a) b)
c) d) d)
Şekil 4.22. Farklı sıcaklıklardaki UV-DEA uygulamalarının kentsel arıtma çamurlarındaki PAH’ların giderimine ve havaya geçişine etkisi
a) %0,5 DEA, 38 °C b) %5 DEA, 38 °C c) %0,5 DEA, 53 °C d) %5 DEA, 53 °C
4.2. Otomotiv Arıtma Çamurlarındaki PAH Giderim Uygulamaları
4.2.1.UV ve sıcaklığın otomotiv çamurlarındaki PAH’ların giderimine etkisi
UV ve termostat kapalı konumdayken düzenek içindeki sıcaklık 8±2 oC’dir. UV kapalı ve termostat açıkken ise sıcaklık 37±4 oC’dir. 8 oC’de 24 saat sonunda çamurdaki toplam PAH ( 10 PAH) miktarı %12, 37 oC’de ise %33 azalmıştır (Şekil 4.23). Deney sonunda çamur katı maddesinin 8 oC’de %37’ye, 37 oC’de %88’e ulaştığı belirlenmiştir.
24 saat içinde çamur suyunun buharlaşma miktarları 8 oC’de %56 ve 37 oC’de %80 olarak ölçülmüştür. Çamur suyunun buharlaşmasıyla, katıya bağlanma eğilimi olan PAH bileşiklerine UV ışınları daha kolay nüfuz etmiş ve PAH giderim oranları
90
0 1 10 100 1000 10000
Phe Ant Fl Pyr BaA Chr BbF BkF BaP InP
PAH Konsantrasyonu (ng/g KM)
PAH Türleri
Giriş PAH Kons. 8°C 37°C UV, 8°C UV, 37°C
artış sağlanırken katıya bağlanma eğilimi 3 halkalılardan daha fazla olan 4 halkalı türlerin gideriminde ortalama %97 artış sağlanmıştır (Şekil 4.23).
8 oC’de, 3 halkalı türlerde (Phe, Ant) giderim tespit edilmezken sıcaklığın 37 oC’ye yükselmesiyle 3 halkalı hafif türlerin %24’nün çamurdan giderildiği görülmüştür. 4 halkalı türlerin (Fl, Pyr, BaA ve Chr) çamurdan uzaklaşma oranı ise sıcaklık artışıyla
%26’dan %41’e yükselmiştir. 8 oC ve 37 oC çalışmalarında tek değişken sıcaklıktır.
Düzeneğin ışıktan izole olduğu gözönüne bulundurulduğunda bu iki çalışma grubu için foto-parçalanma mekanizmasının etkili olması mümkün değildir. Bu nedenle, sıcaklığın yükselmesiyle PAH’ların buharlaşma mekanizması gereğince azaldığı ifade edilebilir.
Çeşitli araştırmacılar, katı matrikslerdeki PAH’ların UV ile gideriminde sıcaklık artışının PAH giderimini kolaylaştırdığını ortaya koymuştur (Nadal ve ark. 2006, Zhang ve ark. 2010). Bu çalışmayla, yalnız sıcaklığın etkisiyle giderilebilen PAH miktarları ve türleri tespit edilerek literatüre katkı konulmuştur.
Şekil 4. 23. Sıcaklık ve UV uygulamalarında otomotiv çamurundaki PAH’ların seviyeleri
UV açık ve termostat kapalı konumdayken ortalama sıcaklık 8 oC’dir. UV ve termostat açıkken ise sıcaklık 37 oC’dir. UV-8oC’de 24 saat sonunda çamurdaki toplam PAH miktarı %48, UV-37oC’de ise %65 azalmıştır. Deney sonunda çamur katı maddesinin
91
UV-8oC’de %90’a, UV-37oC’de %92’ye ulaştığı görülmüştür. Beklenildiği üzere, katı madde oranının artışı PAH giderimini de arttırmıştır.
