Prof.Dr. Semih Ötleş

Prof.Dr. Semih Ötleş

Gıda Kimyası

İçme sularında arsenik kirliliğinin önlenmesi(Bölüm 3)

Son yıllarda arsenik; toksik ve kanserojen kirletici olarak daha sık gündeme gelmektedir. Bunun önemli bir nedeni de küresel ısınmadır. Çünkü pek çok bölgede küresel ısınma, kuraklık, aşırı kullanım ve su yönetiminin iyi bir şekilde yapılamaması...

 

Selin Özgöz, Prof.Dr.Semih Ötleş
Ege Üniversitesi, Gıda Mühendisliği Bölümü

            5.5. KİREÇ- SODA YÖNTEMİ (KS)

Kireç-Soda (KS) yöntemi koagülasyon-flokülasyon- çökeltim işlemlerinin uygulandığı bir kimyasal arıtma sürecidir. Temelde sertlik gidermek için kullanılmakla birlikte, bu süreçte arsenik giderimi de sağlanabilmektedir. KS yönteminde arsenat giderimi kalsiyum karbonat,
magnezyum hidroksit ve demir hidroksit oluşumuyla kontrol edilir. Kalsiyum karbonat ve magnezyum hidroksit, sertlik giderimi işleminde kireç ve kostik soda eklenmesiyle oluşur. Demir hidroksit ise suda doğal olarak bulunan veya koagülan olarak dışarıdan eklenen demir iyonlarının hidroksil iyonlarıyla birleşerek çökelmesiyle meydana gelir.
Kimyasal arıtma süreçlerinde verimi etkileyen pH, giriş konsantrasyonu, suda bulunan diğer iyonlar, karışım süresi gibi faktörler KS sürecinin de verimini etkiler. Yapılan çalışmalar As5+ formundaki arsenik bileşiklerinin daha yüksek verim ile arıtılabildiğini ortaya koymaktadır. KS ile yumuşatma yönteminde As5+ ve As3+ arıtımı için optimum pH sırasıyla yaklaşık 10.5 ve 11 olarak ifade edilmektedir (Logsdon vd., 1974; Sorg ve Logsdon, 1978).

 
Şekil 5.5.1. Kireç-soda yöntemi akım diyagramı (EPA, 2003).

            5.6. AKTİF ALUMİNA YÖNTEMİ
Aktif alumina, iyon değişim özellikleri ile gözenekli, granül bir malzemedir. Ortam, alüminyum trioksit, yüksek sıcaklıkta alüminyum hidroksitin dehidrasyonu yoluyla hazırlanmaktadır. Aktif alumina tanelerinin tipik olarak çapı 0,3-0,6 mm’dir ve sorpsiyon için geniş bir yüzey alanına sahiptir.
İçme suyu arıtımında paketlenmiş yatak, aktif alumina adsorbsiyonu, doğal organik madde ve florun giderilmesi için yaygın olarak kullanılır. Aktif alumina adsorpsiyonu ile As(V) giderimi, aktif alumina ortamı ile dolu bir ve ya daha fazla yatak içinden basınç altında sürekli olarak geçen su ile gerçekleştirilebilir.
Yarışçı iyonların seviyeleri As(V) giderimi için aktif aluminanın performansını etkiler. Aşağıdaki seçicilik sırası aktif alumina için belirlenmiştir.
OH- > H2AsO4- > Si(OH)3O - > F- > HSeO3 - > TOC > SO4 2- > H3AsO3

As(III) iyonlarına karşı 9.2 altındaki pH seviyesinde  nötr moleküler deşarj nedeniyle aktif aluminanın seçiciliği zayıftır. Bu nedenle arsenitin, arsenata önoksidasyonu kritiktir.  Yapılan birkaç farklı çalışmada optimum pH aralığı 5.5-6  olarak belirlenmişir ve bu koşullar altında yüzde  98’den daha fazla arsenik giderimi sağlanmıştır (USEPA, 2000).

