Aktifkarbon Adsorpsiyonu, Aktifkarbon Kolon Testi Deney Raporu

Aktif Karbon
Aktif Karbon

Aktif Karbonun Özellikleri :

Aktif Karbon, kil ve benzeri maddeler koku Tat veren maddeler tutulmak suretiyle giderilir. Aktif Karbon, Tat ve koku kontrolü için iyi bilinen ve çok eski bir tatbikatı olan tasfiye usulüdür. Önceden suların filtre edilmesinde mangal kömürü kullanılmıştır. Ancak bu kömür, aktif karbon değildir, adsorblama (tutma)kabiliyeti çok düşüktür. Bu sebepten dolayı günümüzde artık kullanılmamaktadır.

Aktif karbon ilk defa 1913 yılında A.B.D’de piyasaya sürülmüş fakat bir süre kullanılmamıştır.1930 yılında ilk defa Michigan’da taneli aktif karbonla filtre yapılmıştır. Bu filtreler işletme ve verim bakımından çok iyi bulunmuş, fakat sanayi atıkları ile kirlenmiş yüzey sularının toz şeklindeki aktif karbondan daha fazla verim elde edildiğinden taneli aktif karbonla teşkil edilmiş filtreler terk edilmiştir.Aktif karbonun toz şekli, istenilen dozajın daha iyi şekilde elde edilebilmesi ve tasfiyenin daha kolaylıkla yapılabilmesi bakımından üstünlüğe sahiptir.

Aktif karbon, ister taneli ister toz halinde kullanılsın fiziki bir tutma(adsorblama) şeklinde etki eder, kimyasal bir reaksiyon yapmaz. Gazları ve inorganik maddeleri hemen adsorbe eden karbon, koku ve tat kontrolünde  kullanılması esnasında organik maddeleri de tutar. Bundan dolayı karbon, oksidasyonla zararsız hale gelen, suya koku veren gazolin, kerosen gibi organik bileşiklerin uzaklaştırılmasında faydalıdır.

Su tasfiyesinde kullanılan karbonun yüzey alanı 500 ile 1500 m2/g arasında değişir.Suyu kirleten maddeler yüzey alanında tutulacağından, yüzey alanı giderme verimine tesir eder.Yüzey alanı yanında verime tesir eden bir diğer parametrede gözenek büyüklüğüdür. Gözenekler silindirik veya konik şekilde olabilir.Şekil 1.1 de aktif karbonun gözenek yapısı gösterilmiş. Gözeneklerin çap veya büyüklükleri, giderilecek kirleticilerin tanecik çaplarına uygun olmalıdır.

Yüzey alanı ve gözenek büyüklüğünden başka, tutulacak maddelerin cinsi, su sıcaklığı ve ph gibi bir çok parametre giderme verimine tesir etmektedir. Suyun sıcaklığı ne kadar düşükse o kadar iyi netice elde etmek mümkündür

  • Kolloid veya polimerik molekül
  • Adsorbe edilmiş büyük moleküller(deterjanlar, boyalar)
  • Adsorbe edilmiş küçük moleküller(solventler)

 

Şekil 1.1 Aktif Karbonun gözenek yapısı

Toz Şeklindeki Aktif Karbon:

            Aktif karbon toz halinde tatbik edilebilir veya karbon filtrelerinde filtre malzemesi olarak kullanılır. Toz halindeki tatbikatta; aktif karbon, tasfiye tesisinde filtrasyondan önce herhangi bir noktadan  suya verilebilir.Ancak tatbik noktasının seçiminde aşağıdaki hususlar hatırda tutulmalıdır.

  • Düşük Ph  değeri aktif karbon için daha uygundur.
  • Bazı kimyevi maddeler, özellikle yumaklaştırıcılar tarafından aktif yüzeyin kapatılmasına karşı tedbir alınmalıdır.
  • Eğer ön klorlama veya kırılma noktası klorlaması şeklinde bir klorlama yapılıyorsa; aktif karbon, kloru etkisiz hale getireceğinden, klor ilavesi ile aktif karbon ilavesinin arasında yeterli süre olmalıdır. Bu süre 20-30 dakika civarında alınabilir.

