karıştırılır. Filtre 3 defa 10-mL saf su iel yıkanır, her yıkama arasında tam drenaj sağlanır, ve su çıkmayana kadar filtreleme devam eder. Filtre kağıdı vakum filtreden alınır petri kabına koyulur °C’de sabit ağırlığa gelene kadar kurutulur, desikatörde soğutulur. Analizler dublikasyonlu yapılır. Dublikasyonlar arasındaki fark en fazla % 5 olmalıdır. Uçucu askıda katı madde belirlenmek istenirse filtre suyu kurutulur. Hesaplama (A-B) X 1000 mg total suspended solids/L = sample volume, mL A = filtre + kuru kalıntı ağırlığı, mg, B = filtre ağırlığı, mg.

Çamur hacim indeksi Çamurun çökebilirliğinin analizinde sıkça kullanılan bir parametredir. Bir litrelik çamur ile laboratuarda yapılan bir analizle rapor edilir. Çamur 1 litrelik dereceli silindirde 30 dakika çökelir ve hacmi okunur. Şu formül ile hesaplanır The sludge volume index (SVI) 30 dakika sonra 1 g katı maddenin işgal ettiği mililitre cinsinden hacimdir. Prosedür Askıda katı madde konsantrasyonu belirlenir 30 dakika sonra çöken çamur hacmi belirlenir Hesaplama Çöken çamur hacmi (mL/L) X 1000 SVI= Askıda katı madde (mg/L) SVI=mL çamur*1000/ MLSS (mg/L)

Çamur hacim indeksi