Ozon ve fotokatalitik oksidasyonun doğal organik maddelerin üçdeğerli katyonlar ile etkileşimi üzerine etkileri

Yıl 2011, Cilt: 21 Sayı: 1, 3 - 12, 31.12.2011

Miray Bekbölet Sibel Şen Kavurmacı

Öz

Doğal organik maddenin (DOM) ana altgrubunu oluşturan hümik asitler (HA), temel olarak heterojen ve polidispers makromoleküllerden oluşmaktadır. Bu maddelerin özellikle dezenfeksiyon yan ürünü oluşturma gibi bazı olumsuz özellikler göstermeleri, içme suyu arıtımında karşılaşılan en önemli problem olarak değerlendirilmektedir. Bu çalışmada, humik maddelere ozon oksidasyonu, fotokatalitik oksidasyon ve bu iki oksidasyon sisteminin arka arkaya uygulanmasıyla geliştirilen ardışık oksidasyon sistemi uygulanmış, ardından da üç değerlikli katyonlarla (Al(III) ve Fe(III)) komplex oluşturma kapasiteleri değerlendirilmiştir. Oksidasyon sistemlerinin uygulanmasının humik asitlerin
kompleks oluşturma verimlilikleri üzerine olan etkileri, UV görünür bölge parametrelerine (UV254 ve Renk436) ve ÇOK (çözünmüş organik karbon) içeriklerine göre normalize edilmiş Al(III) ve Fe(III) dozları şeklinde değerlendirilmiştir. Ham HA için her iki parametrede de 0.23 ve 0.93 gibi yüksek Al(III)/ÇOK ve Fe(III)/ÇOK oranlarına ulaşılmıştır. Bu dozlar, Al(III) için %95 UV254, %98 Renk436 ve Fe(III) için %94 UV254, %94 Renk436 giderim verimliliği sağlamıştır. Al(III) ve Fe(III) kullanarak fotokatalik olarak reaksiyona sokulmuş hümik asit için elde edilen giderim verimlilikleri, ozon oksidasyonu uygulanmış hümik asit çözeltilerinden daha yüksektir. Ham HA için olduğu gibi, ardışık oksidasyon sistemi için de ön oksidasyon uygulanmış formlara bağlı olarak, Fe(III)/ÇOK ve Al(III)/ÇOK oranlarında çok önemli değişimler elde edilmiştir. Ardışık olarak oksitlenmiş hümik asit numunesi için Al(III)/ÇOK aralığı 0.13 – 0.38 bulunmuş ve bu dozlar %27 - %64 UV254 ve %34 -%74 Renk436 giderimleri sağlamıştır. En düşük organik madde giderim verimliliği, başlangıçtaki hümik asit konsantrasyonundan bağımsız olarak, UV254 ve Renk436 cinsinden her iki üçdeğerli katyon içinde, ardışık olarak oksitlenmiş hümik asitte gözlemlenmiştir. Ham ve oksitlenmiş HA’in moleküler boyut dağıtım profillerinin etkisi de belirlenmiş ve parametrelerle açıklanmıştır.