8 oC’deki UV uygulamalarında 24 saat sonunda çamurda kalan PAH miktarı 2280 ng/g KM iken 37 oC’de bu değer 1526±39 ng/g KM’dir. UV ışınlarının çamurdaki PAH’ların gideriminde 37 oC’de, 8 oC’ye nazaran daha etkili olduğu görülmüştür. Sıcaklık artışı kimyasal reaksiyonların hızlanmasını sağlamaktadır (Cebe 1995). Nadal ve ark. (2006), sıcaklığın 10 oC’den 20 oC’ye yükselmesiyle PAH’ların daha hızla ve kolay foto-parçalanmaya uğradığını bulgulamıştır. Parçalanma hızının, UV ve sıcaklık artışının sinerjistik etkisine bağlı olarak yükseldiği ifade edilmiştir (Nadal ve ark. 2006).
Literatürdeki diğer çalışmalarda da farklı matrikslerde (hava, toprak, çimen vb.) PAH’ların parçalanmasında sıcaklık artışının önemli bir rol oynadığı tespit edilmiştir (Zhang ve ark. 2010, Coover ve Sims 1987, Maliszewska-Kordybach 1993, Park ve ark.
2002).
Bu çalışmada, UV uygulamalarının farklı PAH türleri üzerindeki etkisi ele alındığında, özellikle Phe, Pyr ve Chr konsatrasyonlarındaki değişim incelenmeye değerdir. Bu türler dışındaki PAH’ların konsantrasyon değişiminde UV’nin etkisinin nispeten daha az olduğu tespit edilmiştir. 8 oC’de UV lambaları kapalıyken Phe, Pyr ve Chr türleri için giderim verimleri sırasıyla %0, %0 ve %20 olarak hesaplanmıştır. UV lambalarının açık konuma getirilmesiyle bu türlerin çamurdaki miktarlarında sırasıyla %70, %70 ve %71 oranlarında azalma kaydedilmiştir. 37 oC’de UV lambaları kapalıyken Phe, Pyr ve Chr konsantrasyonları sırasıyla %11, %0, %0 oranında azalırken, UV lambaları açıldığında ise her üç türde %100 giderim sağlanmıştır. Bu sonuçlar, UV ışınlarının 4 halkalı türlerin çamurdan gideriminde etkili olduğunu ortaya koymuştur. Ant, Fl ve BaA konsantrasyon değişimleri de bu bulguyu desteklemektedir. Dong ve ark. (2010), Nadal ve ark. (2006), UV uygulamasıyla Pyr’nin Phe, Fl gibi türlerden daha kolay foto-parçalanmaya uğradığını tespit etmiştir. Otomotiv çamurunda yalnız 3-4 halkalı türler bulunmaktadır. Nispeten ağır türler olan 4 halkalı bileşiklerin UV ile çamurdan daha fazla giderilmeleri literatür bilgileriyle parelellik gösterir niteliktedir (Guieysse ve ark.
2004, Zhang ve ark. 2008).
92
UV uygulamalarında sıcaklık artışı 3 halkalıların giderimini 4 halkalıların giderimini göre daha az etkilemiştir. Katı matrikslerde, PAH’ların molekül ağırlığı arttıkça UV ışınlarının nüfuzunun da arttığı bilinmektedir (Guieysse ve ark. 2004, Zhang ve ark.
2008). Buna bağlı olarak sıcaklığın UV’nin daha iyi nüfuz ettiği dört halkalı türlerin gideriminde daha etkili olduğu tespit edilmiştir. UV uygulamalarında sıcaklığın 8
oC’den 37 oC’ye yükselmesiyle Pyr ve Chr türlerinin çamurdan tamamen giderildiği tespit edilmiştir. Pyr ve Chr’nin parçalanma reaksiyonları sonunda hidroksilli, oksijenli vb. farklı ara türlere (Kubat ve ark. 2000, Wang ve ark. 2009, Oliveira ve ark. 2004) veya daha hafif PAH türlerine (Guieysse ve ark. 2004, Ireland ve ark. 1995) dönüşmüş olması mümkündür. Farklı matrikslerde Pyr hidroksifenantren’e (Liang 2006, Kim ve ark. 2005) veya oksijenli Pireno’ya (Wang ve ark. 2009), Chr 1,4, 5-6 krizen-quinone’ya (Xu ve ark. 2010) dönüştüğü tespit edilmiştir.