Alıcı ortam sedimentinde oluşabilecek boyar madde kirliliğinin gideriminin araştırılması = Investigation of the removal of dye pollution that may occur in the recipient sediment

Abstract

Yüzeysel sular insan aktiviteleri ve çevre için büyük önem taşımaktadır. Temel olarak içme suyu olarak kullanılmasının yanında tarım, hayvancılık, sanayi sektörü ve atıksu arıtımında da yüzeysel sulara ihtiyaç duyulmaktadır. Yüzeysel sular çeşitli nedenlerle kirletilmektedir. Su kirliliği, içinde toksik maddeler bulunan atıksuların kontrolsüz bir şekilde yüzeysel sulara deşarj edilmesiyle meydana gelmektedir. Bu kirlilik suda ve su çevresinde yaşayan canlıları kötü yönde etkilediği gibi çeşitli türlerin de yok olmasına yol açmaktadır. Buna ek olarak su kirliliği birçok salgın hastalığın da temel nedeni olarak görülmektedir. Bu nedenle yüzeysel suların kirletilmemesi adına önlemler alınması büyük önem arz etttiği gibi yüzeysel sular kirletildiğinde sularda hangi tepkimelerin meydana geldiği, suların bu toksik maddelere karşı nasıl bir davranış sergilediği ve suların gelen kirlilik yükünü ne kadar taşıyabileceğini de tespit etmek önemlidir. Bilinçsiz ve kontrolsüz şekilde nüfus artışı sanayi ve endüstrilere ihtiyaç oranını arttırmaktadır. Sanayi sektörünün yaygınlaşması da aynı oranda yüzeysel suların kirlilik oranını arttırmaktadır. Günümüzde çeşitli endüstriler atıksularını yönetmeliklere uygun olmayan koşullarda kontrolsüz bir şekilde yüzeysel sulara deşarj etmektedir. Tekstil, deri, kağıt, matbaa ve plastik endüstrileri günümüzde sıkça kullanılan sanayi sektörleridir. Bu sektörlerde ürünlere renk vermek amaçlı boyar maddeler kullanılmaktadır. Boyar maddeler doğal boyar madde ve sentetik boyar madde olarak iki grupta gruplandırılmaktadır. Sentetik boyar maddeler bozulmaya karşı dirençli olduklarından dolayı sanayi sektöründe daha çok tercih edilmektedir. Boyar maddeler arasında metilen mavisi en çok tercih edilen katyonik bir boyar maddedir. Boyar madde içeren atıksular yüzeysel sulara karıştığında çevre ve insan sağlığı tehlike altına girmektedir. Boyar maddeler karaciğer fonksiyon bozukluğu, beyin ve sinir fonksiyon bozukluğu ve kansorejenik etkilere neden olmaktadır. Bu nedenle bu maddelerin yüzeysel sularda nasıl bir etki oluşturduğu, yüzeysel suların dip sedimentlerinde nasıl bir davranış sergilediği, dip sedimentlerin ne kadar boyar madde yükü taşıyabileceğini araştırmak önem arz etmektedir. Bu çalışmada sediment ve boyar madde kirliliği arasındaki ilişki adsorpsiyon prosesi benimsenerek araştırılmıştır. Yüzeysel sular sanayi, endüstri ve evsel atıklarla doğrudan ya da dolaylı olarak kirletilmektedir. Bu da suların çevre ve insan faatliyeleri için kullanımını sınırlamaktadır. Yüzeysel sulara gelen kirlilik yükü sularda zamanla alt katmanlara doğru inmektedir. Kirlilik yüzeysel suların üst, orta ve alt kısımlarında birikebilmektedir. Kirlilik suların çeşitli katlanmanlarında farklı tepkimeler gösterebilmektedir. İçme suyu olarak kullanılan atıksular çeşitli arıtım sistemlerinden geçirilerek insan faaliyeti kullanımına sunulmaktadır. Endüstriler