Anahtar Kelimeler

Hümik asit, ozon oksidasyonu, fotokatalitik oksidasyon, üçdeğerli katyonlar

Destekleyen Kurum

Boğaziçi Universitesi Araştırma Fonu

Proje Numarası

08Y101D

Kaynakça

• Amirtharaj, A., (1990). Coagulation processes. Destabilization, mixing, and flocculation in Pontious, F.W., eds, AWWA, Water Quality &Treatment, 6th edition, McGraw-Hill, New York.
• Archer, A.D. ve Singer, P.C., (2006). Impact of SUVA and enhance coagulation on the removal of total organic halide precursors, Journal of American Water Work Association, , 98, 97-107.
• Bekbolet, M., Boyacıoğlu, Z. ve Özkaraova, B., (1998). The influence of solution matrix on the photocatalytic removal of color from natural waters, Water Science and Technology, 38, 155-162.
• Bekbolet, M., Suphandag, S.A. ve Uyguner, C.S., (2002). An investigation of the photocatalytic efficiencies of TiO2 powders on the decolourisation of humic acids, Journal of Photochemistry and Photobiology, A: Chemistry, 148, 121-128.
• Chiang, P.C., Chang, E.E. ve Liang, C.H., (2002). NOM characteristics and treatabilities of ozonation processes, Chemosphere, 46, 929-936.
• Espinoza, L.A.T. ve Haseborg, E.T., (2009). Investigation of the photocatalytic degradation of brown water natural organic matter by size exclusion chromatography, Applied Catalysis B: Environmental, 87, 56-62.
• Hoigné, J., (1998). Chemistry of aqueous ozone and transformation of pollutants by ozonation and advanced oxidation processes in Hubrec J., eds, The Handbook of Environmental Chemistry Quality and Treatment of Drinking Water, Springer, 83-141, Berlin.
• Hung, Y.S., (1994). Decolorization of mono-azo dyes in wastewater by advanced oxidation process. A case study of acid red 1 and acid yellow 23, Chemosphere, 29, 2597-2607.
• Jung, A.-V., Chanudet, V., Ghanbaja, J., Lartiges, B.S. ve Bersillon, J.-L., (2005). Coagulation of humic substances and dissolved organic matter with a ferric salt : An electron energy loss spectroscopy investigation, Water Research, 39, 3849-3862.
• Kazpard, V., Lartiges, B.S., Frochot, C., d‟Espinose de la Caillerie, J.B., Viriot, M.L., Portal, J.M., Görner, T. ve Bersillon, J.L., (2006). Fate of coagulant species and conformational effects during the aggregation of a model of a humic substance with Al13 polycations, Water Research, 40, 1964- 1974.
• Kerç, A. ve Bekbölet, M., (2003). Effect of partial oxidation by ozonation on the photocatalytic degradation of humic acids, International Journal of Photoenergy, 5, 75-80.
• Kerç, A., Bekbölet, M. ve Saatçı, A.M., (2004). Effects of oxidative treatment techniques on molecular size distribution of humic acids, Water Science and Technology, 49, 7-12.
• Leenheer, J.A. ve Croué, J.P., (2003). Characterizing aquatic dissolved organic matter, Environmental Science and Technology, 37, 18-26.
• Manahan, S.E., (2004). Environmental chemsitry, Lewis Publishers, MI, USA.
• Melin, E.S. ve Odegaard, H., (1999). Biofiltration on ozonated humic water in expanded clay aggregate filters, Water Science and Technology, 40, 165-172.
• Rekhow, D.A., Singer, P.C. ve Trusell, R.R., (1986). Ozone as a coagulant aid in Annual AWWA Conference Proc.; AWWA, Colorado, USA.
• Rook, J.J., (1974). Formation of haloforms during chlorination of natural waters, Water Treatment Examination, 23, 234-243.
• Rook, J.J., (1977). Chlorination reactions of fulvic acids in natural waters, Environmental Science and Technology, 11, 478–482.
• Siéliéchi, J.M., Lartiges, B.S., Kayem, G.J., Hupont, S., Frochot, C., Thieme, J., Ghanbaja, J., d‟Espinose de la Caillerie, J.B., Barrès, O., Kamga, R., Levitz, P. ve Michot, L.J., (2008). Changes in humic acid conformation during coagulation with ferric chloride: Implications for drinking water treatment, Water Research, 42, 2111-2123.
• Singer, P.C., (1990). Assessing ozonation research needs in water treatment, Journal of American Water Work Association, 82, 78-88.
• Staehelin, J. ve Hoigné, J., (1985). Decomposition of ozone in water in the presence of organic solutes acting as promoters and inhibitors of radical chain reactions, Environmental Science and Technology, 19, 1206-1213.
• Thorsen, T., (1999). Membrane filtration of humic substances-state of the art, Water Science and Technology, 40, 105-112.
• Thurman, E.M., (1986). Organic geochemistry of natural waters, Dordrecht: Martinus Nijhoff/Dr W. Junk Publishers.
• USEPA, (1998). National primary drinking water regulations: Disinfectants and disinfection by-products: Final Rule, 40 CGR part 9, 141, 142.
• Uyguner, C.S. ve Bekbolet, M., (2007). A review on the photocatalytic degradation of humic substances in Nikolau, A., Selcuk, H. ve Rizzo, L., eds, Control of Disinfection By-Products in Drinking Water Systems NOVA Science Publishers Inc., 419-446, NY.
• von Gunten, U., (2003). Ozonation of drinking water: Part I. Oxidation kinetics and product formation, Water Research, 37, 1443-1467.
• Wang, G. ve Hesien, S., (2000). Hong C. Destruction of HA in water by UV light-catalyzed oxidation with hydrogen peroxide, Water Research, 34, 3882-3887.