            5.7. İYON DEĞİŞTİRİCİLER

İyon değiştirme, arıtılacak su içerisindeki bir iyonun adsorbantta bulunan diğer bir iyon ile yer değiştirdiği fiziko-kimyasal bir prosestir. İyon değiştirme reçinesi genellikle kirletici faktörlerin giderilmesi için özel sentetik bir reçineden ibarettir. Su içindeki bir anyon olan arsenat formları bir anyonik reçine üzerinde değiştirilir. Besleme suyu değişim bölgesine girer ve kirletici iyon değiştirilir. Reçine doygun hale geldiğinde, yatak orijinal formuna geri dönmesi için kimyasal olarak rejenere edilir. (Anonim, 2013).
Katı reçine,  reçineye elektrostatik olarak bağlı olan geniş sayıda iyonize olabilen grupları içeren tipik elastik 3 boyutlu bir hidrokarbon ağıdır. Bu gruplar reçineye karşı güçlü değişim ilgisine (seçiciliğine) sahip benzer yüklü iyonlar için değiştirilmektedir. Arsenik giderimi, değiştirici reçine ile dolu bir ve ya daha fazla sütunlar boyunca basınç altında sürekli olarak su geçirimi ile gerçekleştirilir. Diğer iyonlar ile yarışan sülfat varlığının etkisi, arsenik arıtımında iyon değiştirici için önemli bir faktördür. Sülfat seviyeleri, arsenik arıtımı için iyon değiştiricinin uygulanabilirliğini kısıtlayabilir.

SO4 2- > HAsO4 2- > NO3-, CO3 2- > NO2- > Cl-  

Çeşitli iyonların değişim ilişkisi, net yüzey yükünün bir fonksiyonudur. Bu nedenle As(V) giderimi için iyon değiştirme işleminin etkinliği kuvvetli olarak çözeltinin pH’ına ve özellikle sülfat ve nitrat gibi diğer iyonların varlığına bağlıdır. Bu değer ve diğer anyonlar yukarıdaki  seçicilik sırasına göre değişim reçinesi üzerine yerleşmek için rekabet ederler (Clifford, 2001).

            5.8. TERS OZMOZ

Ters ozmoz, parçacık boyutu, dielektrik özellikler , hidrofilik/ hidrofobik özellikler vasıtasıyla  sudan  çözünmüş maddelerin giderilmesi yeteneğine sahip bir basınç-tahrikli membran ayırma sistemidir. Ters ozmoz, tek geçişte  yüzde 97 üzerinde As (V) ve yüzde 92 üzerinde  As (III) giderimini gerçekleştirebilmektedir (NSF, 2001a; NSF 2001b). Ek bir avantaj olarak ters ozmoz, organik karbon , tuzlar, çözünmüş mineral ve renk de dahil olmak üzere diğer bir çok bileşenleri sudan etkili bir şekilde  uzaklaştırır. İşlem süreci pH’ a nispeten duyarsızdır. Doğal ozmotik basınca karşı zar yüzeyi boyunca su hareket ettirmek için besleme suyu, bir yükseltici pompa ile yeterince başınçlı olmalıdır. İçme suyu arıtımı için, tipik çalışma basınçları 100 ile 350 psi arasındadır (EPA, 2003).
Ters ozmoz, US-EPA için hazırlanan bir rapora göre pilot ve tezgah ölçekli çalışmalar boyunca  kanıtlanan etkili bir arsenik giderim teknolojisidir. Çeşitli pilot çalışmaları, arsenik türleri giderimini belirtmeden yüzde 40-99 arasında değişen arsenik giderimini rapor etmişlerdir. Başka bir pilot çalışması ise yüzde 96-99 As(V) , yüzde 46-84 As (III) giderimini rapor etmiştir (Ning, 2002).

Tablo 5.8.1. Temel arsenik uzaklaştırma yöntemlerinin karşılaştırılması (EPA, 2003).
YÖNTEM  AVANTAJLARI DEZAVANTAJLARI
Yükseltgeme çöktürme Hava ile yükseltgeme Basit, düşük maliyet, organik ve inorganik yapılar yükseltgenebilir As (V)uzaklaştırılmasındaetkilidir
 Kimyasal ile yükseltgeme Basit, hızlı, az kalıntı PH ve yükseltgenmenin hassas takibi
Koagülasyon ve Filtrasyon Demir koagülasyon Alüm koagülasyona göre daha verimli Orta derecede verim, sedimentasyonve filtrasyon gerekliliği
 Kireçle yumuşatma Ticari kimyasallarmevcut PH ayarlaması
Sorpsiyon veİyon değiştirme Aktif alümina Yaygın ticari ürünleri mevcut Beş rejenerasyon adımı sonrasında yenisi ile değiştirilmeli
 Demir temellitutucular Ucuz, rejenerasyon gerektirmez, hem As (III) hem de As (V) uzaklaştırılmasındaetkilidir. Standart değildir. Toksik atık oluşturabilir.
 İyon değiştiricireçineler Özel geliştirilen ürünlerle As seçimliliği yüksek Yüksek yatırım maliyeti,rejenerasyon ihtiyacı
Membran Ters ozmoz Toksik atık oluşturmaz Yüksek yatırım ve işletim maliyeti

