Transcript İLERİ OKSİDASYON PROSESLERİ (ADVANCED OXIDATION

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
3.1. Ozon

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. 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.