Humic substances and nom removal from aqueous solutions and lake waters (Terkos-Turkey and Saimaa-Finland) by electrocoagulation

Abstract

Bu çalışmanın temel amacı, gelecek vaadeden bir proses olan elektrokoagulasyon (EC) ile yüzeysel sudan doğal organik maddenin gideriminin değerlendirilmesidir. Bu araştırmada, sentetik olarak hazırlanan hümik madde çözeltileri ve doğal yüzeysel su örnekleri kullanıldı. EC proses parametreleri olan pH, akım yoğunluğu, işletme süresi optimize edildi. Bu çalışmada alüminyum, demir ve hibrid elektrodlar kullanıldı. EC prosesinin giderim verimi, çözünmüş organik karbon (DOC), UV254 ve renk (VIS436) giderimi açısından belirlendi. Ticari hümik asit için, en yüksek DOC giderim verimi Al elektrotlar ile başlangıç pH'ı (pHi) 4 ve akım yoğunluğu 1.2 mA/cm2 şartlarında %87.5 olarak elde edildi. Toprak hümik madde %90 DOC giderim verimi ile arıtıldı. Terkos göl suyu için, DOC azalımı, Fe ve hibrid elektrotlar ile akım yoğunluğu 6 mA/cm2 ve 3 mA/cm2'de ile sırasıyla % 60.5 ve 52.4% oldu. Saimma göl suyu, hibrid elektrod ile ham suyun orjinal pH değerinde ve 3 mA/cm2'de DOC %66 arıtıldı. Maksimum DOC giderim verimi 3 mA/cm2 akım yoğunluğunda Al elektrod ile pHi 4'de %71.1 oldu.Zeta potansiyeli, partikül boyut ölçümü ve Yüksek Performans Boyut Eleme Kromatoğrafisi (HPSEC) analizleri yapıldı. Bütün örneklerde, zeta potansiyeli izoelektrik noktaya ulaştığında DOC ve UV254 gideriminin arttığı tespit edildi. Asidik şartlarda baskın giderim mekanizması yük nötralizasyonu ve çift tabaka sıkışmasıdır. Alkali şartlarda, oluşan metal floklarının adsopsiyon kapasitesi çok yeterli değildir. Flok boyutu değişimi solüsyon kimyasına ve spesifik flokülasyon şartlarına bağlıdır. HPSEC sonuçları, EC prosesinin organik maddenin hidrofobik fraksiyonunu başarı ile giderdiğini göstermektedir. Dezenfeksiyon yan ürünlerinin oluşumu EC prosesi ile hydrofobik türün gideriminden dolayı azalabilir.Doğal organik maddenin, karakter ve giderim mekanizmasının aydınlatılması için daha fazla araştırmaya ihtiyaç vardır. Bu çalışmadaki sonuçlar, ileride yapılacak olan çalışmalara ışık tutacağı için önemlidir.

The main aim of this study was to evaluate the removal of natural organic matter (NOM) from surface water by electrocoagulation (EC) process which is a promising technology. Synthetically prepared humic substance solutions and natural surface water samples were used in this investigation. EC process parameters as the pH, current density, and operating time were optimized. Aluminum, iron and hybrid electrodes were used in this study. Removal efficiency of EC process was determined with respect to DOC, UV254 and color removal. The best removal efficiency of DOC was obtained with 87.5% by Al electrode at initial pH (pHi) 4, at current density of 1.2 mA/cm2, for commercial humic acid. Soil humic acid was treated 90% DOC removal efficiency with Al electrode. The DOC reduction was 60.5% and 52.4%, Fe and hybrid, at current density of 6 mA/cm2 and 3 mA/cm2, respectively, for Lake Terkos Water. The Lake Saimaa Water was treated 66% DOC by hybrid electrode at original pH of raw water at current density of 3 mA/cm2. The maximum DOC removal efficiency was 71.1% at pHi 4 by Al electrodes, at current density 3 mA/cm2 for Lake Saimaa Water. Zeta potential, particle size measurements and high performance size exclusive chromatography (HPSEC) analysis were done. When the zeta potential reached isoelectric point, the removal of DOC and UV254 was increased for all samples. The dominat removal mechanism is charge neutralization and double layer compression at acidic conditions. The adsorption capacity of formed metal flocs is not so enough at alkaline conditions. The floc size evolution depends on solution chemistry and specific flocculation conditions. The HPSEC' results show EC process successfully removes the hydrophobic fraction of organic matter. The formation of disinfection by-products can decrease due to removal of hydrophobic moiety by EC process.Still, more work is required to elucidating the character and removal mechanism of NOM. The results are important due to highlight for further studies.