Tekstil Atık Suyunda Kimyasal Yöntemle Renk Giderimi
Tekstil atık suları yüksek oranda organik ve inorganik kirleticiler içerirler. Bu kirleticiler içerisinde en tehlikelisi olmasa da insanları en rahatsız edeni boyarmaddelerden gelen kirliliktir. Renkli bir atık suyun doğal ortama salınması, renkli suyu görenler üzerinde zehirli bir maddenin suya karıştığı etkisini uyandırmaktadır. Oysaki çok daha fazla zehirli madde içeren tarımsal ilaçlar ya da endüstriyel atıklar doğal ortama karışmakta ama gözle görülebilir olmadığından insanlar üzerinde korku ya da endişeye neden olmamaktadırlar. Bu nedenle bu estetik olmayan kirleticinin giderilmesi, içerisine yeni kimyasallar eklenerek yapılsa da psikolojik olarak büyük önem taşımaktadır.
Tabi ki boyarmaddeler tamamen masum kirleticiler değildirler. Alıcı sulara verilen renkli atık sular su ortamındaki ışık geçirgenliğini azaltır ve fotosentetik aktiviteyi olumsuz yönde etkiler. Ayrıca boyarmaddelerin bazı sucul organizmalarda birikmesi toksik ve kanserojenik ürünlerin meydana gelme riskini de beraberinde getirmektedir. Bu bağlamda boyar madde içeren tekstil endüstrisi atık sularının renk giderim prosesleri ekolojik açıdan önem kazanmaktadır.
Boyalı atık sular boyama yapılan elyaf türüne göre farklılık gösterirler. Pamuk elyafı boyayan boyahanelerin atık suyunda çok yoğun boyarmadde bulunur. Çünkü reaktif boyarmaddelerin yaklaşık % 70 kadarı elyafa bağlanırken yaklaşık %30’luk kısmı hidroliz olarak elyafa bağlanamaz ve dışarı atılır. Oysa akrilik elyaf boyacılığında kullanılan bazik boyarmaddeler neredeyse %100 oranında akrilik elyafına bağlanırlar. Yün boyacılığında da boyarmaddenin büyük kısmı yün liflerine bağlanırlar. Fakat yine de her iki boyacılıkta da bir miktar boyarmadde, boya banyosundan atık olarak çıkarken bir kısım boyarmadde de makinenin çeşitli parçalarının yıkanması sonucu atık suya karışır. Renk giderimi yaptığımız atık su akrilik yün boyaması yapan bir tesisten alındığı için pamuk boyahanelerinin atık sularına göre daha az boyarmadde içermektedir.
Su ve endüstriyel atık sulardan renk giderimi üzerine yapılmış ve yapılmakta olan birçok çalışma bulunmaktadır. Bu çalışmalar çoğunlukla kimyasal çöktürme, kimyasal oksidasyon ve adsorpsiyon ile renk giderimi üzerinde yoğunlaşmıştır. Ayrıca, literatürde, biyolojik arıtma esnasında renk giderimi konusunda yapılmış çalışmalar mevcuttur. Biyolojik arıtmadaki sınırlı renk giderimi temel olarak yumaklaştırma ve aktif çamurdaki askıda katı maddelere adsorpsiyon ile gerçekleşir.
Bu çalışmada sodyum hipoklorit, hidrojen peroksit, kalsiyum hipoklorit ve sodyum hidrosülfitin tekstil atık suyunda renk giderme ajanı kullanım olanakları ve performansları araştırtmıştır.
Sodyum hipoklorit ile renk giderimi
Sodyum hipoklorit (NaOCl) Sodyum hipoklorit’in (NaOCl) toz, granül ve sıvı olmak üzere üç şekli bulunmaktadır. Sıvı sodyum hipoklorit belli miktarlarda alınarak bilinen çamaşır suyu elde edilir. Sodyum hipokloritin en önemli maddesi klordur. pH a bağlı olarak sulu ortamda farklı bileşenlere ayrışır. Buna göre pH 5’in üzerinde çözeltide hipoklorik asit (HOCl) ve hipoklor iyonları (OCl) baskınken pH 5’in altında Cl2 ve suya dönüşmektedir.
Kalsiyum hipoklorit ile renk giderimi
Kalsiyum hipoklorit (Ca(ClO)2) beyaz ya da hafif grimsi renkte toz halinde %65-70 aktif klor içeren bir bileşiktir. Molekül kütlesi 142,98 g/mol olan kalsiyum hipokloritin öz kütlesi 2,35 g/cm3’tür. 20 oC’de suda çözünürlüğü 217,6 g/l’dir [4]. Kuru kalsiyum hipoklorit suda çözündüğü zaman 1 mol kalsiyum hipoklorit 2 mol hipokloröz asit oluşturmaktadır.
