SU HAZIRLAMA TEKNİKLERİ KONU:Kimyasal Arıtma,Oksidasyon ve Elektrooksidasyon Hazırlayanlar Döne SERT 2011144059 Emine ŞEKER 2012144601 Tuğba ASLAN 2011144601

KİMYASAL ARITMA Atık suyu hızlı ve yavaş karıştırma ünitelerinde çeşitli  nötralizasyon, koagülasyon ve flokülasyon kimyasalları eklenip, bu kimyasalların atık suyun içindeki kirleticiler ile reaksiyona sokularak çökeltilmesi ile oluşan prosestir.

Kimyasal arıtmanın amacı, suda çözünmüş halde bulunan kirleticilerin kimyasal reaksiyonlarla çözünürlüğü düşük bileşiklere dönüştürülmesi ya da kolloidal ve askıdaki maddelerin yumaklar oluşturarak çökeltilmesi suretiyle giderilmesidir.

Başlıca kullanım alanları; Demir ve mangan giderilmesi Dezenfeksiyon Organik bileşiklerin giderilmesi Renk giderilmesi Tat ve koku giderilmesi Korozyon kontrolü Krom indirgenmesi

Kimyasal presipitasyon ve flokulasyon Suya kimyasal madde ilavesiyle suda bulunan askıda ve çözünmüş maddelerin yapılarını değiştirerek veya ilave edilen maddelerin oluşturduğu fiziksel etkenler ile sudan uzaklaştırılması amacıyla uygulanır.

Presipitasyon işlemi kolloidal haldeki maddelerin kimyasal maddeler ilavesiyle birbirleriyle birleşebilir yapıya dönüştürülmesi ve böylece flokulasyona başlangıç oluşturacak kümelerin oluşturulması işlemidir.

Flokulasyon işlemi ise presipite olmuş taneciklerin birleştirilerek sudan çökelme ile ayrılabilir büyüklük ve yapıda yumaklar haline getirilmesidir.

Presipitasyon ve flokulasyon işlemi içme suyu arıtımında bulanıklık ve sertlik giderilmesinde, endüstriyel atık su arıtımında, evsel atık su arıtımında, evsel atık sulardan organik madde, renk, metal iyonu ve spesifik kirleticilerin giderilmesinde kullanılır.

Atık suya ilave edilen kimyasallar ortamda bulunan maddelerle reaksiyona girerler. Söz konusu kimyasallar; 1-Şap (Alum) AI2(SO4)3.18H2O ( X.H2O 13-18 arasında değişebilir) 2-Kireç Ca(OH)2 3-FeSO4.7H2O (Demir II Sülfat) 4-FeCI3 (Demir III klorür) 5-FeCI3 ve kireç 6-Fe2(SO4)3 (Fe III Sülfat) ve kireçtir

Şap ile reaksiyonlar; Şap, kalsiyum ve magnezyum bikarbonat alkalinitesi içeren atık sulara ilave edildiğinde, aşağıdaki reaksiyonlar oluşur; Al2(SO4)3.18H2O + 3Ca(HCO3)2 → 3CaSO4 + 2Al(OH)3 + 6CO2+18H2O

Çözünmeyen alüminyum hidroksit, jelatinimsi flok teşkil eder ve atık su ile birlikte çökelir. Eğer suda bir miktar alkaliniteden daha az alkalinite varsa suya ilave edilmesi gerekir. Bu amaçla gerektiğinde kireç kullanılır.

Kireç ile Reaksiyonlar; Kireç yalnız başına koagülant olarak ilave edildiğinde, arıtmanın prensipleri aşağıdaki reaksiyonlar ile ifade edilir; Ca (OH)2 + H2CO3→ CaCO3 + 2H2O Kalsiyum hidroksit Karbonik asit Kalsiyum karbonat Ca (OH)2 + Ca(HCO3)2 → 2CaCO3 +2H2O Kalsiyum hidroksit Kalsiyum bikarbonat Kalsiyum karbonat

Serbest karbonik asit ile ve bikarbonatların karbonik asit ile birleşimini sağlamak üzere yeterli miktarda kireç suya ilave edilmelidir. Demir sülfat ile kireç birlikte kullanıldığında yalnız kireç kullanımına kıyasla daha az kireç gerekir. Endüstriyel atıklar, mineral asidite veya tuzlarını içerdiklerinden bunlarda çökelmenin olması için nötralize edilmeleri gerekmektedir.

