Bigadiç klinoptiloliti ile sulardan amonyum giderimi ve kalsiyumun etkisi

Abstract

BİGADİÇ KLİNOPTİLOLİTİ İLE SULARDAN AMONYUM GİDERİMİ VE KALSİYUMUN ETKİSİ ÖZET Bu çalışma, düşük amonyum konsantrasyonlu sulardan Balıkesir - Bigadiç klinoptiloliti kullanılarak iyon değişimi yöntemiyle amonyum giderimi ve yarışan bir iyon olan kalsiyum iyonunun etkisinin ortaya konması amacıyla gerçekleştirilmiştir. Klinoptilolitin amonyum iyonu seçiciliği Ca2+ iyonundan daha fazla olduğu halde, düşük amonyum konsantrasyonlu sert sularda Ca + iyonlarının amonyum ile yarışan iyon (competing ion) olması durumunda amonyum giderimini etkisinin ne boyutta olduğu tespit etmeyi amaçlamıştır. Ayrıca, literatürde kısıtlı sayıda olan klinoptilolitle düşük amonyum konsantrasyonlu sulardan amonyum giderimi konusundaki başarı seviyesi belirlenmiştir. Bu kapsamda kesikli ve sürekli sistemlerde çeşitli şartlarda deneyler yapılmıştır. Kesikli sistemlerde kapasite belirlemeleri ve yarışan iyon etkisinin ortaya konması amacıyla, izoterm deneyleri dört farklı sertlikteki (yumuşak, orta sert, sert ve çok sert) sularda gerçekleştirilmiştir. 20 °C 'de yapılan izoterm deneyleri ile denge sıvı faz konsantrasyonlarında yüzeyde tutunan amonyum miktarları, diğer bir ifade ile klinoptilolitin amonyum tutma kapasitesi belirlenmiştir. Ayrıca dane boyutununun amonyum tutma kapasitesine etkisinin belirlenmesi amacıyla farklı dane boyutunda (0.5-1.0 ve 1.0-2.0 mm) izoterm deneyleri gerçekleştirilmiştir. Sürekli sistem deneyleri 2,6 cm iç çapında pleksiglas kolonlar kullanılarak orta sert suda farklı temas süresi, debi ve yatak yüksekliğinde yürütülmüştür. Temas süresi olarak 3.5, 5, 7 ve 10 dakika temas süreleri kullanılmıştır. Sürekli sistem deneyleri yukarı akışlı olarak gerçekleştirilmiş ve belirli zaman aralıklarında rutin olarak kolon çıkışından otomatik numune alıcı ile numuneler alınarak amonyum ve kalsiyum Ölçümleri yapılmıştır. Zamana karşı çıkış konsantrasyonları kullanılarak kırılma noktası eğrileri oluşturulmuştur. Gerçekleştirilen kesikli deneyler sonucunda, düşük amonyum konsantrasyonlu sulardan amonyum giderimi başarı ile gerçekleştirilmiş ancak, klinoptilolitin amonyağı tutma kapasitesi adsorpsiyon ve iyon değişimi teorisine uygun olarak atıksuya kıyasla düşük değerler göstermiştir. Suların sertliğinin artmasıyla yarışan iyon olan kalsiyumun klinoptilolitin amonyum tutma kapasitesine önemli miktarda etkisi olduğu görülmüştür. Düşük amonyum konsantrasyonlu orta sert suda, kapasitenin yarısının kalsiyum tarafından tutulduğu belirlenmiştir. Kalsiyum iyonlarınca kullanılan kapasite miktarı, suyun sertliğinin artmasıyla daha yüksek değerler göstermiştir. Farklı dane boyut aralığında gerçekleştirilen deneylerde yumuşak su için küçük dane boyutunda iki kat daha fazla amonyum tutma kapasitesi elde edilmiştir. Sürekli sistem deneyleri ile gerçekleştirilen kırılma noktası analizleri sonucunda temas süresinin artmasıyla hem amonyum, hem de kalsiyum için işletim süreleri beklenildiği gibi artış göstermiştir.Sonuç olarak Bigadiç klinoptilolitinin düşük amonyum konsantrasyonlu sulardan amonyum giderim başarısının yüksek olduğu görülmüş ve ve kalsiyum ve sertlik giderimi konusunda önemli veriler elde edilmiştir. xı

REMOVAL OF AMMONIUM THROUGH THE USE OF BIGADIC CLINOPTILOLITE FROM WATER AND THE IMPACT OF CALCIUM IONS SUMMARY The objective of this study was to investigate ammonium removal from waters with low ammonium content through ion exchange by using Balikesir-Bigadic clinoptilolite and to investigate the effect of calcium, the most abundant competing ion, in terms of ammonium removal. Furthermore, this work was also intended to quantify the effect of calcium ions, which are present in abundance in such types of water, on the characteristics of ammonium removal. Within this content, several experiments were conducted either in the batch mode or in the flow mode. Four different types of water, namely, soft, moderately hard, hard, very hard, were used for isotherm experiments in order to investigate the capacity, and to observe the effect of competing ions. The experiments done at 20°C showed the ammonium removal capacity of clinoptilolite under equilibrium conditions. Hence, several isotherms with two different particle size ranges of the clinoptilolite were generated in order to investigate the effect of particle size on ammonium removal. Flow studies, which were run with various contact times, i.e., flowrates, bed volumes, and bed heights, were conducted in columns with a diameter of 2.6 cm. The contact times chosen for the flow studies were 3.5, 5, 7 and 10 minutes. Ammonium and calcium concentrations were measured in samples taken by the help of an auto- sampler, which was directly connected to the effluent of the to the column. The outlet concentrations were measured with time and breakthrough curves were generated. The experiments in the batch mode showed that ammonium could be removed successfully from waters with low ammonium content, however, the ammonium removal capacity of clinoptilolite was rather small as compared to wastewater as would be expected through the adsorption and ion exchange theory. It was observed that calcium, the major competing ion, had a significant effect on the ammonium removal capacity of clinoptilolite. It was also observed that the higher the concentration of calcium, the lower the removal of ammonium from water under these conditions. Experiments done with various particle size ranges showed that ammonium uptake capacity of the smaller particle sized clinoptilolite was about two times higher with soft water. The breakthrough analysis done in the flow mode showed that contact time directly influenced the removal of both ammonium and calcium and the increase in the contact resulted in longer operational cycles of the system. xnFinally, it was concluded that Balikesir- Bigadiç clinoptilolite has a significant potential for ammonium removal from waters with low ammonium content, and that the effect of calcium ions on the removal of ammonium ions under conditions investigated was obviously significant, while the presence of ammonium was not significantly effective for the removal of calcium ions. In addition, this study has given indications that calcium and hardness removal via ion exchange with clinoptilolite would be a worthwhile piece of resarch. xni