Granül Aktif Karbon İçeren Filtrelerde Arıtma :

Granül aktif karbonun içme suyu arıtımındaki uygulamaları yenidir.Daha ziyade atık suların arıtımında kullanılan bir işledir. Granül aktif karbon filtrelerde Tat ve koku oluşturan maddelerin  yanı sıra, organik kimyasal maddelerde uzaklaştırılmaktadır. Diğer önemli bir Uygulamada tehlikeli sentetik organik kimyasal maddelerin uzaklaştırılması ile biyolojik arıtmayı birlikte kullanımdır.

            Granül aktif karbonun kullanımındaki en önemli avantaj atık su kalitesindeki  salınımlar dan etkilenmemesidir. Filtre yataklarında  kullanılan aktif karbonun önemli özelliklerini şu şekilde sıralaya biliriz.

  • Karbon yaş olarak kullanılabilirliği ve yoğunluğu
  • Tanecik iriliği
  • Dağılımı ve şekli
  • Aşınmaya dayanıklılığı adsorbsiyon kinetiği ve aktif karbonun rejenerasyon imkanı

Granül aktif karbonun yaş ağırlığı 0,55g/ml’den daha azdır ve çoğunlukla 0,4 g/ml’dir. İyi bir aktif karbon %8 ‘den daha az yanmayan kül içermelidir.Granül aktif karbonun suya batırıldığında hidrate olması, tam ıslanması için birkaç saat gereklidir.Hidrate karbon, çeliğe karşı koroziftir ve yılda 5mm çeliği korozyona uğratır.Bu nedenle “paslanmaz çelik AISI 316” korozyona dayanıklı olduğundan tercih edilmesi ve epoxy, polivinilklorür gibi kaplama maddeleri ile tankların içinin kaplanması gerekir.Beton yüzeylerde herhangi bir problem ile karşılaşılmamıştır. Granül aktif karbonun naklinde ve sistemde olabilecek korozyonu önlemek üzere “hidrolik taşıma “ tercih edilir.Karbonun hidrolik taşınması için izin verilen derişim sınırı125/375 g/L’dir. 1m/s lineer hızın altında karbon çökelme eğilimindedir.2,5-3m/hızla taşındığında ise aktif karbon aşınır ve boru tahrip olur.

Granüle aktif karbonla ağır metal giderimi:

Çevresel ortamlarda ağır metallerin bulunuşu yasıyan türlere zararlı olup, bu ağır metallerin su ve atık sudan elimine edilmesi çok önemlidir.ağır metal uzaklaştırılması ıcınkullanılan bazı metotlar; kimyasal çöktürme, membran filtrasyonu ve adsorpsıyonu’dur.

Aktıf karbon sudakı bir çok organik maddenin uzaklaştırılması için etkili olabilen bir adsorbanttır. Sudan  inorganik maddelerin uzaklaştırılması için Aktıf karbon nadir kullanılmaktadır.Çeşitli Aktıf karbonlarla krom (6),kobalt (2),cıva (2),arsenik (5) ve kadmiyum (2) gibi inorganik metal iyonlarının ortamdan uzaklaştırılmasıyla ilgili araştırmalar yapılmıştır. Genel  olarak,inorganik türlerin adsorbsıyon şiddeti pH’la önemli derecede değişir..

Aktif karbon deney kolonu çok kademeli bir proses olarak dikkate alınmalıdır.Girişte aktif karbon ham su ile, kolonun sonunda ise arıtılmış su ile temas halindedir. Giriş ve çıkış arasında adsorblanan kirletici madde gradyanı, karbon tükendikçe aşağı doğru ilerler. Tasarım için göz önüne alınması gereken kriterler şunlardır

-LUB kriteri (kullanılmamış yatak uzunluğu)

-BDST kriteri (yatak derinliği hizmet süresi)

LUB Kriteri:

Solüt’ün filtre yatağında ilk geçdiği andaki toplam yatak uzunluğu;doymuş yatak uzunluğu Ls ve kullanılmış yatak uzunluğu LUB diye ikiye ayrılır.