            6. SONUÇ

Son yıllarda arsenik; toksik ve kanserojen kirletici olarak daha sık gündeme gelmektedir. Bunun önemli bir nedeni de küresel ısınmadır. Çünkü pek çok bölgede küresel ısınma, kuraklık, aşırı kullanım ve su yönetiminin iyi bir şekilde yapılamaması sonucu kuyu suyu seviyelerinde düşme gözlenmektedir. Su miktarının azalması ve suyun bulunduğu derinlikteki kaya türü, mineral ve cevher yapı arsenik konsantrasyonunun artmasına neden olmaktadır. Arseniğin düşük konsantrasyonlarda olması durumunda bile, uzun yıllar alınması sonucu insan sağlığı üzerinde çok ciddi sorunlara neden olmasından dolayı mutlaka yerleşim bölgelerine verilen suların arsenik seviyelerinin sınırların altında kalmasının sağlanması gerekmektedir. Arsenik miktarı pek çok durumda mevcut arıtma tesislerinde yapılan değişiklikler ve eklemeler sonucu standartların altına indirilebilmektedir.
Kimyasal çökeltim/filtrasyon süreçleri genel olarak arsenik arıtma verimi yüksek olan  (yüzde 90’dan fazla) seçeneklerdir. Süreçlerin tümünde ön arıtma (oksidasyon) gereksinimi vardır. Koagülasyon destekli mikrofiltrasyon veya filtrasyon, oksidasyon filtreleri küçük ölçekli tesisler için önerilirken; kireç- soda, kimyasal koagülasyon-çökeltim yöntemleri büyük ölçekli sistemler için tercih edilmektedir. Kullanılan tüm bu yöntemler ile içme sularından arsenik giderimi etkin bir şekilde yapılabilmekte ve içme suyu standartlarının  yasal limitlere uygun hale gelmesi sağlanmaktadır.

