İçme-kullanma sularında elektrokoagülasyon prosesi ile arsenik gideriminin araştırılması / Investigation of the arsenic removal by electrocoagulation process in drinking and using waters

Abstract

içme sularında arseniğin sınır değerin üzerinde bulunması çeşitli sağlık sorunlarına sebebiyet vermektedir. Bölgenin jeolojik yapısı ve toprağın arsenikçe zengin olması durumunda su kaynaklarında doğal nedenlerle arsenik (As) kirliliği gözlenirken, insan faaliyetleri neticesinde de arsenik kontaminasyonları vuku bulmaktadır. Dünya Sağlık Örgütü, yapılan araştırmalara dayanarak, içme sularındaki maksimum arsenik miktarını 10 μg/L olarak belirlemiş ve bu değerin üzerinde arsenik bulunduran suların toksik olduğunu ilan etmiştir. Sınır değerin üzerinde arsenik içeren kullanma ve içme sularında kirliliğin giderilmesi gerekir. Bölgemizde bulunan Karaali jeotermal sahasındaki akışkandan alınan su numunelerinde As konsantrasyonu 44 μg/L ile limit değerlerinin üzerinde tespit edilmiştir. Dolayısıyla bölgede sulardan As giderimini sağlayan uygun bir metodun araştırılması gerekliliği doğmuştur. Bu bağlamda mevcut çalışmada, ucuz ve kolay bir yöntem olarak bilinen ve işletmedeki basitliği nedeniyle tercih edilen elektrokoagülasyon (EK) yöntemiyle sulardan arsenik gideriminin araştırılması amaçlanmıştır. Elektrokoagülasyon prosesi kirlenmiş suyun arıtılması için uygulanan elektrokimyasal bir işlemdir ve çok çeşitli kirleticileri uzaklaştırmak için kullanılan bir su arıtma teknolojisidir. Denemelerde, elektrokoagülasyon yöntemi ile sulu çözeltilerden arseniğin giderimi ve sistem parametrelerinin giderim verimi üzerine etkileri incelenmiştir. Özellikle ortamın pH'sı, akım yoğunluğu, iletkenlik ve tuz ilavesinin As giderim oranı üzerindeki etkileri yorumlanmıştır. Proseste sentetik olarak hazırlanmış arsenik çözeltisi kullanılmıştır. Elektrokoagülasyon deneyleri için 10 L'lik bir elektrokoagülatör tasarlanmıştır. Sistemde beş adet ve her birinin yüzey alanı 189 cm2 olan alüminyum elektrot plaka kullanılmıştır. Her bir elektrot arası açıklık 5 cm olarak seçilmiştir. Güç kaynağı olarak maksimum 30 volt ve 3 A akımda çalışan GPS-3303 6020 1200 Watt model seçilmiştir. Gerilim 1.5V-15V arası ve akım 0.1A-2A olarak belirlenmiştir. Akım yoğunluğunun artırılması arsenik giderim miktarını aynı zamanda enerji tüketimini de artırmıştır. Çözeltiye ilave edilen destek elektrolit (NaCI), ortam iletkenliğini ve As giderim verimini (%15) arttırmıştır. As gideriminde sistemde yüksek akım uygulamasının, yüksek pH'da sistemi işletmekten daha etkili olduğu görülmüştür. Bununla birlikte pH 10'un üzerine çıkınca As gideriminde önemli bir artış gözlenmiştir. Deneysel çalışmanın sonucunda elektrokoagülatörde 1.29 mA/cm2 akım yoğunluğu için 10 dk sonunda %99 'un üzerinde As giderimi sağlanmıştır. Optimum akım şartları 5 V ve 1A değerlerinde elde edilmiştir. Bu değerin üzerinde arıtma veriminde önemli bir değişim olmadığından, maliyeti arttırmamak açısından 5 voltun aşılmaması önerilmiştir. The high arsenic concentration above the drinking water limit in cities causes various health problems. Arsenic (As) contamination is observed in water resources due to human induced pollution and natural reasons born of geological features and arsenic rich soils. The maximum amount of arsenic in drinking water is determined as 10 μg/L by World Health Organization and above this value is declared toxic water containing arsenic. The use of arsenic, which is above the limit value, should be eliminated in the drinking waters. In Karaali geothermal area in our region As concentration in water was determined as 44 μg/L above the admissible level. Therefore, it is necessary to assign a suitable method that provides As removal for waters in the region. In this context, it is aimed to investigate arsenic removal from waters by electrocoagulation (EK), which is known as a cheap and easy method and preferred due to its simplicity in operation. The electrocoagulation is an electrochemical process for the treatment of contaminated water and is a water treatment technology used to remove a wide range of pollutants. In the experiments, the removal of arsenic from the aqueous solutions by electrocoagulation method and the effects of the system parameters were investigated. In particular, the effects of pH, current density, conductivity and salt amount on As removal rate were discussed. Synthetic prepared arsenic solution was used in the process. A 10 L electrocoagulator was designed for electrocoagulation experiments. Five electrode plates with a surface area of 189 cm2 each were used in the system. Space between each electrode was 5 cm. As a power source, the GPS-3303 6020 1200 Watt model was used with a maximum of 30 volts and 3 A current. The voltage was between 1.5V-15V and the current was determined as 0.1A-2A. Arsenic removal increased with increasing current density and increasing energy consumption. The support electrolyte (NaCl) added to the solution increased the media conductivity and As removal efficiency (15%). It is seen that high current application is more effective than high system pH. However, when the pH was above 10, a significant increase in As removal was observed. As a result of the experimental study, over 99% of As removal was achieved in 10 minutes for 1.29 mA/cm2 current density in the electrocoagulator. Optimum current conditions were obtained at 5 V and 1A values. Since there was no significant change in the treatment efficiency above this value, 5 volts should not be exceeded in order not to increase the cost.