SULARDA ARSENİK GİDERİMİNDE KOMPOZİT DEMİR MATRİSLİ SİSTEM UYGULAMALARI Klorür, sülfat, nitrit, nitrat, parametreleri Dionex ICS-1000 model iyon kromotografisi.

... konulu sunumlar: "SULARDA ARSENİK GİDERİMİNDE KOMPOZİT DEMİR MATRİSLİ SİSTEM UYGULAMALARI Klorür, sülfat, nitrit, nitrat, parametreleri Dionex ICS-1000 model iyon kromotografisi."— Sunum transkripti:

1 SULARDA ARSENİK GİDERİMİNDE KOMPOZİT DEMİR MATRİSLİ SİSTEM UYGULAMALARI Klorür, sülfat, nitrit, nitrat, parametreleri Dionex ICS-1000 model iyon kromotografisi kullanılarak ölçülmüştür. Filtre Dizaynı: George Mason Üniversitesi tarafından geliştirilen sıralı arsenik ve ağır metal arıtma sistemleri kullanılmıştır. Arıtma sistemin şematik gösterimi Şekil 1’de verilmiştir. Kompozit Demir Matrisinin Bileşenleri: Sistem dizaynında yer alan ve arıtmanın temel bileşeni olan kompozit demir matrisli malzemenin bileşenleri Tablo 1’de verilmiştir. Malzeme temini Bangadeş’den George Mason Üniversitesi tarafından sağlanmıştır. ÖZET Son yıllarda, güvenilir ve yeterli miktarda içme suyu sağlanması, küresel iklim değişiklikleri ile daha da önem kazanmaya başlamıştır. Bu durum tarımı, sanayiyi ve gündelik yaşamı, kısacası tüm toplumu hem olumlu hem de olumsuz yönlerle etkilemektedir. Tüm dünyadaki ve Türkiye’deki bu genel durumun yanında, suyun kimyasal kalite unsurlarından birisi olan arsenik miktarı ve kirliliği dünyanın ve ülkemizin gündemine oturan başlıca bir çevre sorunu olmuştur. ABD Ulusal Mühendislik Akademisi tarafından “Challenge Gold Prize for Sustainability” ödülünü almış “Kompozit Demir Matrisli Filtreler” kullanılarak Aksaray ili içme suyu kaynaklarında bulunan yüksek arsenik konsantrasyonlarının ekonomik bir şekilde arıtılması sağlanmıştır. Ayrıca, arıtma filtre sisteminden elde edilen arıtılmış suyun başta EPA, WHO ve ülkemizde kullanılan “İnsani Tüketim Amaçlı Sular Hakkında Yönetmelik” müsaade edilen limitleri içerisinde bir arıtım gerçekleştirilmiştir. Araştırmada kullanılan sistemin diğer arıtma sistemleri ile karşılaştırıldığında; arıtma veriminin yüksek olması, uygulanabilirliği kolay olması ve filtre malzemesinin ekonomik olması avantaj olarak görülmektedir. Anahtar kelimeler: Arsenik, ağır metal, içme suyu, kompozit demir matrisli filtreler, arıtma ABSTRACT In recent years, ensuring safe and sufficient quantities of drinking water has gained more importance with global climate change. In this case, agriculture, industry and everyday life, in short, the whole community is affected by both positive and negative aspects. Besides this general case all over the world and in Turkey, the amount of arsenic which one of the chemical elements of drinking water quality and pollution that has become a major environmental problem. The US National Academy of Engineering by "Challenge Gold Prize for Sustainability" was awarded the "Composite Iron Matrix Filters" using high arsenic concentration in drinking water supplies located in Aksaray treatment is provided in an economical manner. In addition, the treated water were obtained according to standards of EPA, WHO and used in our country "Regulation on Water Intended for Human Consumption" at the end of the treatment. Compared with other treatment systems used in the study of the system; the high treatment efficiency, applicability to be easy and low cost of filter material are seen as the main advantages. Keywords: arsenic, heavy metals, drinking water, composite iron matrix filters, treatment GİRİŞ Doğada en bol bulunan elementlerden biri olan arseniğe doğal sularda, toprakta ve kayalarda, atmosferde ve organizmalarda yaygın olarak rastlanmaktadır. Arsenik dört farklı