Katı atık depolama sahası sızıntı sularındaki mikrokirleticilerin ileri oksidasyon yöntemleri ile arıtımı

Abstract

Bu tez çalışmasında, Konya Aslım katı atık depolama sahası sızıntı suyunda poli aromatik hidrokarbon, pestisit, fitalat ve yüzey aktif madde gruplarından seçilen 16 adet mikrokirleticinin tespiti ve ileri oksidasyon proseslerinden Fenton oksidasyonu (FO), ozon oksidasyonu (OO), süperkritik su oksidasyonu (SKSO) ve kimyasal çöktürme, Fenton oksidasyonu ve ozon oksidasyonunu içeren birleşik arıtım prosesleri ile giderimleri incelenmiştir. Ayrıca, arıtma sonrası oluşan oksidasyon ürünleri kalitatif olarak belirlenmiştir. Numuneler EPA 3510C yöntemine göre ekstrakte edildikten sonra gas kromotografi-kütle spektometresi (GC-MS) ile analiz edilmiştir. Ham sızıntı suyunda yüksek miktarda fitalat ve fenol türü mikrokirleticilere rastlanmıştır. Di(2-etilhekzil)fitalat (DEHP) ve di-n-oktil fitalat (DNOP) sırasıyla 12,5- 242 µg/L ve 0-180 µg/L aralığında bulunurken oktil fenol (OF) ve nonil fenol (NF) sırasıyla 6,09-38,2 µg/L ve 2,66-5,48 µg/L aralığında tespit edilmiştir. PAH (naftalin hariç) ve pestisit konsantrasyonları ise 1,5 µg/L yi aşmamıştır.Elde edilen sonuçlara göre, kullanılan tüm proseslerin fitalat, pestisit ve yüzey aktif maddelerin gideriminde etkili olduğu belirlenmiştir. İncelenen fitalat grubu kirleticilerinden DEHP ve DNOP; Fenton ve SKSO prosesleriyle %90'nın üzerinde giderilirken ozon oksidasyonu ile %70 giderilmiştir. Ancak, butil benzil fitalat (BBP) alınan bazı sızıntı suyu numunelerinde tespit edilememiş olup, diğer iki fitalata kıyasla giderim verimleri oldukça düşüktür (Fenton için %60, SKSO için %35). PAH grubu mikrokirleticilerden sadece naftalin Fenton prosesiyle %100 oranında giderilmiş olup üç ve daha fazla benzen halkasına sahip PAH türleri için Fenton oksidasyonunun etkili olmadığı belirlenmiştir. Ozonlama ise iki ve üç halkalı PAH'lar için oldukça etkili olup naftalin (NAF) ve antrasen (ANT) %100, fluoranten (FL) ise %90 oranında giderilmiştir. SKSO sistemi tek başına sızıntı suyunun KOİ değerini %98 oranında gidermiş olmasına rağmen, sızıntı suyunun yüksek kirliliğe sahip içeriği nedeniyle; kontrolsüz şartlarda PAH gideriminden ziyade PAH'ların oluşum mekanizmalarının gerçekleşebileceği tespit edilmiştir. Süper kritik şartlar ve organik maddenin teorik olarak tam oksidasyonu için gerekli oksijen eşdeğerinin (DOD) arıtmada önemli bir parametre olduğu ve bu koşullarda naftalinin %97, antrasenin %95 ve fluorantenin ise %87 oranında giderildiği tespit edilmiştir. Pestisit türleri için tüm ileri oksidasyon prosesleri etkili olup giderim verimleri %100'e kadar çıkmıştır. FO, OO ve SKSO prosesleri ile yüzey aktif maddelerden nonil fenol sırasıyla %99, %95 ve %98 oranında giderilirken, oktil fenol ise %96, %80 ve %98 oranında giderilmiştir. Üç ve daha fazla benzen halkasına sahip PAH türlerinin birleşik arıtım ile giderim verimleri artarak %83 ile %100 seviyelerine ulaşmıştır. Ozon oksidasyona kıyasla, Fenton prosesinde daha yüksek molekül ağırlığa sahip oksidasyon ara ürünleri oluşurken ozon oksidasyonunda daha düşük molekül ağırlığına sahip oksidasyon ara ürünleri saptanmıştır. Süper kritik su oksidayonunda ise yüksek miktarda benzaldehit bulunmasının yanında 450-500oC sıcaklıklarda ham sızıntı suyunda bulunmayan ve yüksek halka sayısına sahip krisen ve piren gibi nihai ürünler de tespit edilmiştir.Anahtar Kelimeler: Fenton oksidasyonu, fitalat ve yüzey koruyucular, mikrokirletici, pestisit, poliaromatik hidrokarbon, ozonlama, sızıntı suyu, süperkritik su oksidasyonu.