ve sanayi kuruluşları çeşitli kimyasallar kullanmaktadır. Son yıllarda özellikle tekstil, matbaa ve plastik sektöründeki üretim artmıştır. Bu endüstrilerden çeşitli toksik maddeler ve kimyasal atık sular dolaylı ya da direkt olarak çevreye ve yüzeysel sulara deşarj edilmektedir. Bu da yüzeysel sularda büyük kirlilik yüküne neden olmaktadır. Bu kirlilik yükü zamanla yüzeysel suların en alt katmanına kadar inebilmektedir. Böylelikle yüzeysel suların en alt katmanında bulunan sedimentte çeşitli kirlilik yükleri meydana gelmektedir. Sedimentin bu kirliliği yükü ne kadar taşıyabileceği, ne kadarını bünyesinde biriktirdiği ne kadarını tekrardan yüzeysel sulara geri aktardığı, hangi kimyasal tepkimelerin meydana geldiği önemli bir konudur. Bu çalışma ile gelen bu kirlilik yüküne sedimentin uyguladığı davranış adsorpsiyon prosesi benimsenerek incelenmiştir. Sapanca Gölü, Marmara Bölgesinde içme suyu ve sulama gibi ihtiyaçlar için kullanılan en önemli tatlı su kaynaklarından biridir. Göl, çevresindeki yerleşim bölgeleri, sanayi kuruluşları ve karayolundan gelen kirleticiler tarafından kirliliğe maruz bırakılmaktadır. Bu çalışmada göl sedimenti ve gelen boyar madde kirliliğin arasındaki ilişki, sedimentin gelen boyar madde yükünü ne kadar taşıdığı, sedimentin bu kirliliğe karşı ne tür davranışlar geliştireceği adorpsiyon prosesi benimsenerek araştırılmış olup, çalışma göl parametrelerine uygun şartlar altında sürdürülmüştür. Bu çalışmanın konusu kontrolsüzce çevreye salınan boyar maddelerin alıcı ortamda nasıl bir etki oluşturduğunu gözlemlemektir. Ayrıca bu çalışma ile yüzeysel suların alt katmanında bulunan sedimentin ne kadar yük taşıyabileceği, bu gelen kirliliğe karşı nasıl bir tepki gösterdiği incelenecektir. Benimsenen adsorpsiyon prosesi yardımı ile farklı parametrelerin giderim verimini ne yönde değiştiği araştırılacaktır. Bu çalışmada pH, sıcaklık, adsorban miktarı, başlangıç boyar madde konsantrasyonları, temas süresi parametrelerinin adsorpsiyon sürecine etkisi araştırılmıştır. Bu çalışmada amaç sedimentin gelen kirlilik yükünün ne kadarını taşıyabileceğini hesaplamak, göl parametrelerine uygun şartlarda çalışarak suyun ve sedimentin gösterdiği tepkiyi gözlemlemek, sedimentin gelen kirliliğe karşı gösterdiği davranışı incelemektir. Yapılan adsorpsiyon deneyi çalışmaları sonucunda pH 7, 25 ˚C, 0,5 gram adsorban miktarı ve 100 mg/L boyar madde konsantrasyonu ile optimum adsorpsiyon verimi sağlanmıştır. Bu da sedimentin bu şartlarda boyar maddeyi tuttuğu ve yüzeysel sulardan boyar maddeyi indirgediği sonucunu göstermiştir. Deneysel çalışmalar sonucunda yapılan hesaplamalar ile adsorpsiyon denge verilerinin Langmuir modeline daha uygun olduğu belirlenmiştir Adsorpsiyon kinetik analizlerine göre yalancı birinci dereceye uygun olduğu görülmüştür. Negatif ∆G° değerleri adsorpsiyon işleminin kendiliğinden oluştuğunu ve hesaplanan ∆H° değerinin pozitif olması prosesin endotermik olduğunu göstermektedir. Tüm bu sonuçlar ışığında, gelen kirlilik yükünün optiumum şartlarda sediment tarafından tutulduğu sonucuna varılmıştır.

