İLERİ OKSİDASYON PROSESLERİ (ADVANCED OXIDATION PROCESSES)

Amaç İleri oksidasyon prosesleri atıksu veya içme suyu içerisindeki biyolojik olarak zor parçalanabilen organikleri okside etmek için kullanılır. İleri oksidasyon sırasında çoğu zaman CO2’e kadar oksidasyon gözlenmez. Fakat oksidasyondan sonra atıksuyun biyolojik arıtılabilirliği artar.

Yöntem İleri oksidasyon sırasında oldukça yüksek oksidasyon özelliklerine sahip hidroksi radikaller (OH˙) oluşur. Oluşan hidroksi radikalin standart indirgenme potansiyeli 2.8 V olup, basit organikler hariç (asetik asit, oxalik asit, aseton gibi) bütün organikleri oksitleme potansiyeline sahiptir. Basit organikler (asetik asit, oxalic asit, maleik asit, kloroform) oksidasyondan sonra oluşan yan ürünler olup biyolojik olarak kolayca parçalanabilmektedirler.

AOP oldukça pahalı olduğundan yüksek KOİ konsantrasyonuna sahip organik maddelerin arıtımında yalnız başına kullanılmaz. Genellikle KOİ konsantrasyonu 5000 mg/L den düşük atıksularda uygulanır. Daha yüksek KOİ değerine sahip atık sular için ıslak oksidasyon veya yakma kullanılır. Fakat genellikle AOP biyolojik arıtımla birlikte kullanılır.

Biyolojik arıtımla beraber uygulama Bu tür uygulamalar iki çeşittir. Birincide, AOP biyolojik arıtımdan önce uygulanır. Eğer atıksu aşırı derecede toksik ve arıtımı yapılamıyorsa, AOP uygulanır ve biyolojik arıtılabilirlik arttırılıp biyolojik arıtım ikinci basamakta uygulanır. İkinci uygulama ise, AOP biyolojik arıtım sonrasında uygulanır ve biyolojik arıtımdan kaçmış veya daha fazla arıtılamayan organiklerin oksidasyonu için kullanılır.

İleri okasidasyon türleri

1. UV-Photolysis (UV ışınlama) UV ile moleküllerin okitlenmesine dayanır. Örnek olarak klorofenoller için Yapılan çalışmalarda UV ışınlama ile organiklerin oldukça verimli bir şekilde oksitlendiği bulunmuştur. Fakat yapılan çalışmalarda sadece UV kullanıldığında klorlanmış inert bileşiklerin oluştuğu gözlenmiştir. Ayrıca bu prosesin diğer (O3+H2O2 gibi) proseslerden daha az verimli olduğu bulunmuştur.

2. Hidrojen Peroksitin kullanıldığı AOP H2O2’ emniyetli, etkili ve kullanımı kolay bir oksidan dır. Fakat H2O2 yalnız başına mükemmel bir oksidan değildir. Bu nedenle hidrojen peroksit, genellikle ozon ve UV gibi oksidanlar ile birleştirilerek kullanılır.

2.1. Fenton oksidasyonu (H2O2+Fe+2) Fenton prosesi oldukça yaygın bir kullanıma sahiptir. Burada peroksit ile demir arasında elektron transferi olur ve demir homojen bir kataliz olarak davranarak hidrojen peroksitin oksidasyon özelliğini arttırır. Bu metot ilk defa 1894yılında Fenton adlı bir bilim adamı tarafından bulunmuştur. Bu proses bir çok endüstriyel atıksuların arıtımı amaçlı kullanılabilir (Tekstil, kağıt, fenol bileşikleri içeren endüstriler, antibiyotik ve pestisit içeren atıksular gibi).