KAYNAKLAR
1-Anonim, 2013. http// www. ekolojiteknik.com. Erişim Tarihi: 01.01. 2013.
2-Awwa, R.F., Chowdhury, Z., Kommineni, S., Narasimhan, R., Brereton, J., Amy, G. ve Sinha, S.,  2002. Implementation of arsenic treatment systems–Part 1, Process selection. American Water Works Association Research Foundation and American Water Works Association, USA.
3-Bachofen, R., Birch, L., Buchs, F.P., Flynn, I., Gaudenz, J., Tahedl, H., 1995. Volatilization of arsenic compounds by microorganisms. In: Hinche RE, Means JL, Burris DR, editors. Bioremediation of inorganics, p. 103– 8.
4-Banerjee, K., Helwick, R.P. ve Gupta, S., 1999. A treatment process for removal of mixed inorganic and organic arsenic species from groundwater, Environmental Progress, 18(4) 280-284.
5-Bissen, M. ve Frimmel, F.H., 2003. Arsenic- a review. Part I: Occurrence, toxicity, speciation, mobility, Acta hydrochimica et hydrobiologica, 31(1) 9-18.
6-Brochmoller, J., Cascorbi, I., Henning, S., Meisel, C., 2000. Roots: I  Molecular genetics of cancer susceptibility. Pharmacology, 61: 212– 27.
7-Chen, Y.,Yao, J., Wang, F., Zhou, Y., Chen, H., Gai, N., Chen, H., Chen, K., Maskow, T., Ceccanti, B., Trebse, P., Zaray, G., 2008. Toxic Effect of inorganic arsenite [As(III)] on metabolic Activity of Bacillus subtilis by Combined Methods. Curr. Microbiol., 57, 258-263.
8-Cheng, R.C., Liang, S., Wang, H.C. ve Beuhler, J., 1994. Enhanced coagulation for arsenic removal, Journal of the American Water Works Association, (9) 79-90.
9-Choonga, S,Y, Thomas., Chuaha, T,Y., Robiaha, Y., Gregorya, F,L., Aznib, I., 2007. Arsenic toxicity, health hazards and removal techniques from water: an overview. Desalination, 217, 139-166.
10-Clifford, D., 2001. Arsenic Treatment Technology Demonstration Drinking Water Assistance Program for Small Systems, Final Report to the Montana Water Resources Center, March.
11-Dousova, B., Machovic, V., Kolousek, D., Kovanda, F., Dornicak, V., 2003. Sorption of As(V) Species fromaqueous systems, water, air, and Soil Poll., 149, 251-267.
12-Duker, A.A., Carranza, E.J.M., Hale, M., 2005. Arsenic geochemistry and health. Env. Int., 31, 631- 641.
13-Edwards, M., 1994. Chemistry of arsenic removal during coagulation and Fe-Mn oxidation, Journal of the American Water Works Association, 86 (9) 64-78.
14-EPA. 2002. Arsenic treatment technologies forsoil, waste, and water, U.S. EPA/ National Service Center for Environmental Publications, Cincinnati.
15-Feng, Z., Xia, Y., Tian, D., Wu, K., Schmitt, M., Kwok, R.K., 2001. DNA damage in buccal epithelial cells from individuals chronically exposed to arsenic via drinking water in Inner Mongolia, China. Anticancer Res, 21: 51– 8.
16-Fields, K., Chen, A. ve Wang, L., 2000b. Arsenic removal from drinking water by iron removal plants, EPA 600R00086, Prepared by Battelle under contract 68C70008 for U.S. EPA ORD, August 2000.
17-Fujimoto, M., 2001. The Removal of arsenic from drinking water by carbon adsorption. Master of Science Department of Civil and Environmental Engineering, Michigan State University.
18-Gao, S., Burau, R.G., 1997. Environmental factors affecting rates of arsine evolution from and mineralization of arsenicals in soil. J Environ Qual., 26: 753–63.
19-Gulledge, J.H. ve O’Connor, J.T., 1973. Removal of arsenic (V) from water by adsorption on aluminum and ferric hydroxides, Journal of the American Water Works Association, 8: 548-552.
20-Hering, J.G., Chen, P.Y., Wilkie, J.A., Elimelech, M., Liang, S., 1996. Arsenic removal by ferric chloride, Journal of the American Water Works Association, 88( 4) 155-167.
21-IRC, 2006. Arsenic in drinking water. Thematic Overview Paper 17, by  Branislav Petrusevski, Saroj Sharma, Jan C. Schippers (UNESCO-IHE), and Kathleen Shordt (IRC), IRC International Water and Sanitation Centre.
22-İkizoğlu, 2009. Sularda arsenik. Kimya Mühendisliği Dergisi, 170: 28-30.
23-Johnston, R., Heijnen, H., Wurzel, P., 2001. United Nations synthesis report on arsenic in drinking water, chapter 6: safe water technology. World Health Organization, Genova.
24-Karagaş, M.R., Stukel, T.A., Tosteson, T.D., 2002. Assessment of Cancer Risk and Environmental levels of arsenic in New Hampshire. Int. J. Hyg. Env. Health., 205, 85-94.
25-Kumaresan, M., Riyazuddin, P., 2001. Overview of speciation chemistry of arsenic. Current Science, 80(7), 837-846.