değerlikteki oksidasyon seviyelerinde (-3, 0, +3 ve +5) rastlanır. Arsenik toksik özellikte bir madde olup toksisite derecesi, arsenik bileşiklerinin kimyasal ve fiziksel şekline, vücuda girişine, alınan miktarına ve alınma süresine, yaş ve cinsiyete bağlıdır. Bu durum başlıca 3 şekilde gerçekleşebilir: havanın solunması, yiyecek ve su tüketimi ve dermal adsorpsiyon. Uzun süre arsenikli su içilmesi sonucunda; solunum yolları hastalıkları, akciğerde fibrozis denilen sertleşme, akciğer ödemi ve akciğer kanseri. Hipertansiyon, aritmiler, EKG değişiklikleri, “Blackfoot” denilen ayak damarların hasarı ile ayakların siyah renk alması diğer bir sağlık problemidir. Sulardan arseniği gidermek için uygulanan teknolojilerin çoğu var olan klasik arıtım yöntemlerinin arsenik giderimi için modifiye edilmesinden ibarettir. Bu sistemler: pıhtılaştırma/yumaklaştırma, Fe/Mn oksidasyonu, kireç ile yumuşatma, adsorbisyon, iyon değiştirme, nanofiltrasyon ve köpük yüzdürme olarak bilinmektedir. Çalışma kapsamında George Mason Üniversitesi tarafından geliştirilen kompozit demir matrisine dayalı arsenik filtreleri kullanılarak sularındaki mevcut arsenik, ağır metal ve patojen mikroorganizmaların giderilmesi konusunda yapılan çalışmalardan örnekler verilmiştir. Bu çalışmalara ilave olarak arıtma filtresinin Aksaray yeraltı sularının arıtılması konusunda arıtma performansı ve gücünün tespiti yapılmıştır. MATERYAL ve YÖNTEM Analitik Metotlar: pH, sıcaklık, elektriksel iletkenlik ve çözünmüş oksijen LABQUEST 2 Marka Vernier-LQ2-LE model cihaz ile anlık ölçümler şeklinde yapılmıştır. Arsenik ve ağır metallerin analizleri; Eş Zamanlı İndüktif Eşleşmiş Plazma-Optik Emisyon Spektrometresi (ICP-OES) kullanılarak yapılmıştır. Hakan ÇELEBİ, Oğuzhan GÖK, Gülden GÖK, Samet ÖZCAN, Özgül MESUTOĞLU Aksaray Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Mühendisliği Bölümü, 68100, AKSARAY Hakan ÇELEBİ, Oğuzhan GÖK, Gülden GÖK, Samet ÖZCAN, Özgül MESUTOĞLU Aksaray Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Mühendisliği Bölümü, 68100, AKSARAY ARAŞTIRMA BULGULARI ve TARTIŞMA Arıtma Sistemin Performansı: Laboratuar ölçeğinde çeşme suyu ile yapılan çalışmalarda Arseniğin +3 ve +5 formu ile içme suyu parametrelerinin değerlendirilmiştir. Arıtma sistemine toplam arsenik giriş 0.340 mg/L’den 0.007 mg/L’ye düşürülmüştür. Arsenik giderim verimi oldukça yüksek olup %98-99 seviyelerinde gerçekleşmiştir (Tablo 2). WHO’ya göre mevcut parametrelerin müsaade edilen sınır değerlerinin altında olduğu görülmektedir. Tablo 2. Sistemin giriş ve çıkış noktalarında elde edilen arıtma değerleri ParametreGiriş içme suyu (mg/L)± SD Arıtılmış çıkış içme suyu (mg/L) ± SD As (Toplam)0.340 ± 0.0310.007 ± 0.003 As (III)0.047 ± 0.0600.001 ± 0.001 As (V)0.293 ± 0.0450.006 ± 0.003 Fe2.014 ± 0.1120.008 ± 0.012 Ca34.36 ± 1.4641.99 ± 4.37 Al0.230 ± 0.0370.066 ± 0.017 Mg11.74 ± 0.467.81 ± 0.031 Na33.58 ± 0.0932.96 ± 1.49 SO 4 75.879 ± 7.30266.483 ± 6.357 Cl95.926 ± 10.7390.32 ± 24.08 NO 3 2.191 ± 0.3001.581 ± 0.715 PO 4 0.579 ± 0.2050.404 ± 0.103 Tablo 3. Yapılmış olan çalışmalarda arıtma filtresinin performansı ParametreWHO standart Giriş içme suyuÇıkış içme suyu As (toplam) µg/L105-40003-30 * As(III) µg/L5-2000<5 Fe, mg/L0.30.2-20.70.19±0.10 Na, mg/L200<20.019-25 Ca, mg/L120±165-87 Mn, mg/L0.1-0.50.04-2.000.22±0.12 Al, mg/L0.20.015-0.150.11±0.02 Ba, mg/L0.7<0.30<0.082 Cl, mg/L250<12.04.0-20.0 PO 4, mg/L60.3-12.00.9±0.12 SO 4, mg/L25010-2612±2 *Bangladeş içme suyu standartlarında As (toplam) limiti değeri 50 µg/L’dir. Tablo 1. CIM bileşenleri Dane boyutu> 0.063 < 2.00mm Yoğunluğu2.32.3 Boşluk oranı%30-40 Boşluk çapı1-13 nm Demir (%)80-94 Karbon (%)4-5 SiO 2 (%)1-2 Kompozit demir matrisine dayalı arsenik arıtma filtrelerinin bölgesel ve laboratuar ölçekli çalışmaları kapsamında MS2 virüsü ve koliform bakteri grubu ile kontamine olmuş suyun arıtımında virüslerde %99.99 bakterilerde ise %92-99 oranında arıtım sağlandığı konusunda patent almaya hak kazanmıştır (Removing viruses from drinking water US provisional Application No: 61089143;Filed by George Mason Intelluctual Properties Inc., Augus 15, 2008). Diğer taraftan arsenik filtrelerinin yapılan çalışma ile “Iron composition based water filtration system for the removal of chemical species containing arsenic and other metal cations and anions, US Patent 12/524906, 07/29/2009. Approved 12/11/2012” patentli bir ürün olarak da tescillenmiştir. Çalışmada kullandığımız filtrenin maliyeti yaklaşık 40-45 dolar civarındadır. Filtreden üretilen 1 m 3 suyun arıtma maliyeti yaklaşık 0.20-0.25 $ ABD olarak hesaplanmıştır. 20 L/gün ile 180 L/gün debi ile arıtma yapan bir sistemdeki filtre yatak malzemesinin kullanım ömrünün 2-9 yıl arasında olduğu rapor edilmiştir. SONUÇ “Kompozit Demir Matrisli” arıtma sisteminin arsenik, ağır metal ve patojen mikroorganizmaların arıtımında başarılı, etkin bir sistem olarak görülmektedir. Sistem WHO, USEPA ve İnsani Tüketim Amaçlı Sular Hakkında Yönetmelik ile müsaade edilen sınır değerlerinde içme suyu elde edilmiştir. Sitemin maliyetinin ucuz olması, uzun ömürlü olması, yapımının kolay olması avantajı ile yeni bir arıtma yaklaşımı sunmaktadır. Çalışmanın bundan sonraki aşamada projeye tarafları ile birlikte arsenik içme suyu arıtma sistemi bulunmayan küçük yerleşim yerleri için tesis boyutunda imalatının yapılması ve arıtma performansının izlenmesi öngörülmektedir. TEŞEKKÜR Bu çalışma, Aksaray Üniversitesi Rektörlüğü, Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinatörlüğü tarafından 2014/99 nolu proje kapsamında desteklenmiştir. Çalışma kapsamında literatür ve arıtma sistemlerin temininde yardımcı olan Prof. Dr. Abul Hussam (George Mason Üniversitesi), Yük. Müh. Tuğrul İmer (C.R. World Şirketi)’e ve Aksaray Üniversitesi Rektörlüğü’ne katkılarından dolayı teşekkür ederiz. George Mason Üniversitesi tarafından üretimi yapılan filtrelerin üretimi yapıldıktan sonra Bangladeş’de birçok bölgeye temiz içme suyu elde edilmesi için kurulmuştur. 10 bölgede kurulan sistemlerin takibinde elde edilen veriler ve kullanılan standartlarla karşılaştırılması Tablo 3’de yer almaktadır. Aksaray İli Yeraltı Sularında Arsenik Arıtımı Aksaray il merkezinin içme suyunun % 45-55’i yeraltı sularından karşılanmaktadır. Tablo 4 yeraltı su örneklerinin karakterizasyonu ve arıtma işleminden sonra elde edilen verilen bulunmaktadır. Üçlü filtre sistemi 80 L/saat debi beslemesi ile çalışma yapılarak değerlendirilmiştir. Parametrelerin seçilmesinde ülkemizde kullanılan içme suyu standartlarında yer alan gösterge parametreleri ile yer altı suyunda bulunması muhtemel ağır metal parametreleri kapsamaktadır. Tablo 4. Kompozit demir matrisi sistemde yeraltı suyu kullanılarak yapılan çalışma sonuçları ParametreGiriş İçme Suyu Arıtılmış İçme Suyu pH6.3-6.86.4-6.7 E.İ (  S-cm) 281-412363-440 Çöz.oksijen (O 2 )5.6-7.46.6-7.4 As (Toplam)0.024-0.029<0.002 Fe0.01-0.026<0.01 Ca57-8356-72 Al0.00-0.022<0.001 Mg19.4-26.5<26.2 Mn0.004-0.040.02-0.05 Na72.6-90.5<80.6 K3.87-9.253.44-8.73 Zn0.01-0.080.00-0.01 Cl178.5-194.4157.5-184.2 NO 3 0.785-1.1140.005-0.564 NO 2 <0.001 PO 4 0.00-0.001 SO 4 - 61.3-74.864.8-69.2 Şekil 1. Arsenik ve ağır metal arıtma sistemi akım şeması (1:Giriş içme suyu tankı, 2:Kum+Karbon filtre, 3: Kompozit demir matrisi+Kum 4: Kum+Karbon Filtre, 5: Çıkış arıtılmış su tankı)