Ca(OCl)2 O H 2 HOCl Ca2+ OH + 2 + +
Bu denklemin dengesi çözeltinin pH değerine bağlı olarak değişmektedir. pH 8 civarında kalsiyum hipoklorit çözeltideki baskın türdür, fakat pH 5-6,5 arasına düştüğü zaman hipoklorit iyonu baskın tür haline gelmektedir. pH 2,5’in altında ise serbest klor gazı çıkışı gözlenir [5]. Kalsiyum klorür asitler ile hızlı ekzotermik reaksiyon vermektedir.
Ca(OCl)2 Cl HCaCl2 HOCl + + 2
HOCl Cl HO H 2 Cl2 2 + 2
Kalsiyum hipokloritin oksitleme gücü hipokloröz asitten gelmektedir. Dolayısıyla çözeltideki hipokloröz asit oluşumunu sağlayacak uygun pH şartları oksitleme etkisini de arttırmaktadır.
Hidrojenperoksit ile renk giderimi
Hidrojen peroksit 1818 yılında baryum peroksitin nitrik asit ile reaksiyona sokulmasıyla Louis Jacques Thénard tarafından izole edilmiştir. Hidrojen peroksit (H2O2) saf halde hafif mavimsi berrak sıvı formda bulunurken, suda çözüldüğünde renksizdir. Molekül kütlesi 34,01 g/mol, öz kütlesi ise 25 oC’de 1,4425 g/cm3’tür.
İlk önceleri peroksitin ağartma etkisinin bozunmasıyla ortaya çıkan oksijen gazı olduğu düşünülürken, bu fikrin doğru olmadığı daha sonraları anlaşıldı. Hidrojen peroksitin ağartma etkisi, özellikle pH değerine bağlı olarak bozunması ve hidrojen ve perhidroksil iyonu (HO2-) meydana getirmesine dayanmaktadır. Daha sonra bu perhidroksil iyonu tekrar bir hidrojen peroksit molekülü ile reaksiyona girerek süperoksit radikal anyonun meydana getirmektedir [5]. Bu anyonda son derece toksiktir.
H2O2 H+ HO2 OH - + -
HO2 H2O2 OH O2 O H 2 - + - - . + +
Hidrojen peorksit asidik şartlarda kararlı bir bileşiktir. Bozunmanın başlaması için alkali ya da ısı gereklidir. Alkali ilavesi ile birlikte perhidroksil iyonu oluşumu başlamaktadır. Perhidroksil iyonu (HOO2-) sulu çözeltide zayıf dibazik asit gibi davranır. Yukarıdaki reaksiyonda da görüldüğü gibi hidrojen peroksit bozunması sonucu perhidroksil iyonunun yanı sıra birde proton meydana gelmektedir. Bu protonun nötrlenmesi, perhidroksil dengeyi perhidroksil iyonu oluşumu yönünde bozar. Bu nedenle NaOH gibi bazlar hidrojen peroksiti aktive ederler. Fakat bununla birlikte yüksek pH değerlerinde perhidroksil iyonu oluşumu çok hızlıdır ve bu olay hidrojen peroksitin su ve serbest oksijen vermek üzere parçalanmasıyla sonuçlanır.
H2O2 O H 2 O2 2 + 2
Yapılan çalışmada hidrojen peroksitin asidik ve bazik ortamda renk giderim etkilerini deneysel olarak gözlemlemek için her iki pH aralığında da tekstil atık suyu için renk giderme denemeleri gerçekleştirilmiştir.
Sodyum ditiyonit ile renk giderimi
Sodyum ditiyonitin genel formülü Na2S2O4 tür. Genel olarak hidrosülfit adı ile bilinir. Molekül ağırlığı 174,4 g/mol’dür. Beyaz kristal toz yapısında, hafif kükürt kokulu bir bileşiktir. Çalışmada kullanılan diğer bileşikler güçlü yükseltgen maddeler olmasına karşın hidrosülfit güçlü bir indirgen ajandır.
Sodyum ditiyonit diazo bağı içeren bileşiklerdeki azot bağlarını kolaylıkla indirger ve azotlar arasındaki bağı parçalar. Böylece yapının her iki tarafında primer amin grupları oluşur. Birçok boyarmadde yapısında diazo bağları içerirler. Bu nedenle hidrosülfit tekstil atık suyunda renk giderimi için uygun bir ajan olabilir.