In this thesis, detecting of sixteen micropollutants selected from polyaromatic hydrocarbon, pesticide, phthalate and surfactant groups in the leachate of Konya Aslım solid waste storage area and removal of them by Fenton oxidation (FO), ozone oxidation (OO), supercritical water oxidation (SCWO) and consecutive treatment processes including chemical precipitation, Fenton oxidation and ozone oxidation were investigated. In addition, oxidation by-products formed after treatment were determined qualitatively. Samples were analyzed by gas chromatography mass spectrometry (GC-MS) after extracted according to EPA 3510C method. High amount of phthalate and phenol type micropollutants were found in raw leachate. While di(2-ethylhexyl)phthalate (DEHP) and di-n-octylphthalate (DNOP) were found in the range of 12.5- 242 µg/L and 0-180 µg/L respectively, octylphenol (OP) and nonylphenol (NP) were determined in the range of 6.09-38.2 µg/L and 2.66-5.48 µg/L respectively. The concentrations of PAH (except naphthalene) and pesticides did not exceed 1.5 L µg/L.According to the results obtained, all of the processes used in treatment were determined highly effective in the removal of phthalates, pesticides and surfactants. While investigated DEHP and DNOP belong to phthalates group were removed over 90 % by Fenton and SCWO separately, eliminated 70% by ozone oxidation. However, removal of butyl benzyl phthalate (BBP) which was not detected in some leachate samples taken, has been very low compared to the other two phthalate (for Fenton 60%, for SCWO 35%). Although naphthalene removed 100% by Fenton processes, removal of PAHs with three or more benzene rings were found as inefective in the same process. Unlike Fenton process, ozone oxidation was found very efficient for the removal of PAHs with two or three benzene rings. Removal rates of napthalene (NAP), anthracene (ANT) and floranthene (FL) by ozone oxidation were determined as 100%, 100%, 90% respectively.Although SCWO process decreased the COD values of leachate up to 98%, it has been also determined that formation mechanisms of PAHs can occur rather than removal of them under uncontrolled conditions due to high pollution content of leachate. Oxygen equivalent required for complete minerilization of organic compound (DOD) and super critical conditions are important parameters in SCWO treatment. Removal efficiencies of NAP, AN, FL were obtained as 97%, 95%, 87% respectively in the treatment conditions.All used oxidation treatment processes for the removal of investigated pesticides were observed highly effective and their removal rates were achieved up to 100%. For surfactants, while the removal efficiencies of NP were found as 99%, 95%, 98% for FO, OO and SCWO processes respectively, OP removals were determined as 96%, 80% and 98% for the same treatments. The removal efficiencies of PAHs with three or more benzene rings were increased up to 83% and 100% by combined treatment. While higher molecular weight intermediates occurred in Fenton process, ozone oxidation produces lower molecular weight intermediates. High amount of benzaldehyde was found in the samples which was treated by super critical water oxidation. However, final products such as chrysene and pyrene having four or more benzene rings also formed at 450-500oC in supercritical water oxidation process which were not detected in raw leachate. Keywords: Fenton oxidation, leachate, micropollutant, ozonation, pesticide, phthalates and surfactants, polyaromatic hydrocarbons, super critical water oxidation.