Ferro sülfat ve kireç ile reaksiyonlar; Çoğu hallerde ferro sülfat, çöktürme maddesi olarak yalnız başına kullanılmamalıdır. Ferro sülfat ile yalnız başına olan reaksiyon şu şekildedir ; FeSO4.7H2O + Ca(HCO3)2 → Fe(HCO3)2 + Ferro sülfat Kalsiyum bikarbonat Ferro bikarbonat CaSO4 + 7H2O Kalsiyum sülfat Su

Fe(HCO3)2 + 2Ca(OH)2 → Fe(OH)2 + 2CaCO3 + 2 H2O Eğer Kireç Ca(OH)2 şeklinde ilave edilirse, reaksiyon şu şekilde oluşur; Fe(HCO3)2 + 2Ca(OH)2 → Fe(OH)2 + 2CaCO3 + Ferro bikarbonat Kalsiyum hidroksit Ferrohidroksit Kalsiyum 2 H2O Karbonat

Ferro hidroksit, önce ferri hidroksite oksitlenir; 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O → 4Fe(OH)2 Ferro hidroksit Oksijen Su Ferrihidroksit

Çözünmeyen Ferri hidroksit, jelatinli floklar halinde oluşur Çözünmeyen Ferri hidroksit, jelatinli floklar halinde oluşur. Ferri hidroksitin oluşumu, çözünmüş oksijenin mevcut olmasına bağlıdır. Eğer endüstriyel atık su veya evsel atık su gerekli oksijeni içermiyorsa yukarıdaki son reaksiyon tamamlanamaz. Ferri sülfat ise ferro sülfatın yerine kullanılabilir ve çoğunlukla kireç ilavesini ortadan kaldırır.

Ferri klorür ile olan reaksiyonlar şunlardır; FeCI3 + 3H2O → Fe(OH)3 + 3H + 3CI Ferri klorür Su Ferri hidroksit 3H+ + 3HCO3 → 3H2CO3 Bikarbonat Karbonik asit

Ferri klorür ve kirecin reaksiyonları şunlardır; 2FeCI3 + 3Ca(OH)2 → 3CaCI2 + 2Fe(OH)3 Ferri klorür Kalsiyum hidroksit Kalsiyum klorür Ferri hidroksit

Ferri sülfat ve kireç ile olan reaksiyonlar şu şekilde verilebilir; Fe2(SO4)3+ 3Ca(OH)2 → 3CaSO4 + 2Fe(OH)3 Ferri sülfat Kalsiyum Hidroksit Kalsiyum sülfat Ferri hidroksit

Kimyasal atık su arıtma sistemlerinde dengeleme havuzundaki su, önce Nötralizasyon Tankına alınarak ph’ı düzenlenecektir. Bu işlem pH metre ve dozaj pompası vasıtasıyla otomatik olarak yapılmaktadır. Nötralizasyon tankında pH’ı düzenlenen atık, flok oluşması sağlamak için Flokülasyon Tankına alınır. Flokülasyon Tankında askıda kalan maddelerin flok oluşturması sağlanır. Flokülasyon Tankında flok oluştuktan sonra su kimyasal durultucu tanka alınır. Kimyasal Durultucu Tankının dip kısmına çöken floklar dipte çamur birikintisi haline gelir. Oluşan çamur, çamur yoğunlaştırıcı tankına alınır, oradan da filtre press’e gönderilir. Çamur filtre press ve ekipmanları sayesinde kek haline getirilir. Kek haline gelen çamur poşetlenerek çamur bertaraf tesislerine gönderilir. Kimyasal Durultucu Tankının üzerinde biriken su deşarj hattına verilir.

Nötralizasyon Asidik ve bazik karakterdeki endüstriyel atık suların pH'sını ayarlaması işlemidir. Atık suyun pH'nın ayarlanması kimyasal çöktürme işleminde reaksiyonların gerçekleşeceği uygun pH değerinin sağlanması bakımından gereklidir.

Su ve Atık Su Arıtımında Kimyasal Oksidasyon Oksidasyon(Yükseltgenme); elektronların bir atom ya da molekülden ayrılmasını sağlayan kimyasal tepkimedir. Çeşitli nedenlerle istenmeyen bileşiklerin zararsız bileşiklere çevrilmesi veya daha sonraki arıtma işlemleri için uygun hale getirilmesi amacıyla uygulanır.