MALZEME ve METOT
Materyal
Çalışmada akrilik ve yün liflerinin boyamasını yapan tesisin atık su havuzundan alınan boyalı su renk giderimi deneylerinde kullanılmıştır. Atık suyun ilk pH’ı 6.04’tür. Sodyum hipoklorit endüstriyel %25’lik sodyum hipoklorittir. Yine çalışmada kullanılan hidroje peroksit %20’lik endüstriyel H2O2’dir. Kalsiyum hipoklorit (Ca(ClO)2) endüstriyel tip olup %65 aktif klor içermektedir. Sodyum ditiyonit yine endüstriyel BASF üretimi %90’lık üründür.
Metot
Renk giderimi deneyleri Hach DR 5000 UV-Vıs spektrometresinin tüpleri içerisinde yapılmıştır. Atık su içeren tüpün içerisine katı kimyasallardan 1-3-5 mg/l sıvı olanlardan 1-3-5 ml/l eklenmiş ve anlık, 1 dakika, 5 dakika ve 10 dakikada ki renk ölçümleri yapılmıştır. Renk ölçümleri Hach DR 5000 UV-Vıs spektrometresinde 465 nm’de Platin-Kobalt birimine göre yapılmıştır. Hidrojen peroksit bazik ortamda daha aktif olduğundan H2O2 için deneyler pH 11’de de yapılmıştır. Diğer bileşenler için herhangi bir pH ayarlaması yapılmamış, atık suyun içerisine direk eklenmişlerdir.
SONUÇ VE ÖNERİLER
Yukarıdaki tablolar incelendiğinde hidrosülfit ile yapılan renk giderme işleminin oldukça verimli olduğu görülmektedir. Her üç konsantrasyon içinde anlık renk giderimi birbirine yakındır. Bu da sürekli akışkan sistemler için sadece 1 g/l ile renk gideriminin gerçekleşebileceği anlamına gelir. 3 ve 5 g/l konsantrasyonlar içinde 5 ve 10 dakika sonundaki renk giderimi hemen hemen aynıdır. Bu da 3 g/l’nin beklemeli sistemler için yeterli olduğu anlamına gelir.
Hidrojenperoksit ile renk giderimi tabloları incelendiği zaman fazla bir renk giderimi gerçekleşmediği gözlenmektedir. Bunun nedeni kullanılan H2O2 miktarının yetersiz gelmesidir. Tablolardan da açıkça görüldüğü gibi peroksit miktarı arttıkça atık suyun rengi daha da açılmaktadır. Literatürde fenton reaktifi ile yapılan denemelerde 50 g/l gibi yüksek miktarlarda hidrojenperoksit kullanılmaktadır. Ama bu miktarda kimyasal kullanımı maliyet açısından çok kullanışlı olmaz. Beklendiği gibi bazik ortamda gerçekleştirilen renk giderim denemeleri asidik ortamdakine göre daha verimlidir. Bunun nedeni NaOH’in hidrojenperoksiti aktive etmesidir.
Kalsiyum hipoklorit ile yapılan renk giderim denemelerinde anlık renk giderme miktarları çok yüksek değildir. Fakat süre uzadıkça renk giderim miktarı artmaktadır. Aynı zamanda artan konsantrasyonla birlikte de renk gideriminin arttığı görülmektedir. Bu nedenle daha yüksek konsantrasyonlarda denenebilir. Beklemeli sistemler için kalsiyum hipoklorit uygun bir renk giderim ajanı olabilir.
Sodyum hipoklorit ile yapılan renk giderim tabloları incelendiğinde 1 ml/l hipoklorit kullanımın yetersiz olduğu söylenebilir. Buna rağmen bu konsantrasyonda bile renk giderimi hidrojen peroksitten oldukça yüksektir. 3 ve 5 ml/l hipoklorit kullanıldığında elde edilen sonuçlar birbirine yakındır. Bu nedenle bu aralıktaki konsantrasyonlarda hipoklorit kullanımı renk giderimi için yeterlidir.
Tüm bu ajanlar birbirleri ile kıyaslandığında genelde renk giderimi için kullanılan yükseltgen ajanların aksine, indirgen bir kimyasal olan sodyum ditiyonit en iyi sonucu vermektedir. Hem anlık renk giderimi hem de 1, 5 ve 10 dakika sonundaki renk giderim miktarları diğer yükseltgen kimyasallardan daha yüksektir. Hidrosülfitten sonra en verimli renk giderme ajanı sodyum hipoklorittir. 3 ve 5 ml/l konsantrasyonlarda anlık renk giderimi yüksek olmasa da 10 dakika sonunda yüksek renk giderme kapasitesine sahiptir.
teknolojikarastirmalar.com
