Atık sularda ağır metal kirliliğinin doğal zeolit (klinoptilolit) ile gideriminin araştırılması

Abstract

ÖZET Doktora Tezi ATIKSULARDA AĞIR METAL KİRLİLİĞİNİN DOĞAL ZEOLİT (KLİNOPTİLOLİT) İLE GİDERİMİNİN ARAŞTIRILMASI Nevzat BEYAZIT Cumhuriyet Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Çevre Mühendisliği Anabilim Dalı Danışman: Prof. Dr. İbrahim PEKER Doğal zeolit mineralleri, sulu çözeltilerde eser miktarlarda bulunan çeşitli katyonları iyon değişimi ve adsorplama yöntemiyle giderebilme kapasitesine sahiptirler. Bu çalışmada, Amasya-Doğantepe Yöresi'nden derlenen klinoptilolit tüf örnekleri kullanılarak sulu çözeltilerden Pb+2, Cu+2 ve Zn+2 iyonlarının giderimi amaçlanmıştır. Yapılan deneylerde, tane boyutu, klinoptilolit/çözelti oranı, karıştırma süresi metal derişimi ve girişim yapabilen iyonlar gibi parametrelerin metal giderimi üzerine etkileri araştırılmış ve giderim verimleri belirlenmiştir. Deneysel sonuçları en yüksek metal giderimlerinin yalnızca 5-100 mg/1 arasındaki metal derişimlerinde elde edildiğini ve Pb+2, Zn+2, Cu+2 çözeltilerinin pH değerlerinin deneyler esnasında arttığım göstermiştir. 5-100 mg/1 arasındaki derişimlerde, metal iyonlarının giderim verimleri yaklaşık olarak % 90-100 arasında değişmiştir. Oda sıcaklığında gerçekleştirilen deneylerden elde edilen denge verileri Langmuir ve Freundlich adsorpsiyon eşitliklerine göre incelenmiş ve Langmuir adsorpsiyon izotermine daha iyi uyduğu tesbit edilmiştir. Langmuir denklemlerine göre, klinoptilolitin sırasıyla 34.48 mg/g Pb, 19.49 mg/g Zn+2 ve 4.26 mg/g Cu+2 iyonlarını değiştirebildiği ve adsorplayabildiği belirlenmiştir. Bu verilere göre klinoptilolitin seçicilik sırası Pb+2>Zn+2>Cu+2 şeklinde bulunmuştur. Klinoptilolitin 2 M NaCl ile şartlandırılmasının iyon değişim kapasitesi üzerine olan etkileri araştırılmıştır.II Şartlandırılmış Na-klinoptilolit kullanımında metal giderim verimlerinin Pb, Zn+2 ve Cu+2 için sırasıyla % 86, 58 ve 51'den % 96, 88 ve 90'a arttığı belirlenmiştir. Klinoptilolitin asidik çözeltilerdeki yapısal kararlılığını belirlemek için X Işını Kırınımı analizleri yapılmıştır. Elde edilen kırınım diyagramları 2.52-2.99 arasında değişen pH değerlerinde klinoptilolitin yapısal olarak kararlı olduğunu göstermiştir. Diğer bir deyişle kullanılan klinoptilolitte önemli yapısal bozulma olmamıştır. Araştırmanın diğer bölümünde Kayseri'deki çinko üretim tesisi (ÇİNKUR) (35.02 Zn+2) ve Samsun' da bakır üretim tesisinden (K.B.İ.) (6.44 mg/1 Cu+2) elde edilen atıksulardan Zn+2 ve Cu+2 iyonlarının klinoptilolit kullanılarak kesikli ve sürekli sistemde giderilebilirliği araştırılmıştır. Elde edilen sonuçlar atıksulardaki kalsiyum, potasyum va magnezyum iyonlarının ağır metal iyonlarının giderim verimini azalttığını ve aynı hacim ve derişimde bir atıksuyun arıtılması için gereken klinoptilolit miktarını arttırdığını göstermiştir. Sentetik çözeltiler için de kullanılan benzer deneysel şartlarda, endüstriyel atıksular ile yapılan deneyler Zn+2 ve Cu+2 giderim verimlerinin sırasıyla, yaklaşık olarak % 23 ve 45 kadar azaldığını göstermiştir. Tüm deneysel sonuçların değerlendirilmesiyle, Doğantepe Yöresine ait klinoptilolitlerin atıksulardan Pb+2, Cu+2 ve Zn+2 iyonlarını verimli olarak giderebileceği sonucuna varılmıştır. Anahtar Kelimeler: Zeolit, klinoptilolit, iyon değişimi, ağır metaller, giderim

