Yüzey aktif maddelerin ileri oksidasyon prosesleri ile arıtımı: Proses optimizasyonu ve toksisite analizi

Yıl 2011, Cilt: 21 Sayı: 1, 69 - 80, 31.12.2011

İdil Arslan-alaton Tuğba Ölmez-hancı Özlem Karahan İlke Pala Derin Orhon

Öz

Bu çalışma kapsamında, ülkemizde ve dünyada ticari olarak önem taşıyan tekstil ve kimya başta olmak üzere pek çok endüstride yoğun olarak kullanılan ve çevrede yarattıkları olumsuz etkilerden dolayı önem taşıyan noniyonik (nonil fenol etoksilat), anyonik (dioktil sülfosuksinat) ve katyonik (kuaterner amonyum etoksilat) türü yüzey aktif maddelerin (YAM) Foto-Fenton ve H2O2/UV-C ileri oksidasyon prosesleri ile arıtılabilirlikleri incelenmiştir. Yapılan ön arıtılabilirlik deneyleri sonucunda, incelenen fotokimyasal ileri oksidasyon proseslerinin yüzey aktif maddelerin arıtımı için uygun ve etkin olduğu saptanmıştır. Yüzey aktif maddelerin fotokimyasal arıtımı için seçilen H2O2/UV-C ileri oksidasyon prosesi Cevap Yüzey Yöntemi kullanılarak ana madde, KOİ ve TOK giderimleri açısından modellenip, optimize edilmiştir. H2O2/UV-C prosesi ile yapılan arıtılabilirlik çalışmalarında giriş KOİ değerinin, reaksiyon süresinin ve H2O2 konsantrasyonunun (proses bağımsız değişkenleri) ana madde, KOİ ve TOK giderim verimleri (proses çıktıları/bağımlı değişkenleri) üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Yapılan deneysel tasarım çalışmaları sonucunda proses çıktılarını bağımsız değişkenler cinsinden tanımlayan ikinci dereceden eşitlikler türetilip geçerlilikleri istatistiksel araçlar kullanılarak sorgulanmıştır. Yüzey aktif maddelerin H2O2/UV-C prosesi ile ileri oksidasyonunun Cevap Yüzey Yöntemi ile yeterli hassasiyetle modellenebildiği sonucuna varılmıştır. Farklı giriş KOİ değerleri için optimize edilen reaksiyon koşullarında yürütülen fotokimyasal oksidasyon deney sonuçlarının model çıktıları ile uyum gösterdiği gözlenmiştir. Çalışmanın son aşamasında ise yüzey aktif maddelerin ve fotokimyasal oksidasyon ürünlerinin toksisiteleri aktif çamur inhibisyon testi ile belirlenmiştir. Deneysel çalışma sonuçları ışığında YAM içeren çözeltilerin heterotrofik biyokütle üzerindeki inhibisyon etkilerinin fotokimyasal arıtma ile çok yüksek oranda azaltıldığı ve oksidasyon
süresi boyunca oluşan oksidasyon ara ve son ürünlerin toksik etkisinin olmadığı söylenebilmektedir.

Anahtar Kelimeler

Anyonik katyonik ve noniyonik yüzey aktif maddeler, H2O2/UV-C arıtımı, cevap yüzey yöntemi, optimizasyon, aktif çamur inhibisyonu

Destekleyen Kurum

İTÜ BAP, TUBİTAK

Proje Numarası

İTÜ BAP, Proje No: 33435, TUBİTAK, Proje No: 108Y051

Teşekkür

Yazarlar, deneysel çalışmalarda yer alan bursiyerler Gökçe Türeli, Betül Hande Gürsoy, Aslı Akın, Zeynep Kartal, Gülcan Başar ve ERASMUS öğrencisi Andrej Melihen‟e teşekkür ederler. Bu proje İTÜ Araştırma Fonu Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi (İTÜ BAP, Proje No: 33435) ve Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu (TUBİTAK, Proje No: 108Y051) tarafından desteklenmiştir.