Fenton Prosesinin temeli

Proses verimini etkileyen şartlar Sıcaklık pH H2O2 miktarı: stokiometrik olarak yaklaşık 0.5 mol organik bileşik için 1 mol H2O2 gereklidir. Fe+2 miktarı: Eklenen Fe+2 konsantrasyonu arttıkça prosesin verimliliği belirli bir noktaya kadar artar. Fakat daha fazla ilavenin bir yararı yoktur. Eklenmesi gerekli demir miktarı H2O2 miktarına ve atıksuyun özelliklerine bağlı olarak değişmekle birlikte en genel olarak H2O2/Fe+2 oranı (W/W) 5 ile 25 arasındadır Kataliz olarak Fe+2 veya Fe+3 kullanma arasında önemli bir fark yoktur. Kirlilik konsantrasyonu

2.2.H2O2/UV Prosesi Bu proseste H2O2 ışınlanarak hidroksi radikallerin oluşturulması amaçlanır. Kullanılan UV dalga boyu ise genellikle 254 nm den daha düşük olması istenir. 254 nm kullanılması durumunda yüksek pH lar kullanılarak peroksitin UV absorblama özelliği arttırılır.

2.3. Fotofenton Reaksiyonu (H2O2 + Fe+2 + UV) Oldukça etkili ve yaygın kullanılan bir prosestir. Su, atıksu ve toprak kirliliği uygulamalarında yaygın olarak kullanılır. Fenton prosesinin etkinliğini arttırmak amacıyla UV de kullanılır.

3. Ozon’un kullanıldığı prosesler Büyük ölçekli ozon jeneratörlerinin gelişmesiyle birlikte ozonun bir oksidan olarak atıksu arıtımında toksik organiklerin oksidasyonu amacıyla kullanımı da artmıştır. Ozonun diğer proseslere göre bir çok avantajı vardır. En önemlileri ise; etkilidir, organizmalara zararlı etki yapmaz, toksik veya atık bir yan ürün oluşturmaz. Ozon içme suyunda bakteri dezenfeksiyonu, organik oksidasyonu, bakteri al giderimi, THM ve koku giderimi amacıyla yaygın bir kullanıma sahiptir. Fakat atıksu arıtımı amacıyla kullanımı yüksek enerji gereksinimi dolayısıyla sınırlıdır. Prosesi daha ekonomik yapmak için Ozonlama toksik maddelerin klasik yolla arıtımı için bir ön arıtım basamağı veya klasik yollarla arıtımdan sonra bir cilalama (polishing step) basmağı olarak kullanılır.

Ozonun bozunmasıyla benzer şekilde hidroksi radikaller oluşur Ozonun bozunmasıyla benzer şekilde hidroksi radikaller oluşur. Bu oluşum, sudaki hidroksi iyonu veya iz miktardaki metaller sayesinde olur. Dolayısıyla pH arttıkça ozonun su içerisindeki bozunma hızı da artacaktır.

3.2. O3+UV prosesi Fotolitik ozon prosesi toksik ve refractory bileşiklerin oksidasyonu için oldukça etkili bir metottur. Basit olarak ozon ile doyurulmuş su, 253.7 nm UV ışığına maruz bırakılır. Ozonun extinction coefficient değeri hidrojen peroksitten daha yüksek olup, ozonun UV absorplaması daha verimlidir. Ozonun bozunma hızı ise hidrojen peroksitten daha yüksektir. Yapılan çalışmalarda UV/O3 prosesinin sadece UV veya sadece O3 prosesinden daha etkili olduğunu göstermiştir.

O3+UV prosesinin mekanizması

3.3. Ozon+homojen veya heterojen kataliz (O3+H2O2, O3+Fe+2, O3+Fe+2+UV) Ozon veya ozon+UV prosesinin etkinliğini ve oksidasyon gücünü arttırabilmek amacıyla bazı yaklaşımlar söz konusudur. Ozon ile hidrojen peroksitin birleştirilmesi homojen bir kataliz gibi davranarak oksidasyon gücünü arttırdığı gözlenmiştir.

Optimum H2O2/O3 oranı 0,5 veya daha fazladır. Bazı durumlarda ozon+Fe+2’nin oldukça avantajlı olduğu belirtilmiş olup bu proses UV varlığında veya yokluğunda kullanılabilir.