Ill ABSTRACT Ph. D. Thesis INVESTIGATION OF REMOVAL OF HEAVY METAL POLLUTION IN WASTEWATERS WITH NATURAL ZEOLITE (CLINOPTILOLITE) Nevzat BEYAZIT Cumhuriyet University Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Environmental Engineering Supervisor: Prof. Dr. Ibrahim PEKER Natural zeolites minerals are capable of removing trace quantities of cations from aqueous solutions by utilizing the method of ion exchange. In this study, the removal of Pb+2, Cu+2 and Zn+2 ions from aqueous solutions using clinoptilolites tuff samples which are collected from Doğantepe Region in Amasya has been aimed. In experiments performed, effects of parameters such as particle size, ratio of clinoptilolite/solution, stirring time, metal concentration and presence of competing ions on metal removal were examined and removal efficiencies were determined. Experimental results showed that the highest metal removal efficiencies was obtained only at metal concentrations between of 5-100 mg/1 and pH values of Pb+2, Zn+2 and Cu+2 solutions increased during all experiments. At concentrations between 5-100 mg/1, the removal efficiencies of metal ions ranged approximately between 90-100 %. The equilibrium data obtained from experiments performed at room temperature were correlated both by Langmuir and Freundlich equations, giving better correlation for Langmuir equations. As a results of the Langmuir equations, it has been determined that the clinoptilolite can exchange and adsorption 34.48 mg/g Pb+2, 19.49 mg/g Zn+2 and 4.26 mg/g Cu+2 ions, respectively. Based on these values calculated, the selectivity sequence for clinoptilolite was to be as fallows: Pb+2>Zn+2>Cu+2. The effect of conditioning with 2 M NaCl solution of clinoptilolite on the ion-exchange capacity was examined. Using Na-clinoptilolite conditioned, It was determined that the metal removal efficiencies for Pb+2, Zn+2 and Cu+2 increased from 86, 58 and 51 % to 96, 88IV and 90 %, respectively. In order to determinate of structural stability of clinoptilolite in acidic solutions, X-Ray Diffraction analysis were performed. The graphs obtained showed that the clinoptilolite was found to be stable within the pH values ranging from 2.52 to 2.99. In other word, It was determined that no significant structural damage was found to occur in clinoptilolite used. In other sections of this research, the removability of Zn+2 and Cu+2 ions from wastewater obtained the from zinc production industry (ÇINKUR) in Kayseri (containing 35.02 mg/1 Zn+2) and copper production industry (K.B.İ.) in Samsun (containing 6.44 mg/1 Cu+2) were investigated using clinoptilolite in batch and continuously system. The results obtained showed that the calcium, potassium and magnesium contents of wastewater interfered with the removal of heavy metal ions and greatly increased the amount of clinoptilolite needed to treat a given volume or concentration of wastewater. The experiments performed with industrial wastewaters under the experimental conditions, which are similar to those of the synthetic solutions, showed that the removal efficiencies for Zn+2 and Cu+2 decreased approximately 23 and 45 %, respectively. Evaluating of all experimental results, it can be concluded that the clinoptilolite tuffs from Doğantepe Region can effectively remove the Pb+2, Cu+2 and Zn+2 ions from wastewater. Key Words: Zeolite, clinoptilolite, ion exchange, heavy metals, removal