26-Logsdon, G.S., Sorg, T.J. ve Symons, J.M., 1974. Removal of heavy metals by conventional treatment, 16th Water Quality Conference – Trace Metals in Water Supplies: Occurrence, Significance, and Control, University Bulletin, 71.
27-Moore, K., 2005. Treatment of arsenic contaminated groundwater using oxidation and membrane filtration. Master of Applied Science in Civil Engineering, University of Waterloo.
28-Muilenberg, T., 1997. Microfiltration basics: Theory and Practice, Membrane Technology Conference, New Orleans, LA.
29-Mukherje, S.C., Rahman, M.M., Chowdhury, U.K., Sengupta, M.K., Lodh, D., Chanda, C.R., Saha, K.C., Chakraborti, D. 2003. Neuropathy in arsenic toxicity from groundwater arsenic contamination inWest Bengal, India. J. Env. Sci. Health, 1, 165-183.
30-Mukherjee, S.C., Saha, K.C., Pati, S., Dutta, R.N., Rahman, M.M., Sengupta, M.K., Ahamed, S., Lodh, D., Das, B., Hossain, M.A., Nayak, B., Mukherjee, A., Chakraborti, D., Dulta, S.K., Palit, S.K., Kaies, I., Barua, A.K., Asad, K.A., 2005. Murshidabad-One of the nine groundwater arsenic-affected districts of West Bengal, India. Part II: Dermatological, Neurological, and Obstetric Findings. Clinical Toxicology, 43, 835-848.
31-Ning, R.Y., 2002. Arsenic removal by reverse osmosis. Desalination, 143, 237-241.
32-NSF International, 2001a. Environmental Technology Verification Report: Removal of Arsenic in Drinking Water - Hydranautics ESPA2-4040 Reverse Osmosis Membrane Element
Module, March 2001.
33-NSF International, 2001b. Environmental Technology Verification Report: Removal of Arsenic in Drinking Water – KOCH Membrane Systems TFC – ULP4 Reverse Osmosis Membrane Module, August 2001.
34-Pasin, Ç. ve Alpaguter, E., 2009. İçme suyu arıtımında alternatif inorganik koagülant kullanımı. Özel Ege Lisesi Projesi. p, 4.
35-Rahman, M.M., Sengupta, M.K., Ahamed, S., Chowdhury, U.K., Hossain, A., Das, B., Lodh, D., Saha, K.C., Pati, S., Kaies, I., Barua, A.K., Chakraborti, D., 2005. The magnitude of arsenic contamination in groundwater and its health effects to the İnhabitants of the jalangi-one of the 85 arsenic affected blocks in West Bengal, India. Sci. Total Env. 338, 189-200.
36-Resmi Gazete., 2005.  İnsani tüketim amaçlı sular hakkında yönetmelik. T.C. Sağlık Bakanlığı, Sayı 25730.
37-Roy, P., Saha, A., 2002. Metabolism and toxicity of arsenic: A Human Carcinogen. Current Sci. 82(1): 38-45.
38-Sancha, A.M., 2006. Review of coagulation technology for removal of arsenic: Case of Chile. J. Health Popul. Nutr. 24, 267-272.
39-Shen, Y.S., 1973. Study of arsenic removal from drinking water, Journal of the American Water Works Association,  8, 543-548.
40-Smedley, P.L., Kinniburgh, D.G., 2002. A Review of the source, behaviour and distribution of arsenic in natural waters, App. Geochem, 17, 517-568.
41-Sorg, T.J. ve Logsdon, G.S., 1978. Treatment technology to meet the interim primary drinking water regulations for inorganics: Part 2, Journal of the American Water Works Association, 7, 379-392.
42-Subramanian, K.S., Viraraghavan, T., Phommavong, T. ve Tanjore, S., 1997. Manganese greensand for removal of arsenic in drinking water, Water Quality Research Journal Canada, 32(3): 551- 561.
43-US EPA, 2000. Technologies and costs for removal of arsenic from drinking water, Targeting and Analysis Branch Standards and Risk Management Division Office of Ground Water and Drinking Water United States Environmental Protection Agency Washington, D.C.
44-US EPA, 2003. Arsenic treatment technology evaluation handbook for small systems, Office of Water (4606M) EPA 816-R-03-014.
45-Viraraghavan, T., Subramanian, K.S. ve Aruldoss, J.A., 1999. Arsenic in drinking water-problems and solutions. Water Science and Technology, 40 (2): 69-76.
46-Thirunavukkarasu, O.S., Subramanian, K.S., Chaalal, O. ve Islam, M.R., 2005. Arsenic removal in drinking water- Impacts and novel removal technologies, Energy sources, 27, 209-219.
47-Wang, S., Mulligan, C.N., 2006. Occurrence of arsenic contamination in Canada: Sources, Behaviour and Distribution. Sci. Tot. Env., 366, 701- 721.
48-Zhang, G.S., Qu, J.H., Liu, H.J., Liu, R.P., Li, G.T., 2007. Removal mechanism of As(III) by a novel Fe- Mn binary oxide adsorbent: Oxidation and Sorption, Env. Sci. Techn., 41, 4613-4619.

 

Yazarın diğer yazıları