Kaynakça

• Ahel, M. and Giger, W., (1993). Partitioning of alkylphenols and akylphenol polyexothylates between water and organic solvents, Chemosphere, 26, 1471-1478.
• Aleboyeh, A., Daneshvar, N. and Kasiri, M.B., (2008). Optimization of C.I. Acid Red 14 azo dye removal by electrocoagulation batch process with response surface methodology, Chemical Engineering and Processing, 47, 827-832.
• Andreozzi, R., Caprio, V., Insola, A. and Marotta, R., (1999). Advanced oxidation processes (AOP) for water purification and recovery, Catalysis Today, 53, 51-59.
• Buxton, G.V., Greenstock, C.L., Helman, W.P. and Ross, A.B., (1988). Critical view of rate constants for reactions of hydrated electrons, hydrogen atoms, hydroxyl radicals in aqueous solution, Journal of Physical and Chemical Reference Data, 17, 513-886.
• EPA, (1998). Handbook on advanced photochemical oxidation processes, Office of Research and Development, Washington D.C.
• Glaze, D.G., Frost, J.D. Jr., Zoghbi, H.Y. and Percy, A.K., (1987). Rett‟s syndrome: Characterization of respiratory patterns and sleep, Annals of Neurology, 21, 377-382.
• HMSO, (1981). Analysis of surfactants in waters, wastewaters and sludges, Methods for the examination of waters and associated materials, Her Majesty‟s Stationery Office, London.
• ISO 6060, (1986). Water quality-determination of the chemical oxygen demand, International Standardization Organization (ISO), Geneva.
• ISO 8192, (2007). Water quality-test for inhibition of oxygen consumption by activated sludge, International Standardization Organization (ISO), Geneva.
• Jianfeng, F., Yaqian, Z. and Quili, W., (2007). Optimising photoelectrocatalytic oxidation of fulvic acid using response surface methodology, Journal of Hazardous Materials, 144, 499-505.
• Körbahtı, B.K., (2007). Response surface optimization of electrochemical treatment of textile dye wastewater, Journal of Hazardous Materials, 145, 277-286.
• Lara-Martin, P.A., Gomez-Parra, A., Köchling, T., Sanz, J.L., Amils, R. and Gonzales-Mazo, E., (2007). Anaerobic degradation of linear alkylbenzene sulfonates in coastal marine sediments, Environmental Science and Technology, 41, 3573-3579.
• Liwarska-Bizukojc, E. and Bizukojc, M., (2005). Digital image analysis to estimate the influence of sodium dodecyl sulphate on activated sludge flocs, Process Biochemistry, 40, 2067-2072.
• Montgomery, D.C., (2009). Design and analysis of experiments, 7th ed., John Wiley&Sons, New York.
• Nicole, I., De Laat, J., Dore, M., Duguet, J.P. and Bonnel, C., (1990). Utilisation du rayonnement ultraviolet dans le traitement de eaux : Measure du flux photonique par actinometrie chimique au peroxide d‟hydrogene, Water Research, 24, 157-168.
• Official Methods of Analysis, (1980). Association of Official Analytical Chemistry, Washington D.C.
• Pei-Jen, C., Erik, J.R., Seth, W.K., David, E.H. and Karl, G.L., (2007). Biological assessments of a mixture of endocrine disruptors at environmentally relevant concentrations in water following UV/H2O2 oxidation, Science of the Total Environment, 376, 18-26.
• Poole, A.J., (2004). Treatment of biorefractory organic compounds in wool scour effluent by hydroxyl radical oxidation, Water Research, 38, 3461-3463.
• Rivas, F.J., Carbajo, M., Beltran, F., Gimeno, O. and Frades, J., (2008). Comparison of different advanced oxidation processes (AOPs) in the presence of perovskites, Journal of Hazardous Materials, 155, 407-414.
• Safarzadeh-Amiri, A., Bolton, J.R. ve Cater, S.R., (1997). Ferrioxalate-mediated photodegradation of organic pollutants in contaminated water, Water Research, 31,787-798.
• Sarasa, J., Roche, M.P., Ormad, M.P., Gimeno, E., Puig, A. and Ovelleiro, J.L., (1998). Treatment of a wastewater resulting from dyes manufacturing with ozone and chemical coagulation, Water Research, 32, 2721-2727.