İçme sularından demir ve mangan gideriminde farklı membranların kullanılması ve membranların kirlenme karakterizasyonları

Abstract

Bu çalışmada demir (Fe+2) ve manganın (Mn+2) oksidasyon ve batık membran sistemleri ile giderimi, membranların kirlenme karakterizasyonları analiz edilmiştir. Çalışmanın oksidasyon kısmında, demir ve manganın atmosferik oksijen ile oksidasyonuna Fe(OH)3 (demir hidroksit) ve MnO2 (mangan dioksit)' nin katalitik etkisi araştırılmıştır. Çalışmanın membranlar ile yürütülen kısmında, demir (Fe+2) ve mangan (Mn+2) batık membran sistemleri ile arıtılmıştır. Plaka tipi PES (polietersülfon) membran ve hollow fiber PP (polipropilen) membran olmak üzere iki tip UF (ultrafiltrasyon)membran kullanılmıştır. pH Fe+2 deneyleri için 6,5-7, Mn+2 deneyleri için 9-9,5 ve Fe+2-Mn+2 deneylerinde 8,5 değerlerinde tutulmuştur. Membranların çıkış sularından toplanan akılar tartılıp belirli aralıklarla kayıt altına alınarak, membran akılarındaki değişimler ortaya konmuştur. Çıkış suyundan alınan numunlerde demir ve mangan analizleri yapılıp, giderim verimleri hesaplanmıştır. Membranların temiz ve kirli hallerinin FT/IR analizleri ve SEM taramaları yapılmıştır. Başlangıç akıları (J0), denge akıları (Jdenge), toplam dirençler (Rt), kek dirençleri (Rc), membran dirençleri (Rm), por dirençleri (Rp) hesaplanmıştır. Sonuç olarak, oksidasyon deneylerinde Fe(OH)3 ve MnO2 yumaklarının demir (Fe+2) ve mangan (Mn+2)' nin atmosferik oksijen ile oksidasyonuna katalitik etki yaparak reaksiyonları hızlandırdığı gözlemlenmiştir. Ayrıca Fe(OH)3 yumaklarının katalitik etkisinin MnO2 yumaklarına göre daha yüksek olduğu ortaya çıkmıştır. Batık membran sistemleri ile Fe+2 ve Mn+2 gideriminde istenen giderim verimlerinin elde edildiği, akıdaki azalmanın hollow fiber PP membranda, plaka tipi PES membrana göre daha fazla olduğu görülmüştür. Kirlenen membranlarda yapılan analizler, kirlenmede MnO2 yumaklarının Fe(OH)3 yumaklarına göre daha etkili olduğunu, Fe(OH)3 yumaklarının ağırlıklı olarak membran yüzeyinde birikerek, porlarda tıkanmanın önüne geçtiğini ve ikinci bir membran görevi gördüğünü ortaya koymuştur.

In this study, removal of iron (Fe2+) and manganese (Mn2+) by oxidation and submerged membrane systems and characterization of membrane fouling has been analyzed. In the oxidation step, catalytic effect of Fe(OH)3 and MnO2 pellets on oxidation of iron and manganese with atmospheric oxygen were investigated. In the experiments that has been carried out with membranes, Fe2+ and Mn2+ were treated by submerged membrane systems. Two types of UF (ultrafiltration) membranes were used (PES (polyethersulfon) membrane and the other is hollow fiber PP (polypropylen)). The effluents were weighed and recorded to observe change in flow. FT/IR analyzes and SEM scanning for membranes were performed. Initial flow (J0), balance flow (Jbalance), total resistances (Rt), cake resistances (Rc), membrane resistances (Rm), and pore resistances (Rp) were calculated. As a result, pellets of Fe(OH)3 and MnO2 have catalytic effect on oxidation of iron (Fe2+) and manganese (Mn2+) with atmopheric oxygen. Also these experiments have revealed that catalytic effect of Fe(OH)3 pellets was stronger that MnO2 ones. In submerged membrane experiments looking at results, we can conclude that removal of iron (Fe2+) and manganese (Mn2+) were successful, flux decline in hollow fiber PP membrane was higher than the plate type PES membrane. Analyzes of membranes have shown that MnO2 pellets played more active role in fouling comparing to Fe(OH)3 pellets, and the Fe(OH)3 pellets more likely to be adsorbed on membrane surface rather than the pores, so they prevent fouling of pores and acts as a second membrane filter by forming a cake layer.