Surface waters are of great importance for human activities and the environment. In addition to being basically used as drinking water, surface water is also needed in agriculture, animal husbandry, industry sector and wastewater treatment. Surface waters are polluted for various reasons. Water pollution occurs when wastewater containing toxic substances is discharged into surface waters in an uncontrolled manner. This pollution not only affects the creatures living in the water and around the water, but also causes the extinction of various species. In addition, water pollution is seen as the main cause of many epidemics. For this reason, it is of great importance to take measures in order not to pollute the surface waters, and it is also important to determine what reactions occur in the waters when the surface waters are polluted, how the water behaves against these toxic substances, and how much the water can carry the incoming pollution load. Unconscious and uncontrolled population growth increases the need for industry and industries. The expansion of the industrial sector also increases the pollution rate of surface waters at the same rate. Today, various industries discharge their wastewater into surface waters in an uncontrolled manner under conditions that do not comply with regulations. Textile, leather, paper, printing and plastic industries are industrial sectors that are frequently used today. In these sectors, dyestuffs are used to color the products. Dyes are grouped into two groups as natural dyestuffs and synthetic dyestuffs. Since synthetic dyestuffs are resistant to deterioration, they are more preferred in the industrial sector. Among the dyestuffs, methylene blue is the most preferred cationic dyestuff. When wastewater containing dyestuffs mixes with surface waters, the environment and human health are endangered. Dyes cause liver dysfunction, brain and nerve dysfunction and carcinogenic effects. For this reason, it is important to investigate how these substances affect the surface waters, how the surface waters behave in the bottom sediments, and how much dyestuff load the bottom sediments can carry. In this study, the relationship between sediment and dyestuff pollution was investigated by adopting the adsorption project. Sapanca Lake is one of the most important fresh water resources used for drinking water and irrigation needs in the Marmara Region. The lake is exposed to pollution by the surrounding residential areas, industrial establishments and pollutants from the highway. In this study, the relationship between lake sediment and incoming dyestuff pollution, how much the sediment carries the incoming dyestuff load, and what kind of behavior the sediment will develop against this pollution were investigated by adopting the adsorption process, and the study was carried out under conditions suitable for the lake parameters. The subject of this study is to observe the effect of uncontrolled release of dyestuffs in the receiving environment. In addition, this study will examine how much load the sediment in the bottom layer of surface waters can carry and how it reacts to this incoming pollution. With the help of the adopted adaptation process, it will be investigated how the removal efficiency changes with different parameters. In this study, the effects of pH, temperature, adsorbent amount, initial dyestuff concentrations, contact time parameters on the adsorption process were investigated. The aim of this study is to calculate how much of the incoming pollution load can be carried by the sediment, to observe the reaction of the water and the sediment by working under suitable conditions for the lake parameters, to examine the behavior of the sediment against the incoming pollution. As a result of the adsorption experiment studies, optimum adsorption efficiency was achieved with pH 7, 25 ˚C, 0.5 gram adsorbent amount and 100 mg/l dyestuff concentration. This showed that the sediment retained the dyestuff under these conditions and reduced the dyestuff from the surface waters. As a result of the experimental studies, it was determined that the adsorption equilibrium data were more suitable for the Langmuir model with the calculations made. Negative ∆G° values indicate that the adsorption process occurs spontaneously and the calculated ∆H° value is positive, indicating that the process is endothermic. In the light of all these results, it has been concluded that the incoming pollution load is held by the sediment under optimum conditions. Surface waters are polluted directly or indirectly by industrial, industrial and domestic wastes. This limits the use of water for environmental and human activities. The pollution load coming to the surface waters decreases towards the lower layers in the waters over time. Pollution can accumulate in the upper, middle and lower parts of the surface waters. Pollution can show different reactions in various layers of water. Wastewater used as drinking water is passed through various treatment systems and offered to human activities. Industries and industrial establishments use a variety of chemicals. In recent years, production has increased especially in the textile, printing and plastics sectors. Various toxic substances and chemical waste waters from these industries are indirectly or directly discharged into the environment and surface waters. This causes a large pollution load in surface waters. This pollution load can go down to the lowest layer of surface waters over time. Thus, various pollution loads occur in the sediment in the lowest layer of surface waters. It is an important issue how much the sediment can carry this pollution load, how much it accumulates in its body, how much it transfers back to the surface waters, and what chemical reactions take place. In this study, the behavior of the sediment to this pollution load was investigated by adopting the adsorption process. With this study, it will be examined how much the sediment in the bottom layer of surface waters can carry and how it reacts to this incoming pollution. With the help of the adopted adsorption process, it will be investigated how the removal efficiency changes with different parameters. The aim is to observe the reaction of water and sediment by working under conditions suitable for lake parameters and to examine the behavior of sediment against incoming pollution. With the help of the adopted adsorption process, it is to examine how the removal efficiency changes with different parameters. In this study, the effects of pH, temperature, adsorbent amount, initial dyestuff concentrations, contact time parameters on the adsorption process will be investigated.