Kimyasal oksidasyon her zaman tam olarak gerçekleşmesi mümkün olmayabilir. Örneğin zehirli bir madde olan fenol kuvvetli bir oksidan madde ile karbondioksit ve suya kadar oksitlenebilir. Ancak fenole göre daha az zararlı ara oksidasyon bileşiklerinin oluşması düzeyindeki bir oksidasyon bazı amaçlar için yeterli olabilir.

Benzer durum siyanür oksidasyonu için de geçerlidir Benzer durum siyanür oksidasyonu için de geçerlidir. Bu uygulama oksidasyon hızlarının çok yavaş olması durumunda kaçınılmazdır.

Kimyasal oksidasyon kullanılmasında arıtmanın amacına göre bazı kısıtlamalar bulunmaktadır. Bunlar içinde en önemlisi oksitleyicinin reaksiyon sonunda zararlı atıklar bırakmamasıdır.

Bunun dışında oksitleyicinin arıtma veriminin yüksek olması diğer arıtma işlemleri için zararlı olmaması, kolay uygulanabilir olması ve ekonomik olması istenir.

Bu koşulları özellikle ekonomik olma koşulunu sağlayan oksitleyici sayısı oldukça azdır. Su arıtımında kimyasal oksidasyonun en yaygın uygulamaları demir ve mangan giderme ve tat ve koku kontrolüdür.

Oksidasyonda kullanılan kimyasallar  Oksijen Asidik    2H2O → O2 + 4H+ + 4e-        -1.229 V Bazik   4OH-  → O2 + 2H2O + 4e-      -0.401 V   Ozon O3 + H2O  → O3 + 2H+ + 2e-             E0asit = 2.07 V O3 + 2OH-  → O3 + 2H2O + 2e-        E0baz = 1.24 V

Potasyum Permanganat Potasyum permanganat kuvvetli asit ortamda (pH<3) MnO4- + 8H+ + 5e- → 4H2O + Mn2+ E0 = 1.51 V pH 3-11.5 aralığında ise; MnO4- + 4H+ + 3e- → 2H2O + MnO2(k) E0 = 1.695 V MnO4- + 2H2O + 3e- → 4OH- + MnO4(k) E0 = 0.588 V

Klor Klor siyanürü pH>10’da; CN- + OCl- → CNO- + Cl- pH 7.5-9’da; 2CNO- + 3OCl- + H2O → N2 + 2HCO3- + 3Cl- veya pH< 2.5’de ; 2NaCNO- + H2SO4 + 4H2O → (NH4)2SO4 + 2NaHCO3

Klor dioksit Asit çözeltide; ClO2 + 4H+ + 5e- → Cl- + 2H2O E0=-1.95V Bazik çözeltide; ClO2 + e- → ClO2- oluşur. Klor dioksit düşük pH’da kuvvetli bir dezenfektandır. Su arıtımında, tat ve koku kontrolü ve mangan gideriminde kullanılır.

Hidrojen peroksit H2O2  → O2 + 2H+ + 2e-         E0 = -0.682 V

Elektrooksidasyon Elektrooksidasyon yönteminde ana prensip çözünmeyen elektrotlar (Ti, Ru, Pt, paslanmaz çelik vb.) kullanılarak elektrotlar vasıtasıyla çıkan gazlar (O2 ve H2) ile istenilen oksidasyonun sağlanmasıdır.

Bu işlemle birlikte birçok madde oksidasyona uğratılabilirken biyolojik olarak parçalanabilirliği zor olan bileşikler biyolojik olarak kolay parçalanabilir organik bileşiklere veya CO2 ve H2O gibi son ürünlere dönüştürülmektedir.

Organik molekülerin elektrooksidasyonunda, elektrot metalinin katalitik etkisi önemlidir. Organik maddeler elektrooksidasyon yöntemiyle parçalanarak ortamdan uzaklaştırılabilir ya da bir başka organik maddeye dönüşebilir.

Tüm oksidasyon tepkimeleri elektron kaybı ile olur Tüm oksidasyon tepkimeleri elektron kaybı ile olur. Elektrooksidasyon da elektrokimyasal olarak yürütülen bir oksidasyon tepkimesidir. Birçok organik maddenin elektrooksidasyonu değişik şekillerde gerçekleşebilir. Bunlardan ilk akla geleni organik molekülün metal yüzeyinde adsorbsiyonu ve doğrudan elektron transferinin gerçekleşmesi ile maddenin başka ürünlere dönüşmesidir.

Elektrooksidasyon ürünleri son basamak olan H2O ve CO2 olabileceği gibi ara kademelerde oluşan değişik ürünler ya da radikaller de olabilir. Bu durumda, kararlı ara ürünlerin oluşması elektrooksidasyonun son basamağa kadar gitmeyeceğini gösterir.

Ara ürün olarak radikaller oluşursa bu radikallerin elektrooksidasyonu homojen sıvı fazda sürdürmesi mümkündür. Metal yüzeyinde gerçekleşen elektrooksidasyon reaksiyonları genel olarak şu şekilde gerçekleşmektedir;

MOx + H2O → MOx(OH') + H+ + e- MOx(OH') →MOx+1 + H+ + e- MOx(OH') →MOx + ½ O2 + H+ + 2e- MOx+1 →MOx + ½ O2 2H2O → 4H+ + O2 + 4e- R+MOx(OH')n → CO2 + nH+ + n e- +MOx R+ MOx+1 →MOx + RO

Elektrooksidasyonun gerçekleşmesini sağlayacak ikinci bir yol ise organik molekülün dışında bazı iyon ya da moleküllerin elektrokimyasal tepkimeye katılması ve bu tepkime sonucu oluşan radikallerin oksidasyonu sürdürmesidir.

Bu durumda organik maddenin oksidasyonu metal yüzeyindeki elektrokimyasal tepkimeden sonra ama dolaylı olarak elektrokimyasal tepkimenin devamı şeklinde çözeltide gerçekleşecektir.

Bu olay bir kimyasal oksidasyon olup elektrokimyasal bir tepkimenin devamı niteliğindedir. Asıl tepkimenin ( organik maddenin oksidasyonu ) kimyasal basamakta yürüdüğü çok basamaklı bir elektrokimyasal tepkime mekanizması söz konusudur. Bundan dolayı olay elektrooksidasyon olarak kabul edilmektedir.

Diğer taraftan oksidasyon doğrudan organik molekülün anoda adsorplanıp okside oluyorsa anodik oksidasyon olarak adlandırılır. Bir alifatik hidrokarbonun anodik yükseltgenmesindeki basamaklar şöyledir;

Hidrokarbon→ Alkol → Aldehit → Asit→ CO2 İstenilen basamaktaki ürünü iyi bir verimle elde etmek için şartları iyi saptamak gerekir. Günümüzde elektrooksidasyon ve redüksiyonla birçok organik ve inorganik sentez gerçekleştirilmektedir.

Elektrooksidasyon Prosesi Bu proses temelinde inert özellik gösteren metal elektrotların kullanıldığı reaktörde organik maddelerin dolaylı veya doğrudan oksitlenmesine dayanır.

Doğrudan anodik proseste kirleticiler ilk önce anot yüzeyine adsorbe olurlar ve daha sonra anot yüzeyinden elektron transferi gerçekleşir. Organik kirleticilerin doğrudan oksidasyon hızı, anodun aktif noktalarına organik bileşiklerin difüzyon hızı ve uygulanan akım şiddeti yardımıyla anodun katalitik aktivitesine bağlıdır.

Dolaylı elektrooksidasyon süresince organik maddelerin oksidasyonunda etkili olan klor, hipoklorit, hidrojen peroksit ve ozon gibi ajanlar anodik olarak üretilebilir.

Elektrooksidasyon prosesinin alternatif arıtma teknolojilerine kıyasla birçok avantajı vardır; Basit araç gereç gerekmektedir. Ayrıca basit işletme parametreleri ile iyi bir verim elde edilebilmektedir.

Elektrooksidasyon arıtım yöntemleriyle birçok kirletici bir arada giderilebilir. Düşük enerji ihtiyacından dolayı gereken enerji kolayca karşılanabilir. Elektrokimyasal arıtım prosesleri düşük bakım maliyeti ve iş gücü gerektirir.

Yüksek sıcaklıklar proses için herhangi bir problem oluşturmamaktadır. Elektrooksidasyon sonucu oluşan anodik klor, dezenfektan gibi davranır.

TEŞEKKÜRLER..