Karbon adsorpsiyonu üniteleri türleri:

Tasarımda seçilecek karbon kolonları basınçlı yada gravite ile çalışan türde olabilir.kolonlar yukarı doğru akımlı veya aşağı doğru akımlı olarak çalıştırılabildiği gibi sabit yataklı ve akışkan yataklı da olabilmektedir. Yukarı  doğru akımlı kolonlarda atık su düşey olarak kolon boyunca yukarı doğru hareket eder. Karbon,organik maddeleri adsorblarken karbon partiküllerinin görünen yoğunluğu artar ve bu sayede daha ağır veya tükenmiş karbonun tabana veya atık su girişinin olduğu bölgeye doğru hareket sağlanır.Yukarı doğru akımlı kolonların çıkış suyunda aşağı doğru akımlı olanlara göre daha fazla karbon tanecikleri bulunur. Aşağı  doğru kolonlar genellikle seri halde çalıştırılan iki yada üç adet üniteden oluşurlar. Aşağı  doğru akımlı kolonların bir avantajı organik maddelerin adsorpsiyonu ile askıda katı maddelerin filtrasyonu proseslerinin birlikte yapılabilmesidir. Ancak  bu durumda filtrasyon ünitesinin elimine edilmesiyle aktif karbon kolonu filtre görevini de yapacağından belirli zaman aralıklarında geri yıkanması gerekecektir.

Sabit yataklı ve akışkan yataklı kolonlar:

Proses suyunun içinden geçirildiği çelik veya beton karbon temas yataklarının sabit olduğu kolonlar sabit yataklı karbon kolonlarıdır. Bu  tür kolonlarda eğer kalmışsa suda mevcut olan askıda katı maddeler üst tabakalarda tutulur. Bunların  kolonun alt tabakalarına inerek çıkış suyu ile birlikte kaçmaları söz konusu değildir. Akışkan  yataklı karbon kolonlarında karbon granülleri birbirlerinden ayrılarak genişleyebilen bir yatak oluştururlar. Bu  tür karbon kolonlarının en önemli avantajlarından bir kaçı;karbon yüzeylerinin daha sık havalandırılması ve daha az pompaj basıncı gerektirmesidir.

Boyutlandırma :

Karbon kolonlarının boyutlandırılmasındaki dört ana faktör; temas süresi, hidrolik yükleme hızı, karbon yatak derinliği ve karbon kolonları sayısıdır.

Temas süresi, aktif karbonun kolon içinde işgal ettiği hacim olarak kabul edilir ve 20-35  dakikalık süreler uygulamaya, atık su özelliklerine  ve istenilen çıkış suyu kalitesine bağlı olarak seçilebilir. Fizyokimyasal üniteler çıkışında uygulanan aktif karbon aktif karbon adsorbsiyonu prosesinde genellikle uygulanan temas süresi 30 dakikadır. Hidrolik yükleme hızlarının sabit yataklı kolonlarda 5-20m3/m2/saat iken akışkan yataklı kolonlarda 10-20 m3/m2/saat olarak seçilmesi tavsiye edilmektedir. İşletme anında karbon kolonu yatak derinliğinin her 0,30 m si için istenen basınç 7 kN/m2 olmalıdır.Karbon yatak derinliği, karbon temas süresine bağlı olarak 3m ile 12 m arasında değişebilmektedir. Tipik toplam karbon yatak derinlikleri 4,5 m ile 6 m arasında değişebilirken minimum karbon yatağı derinliği olarak 3 m verilmektedir. Geri yıkama esnasında karbon yatak genişlemesi veya akışkan yataklı işletme hali göz önüne alınarak karbon yatak kalınlığının %10-15 si kadar hava payı bırakılmalıdır.

Herhangi büyüklükte bir tesis için en az iki paralel karbon temas ünitesi tavsiye edilir. Kolonlardan biri bakıma alındığında veya tükenmiş karbonun rejenere edilmek üzere rejenerasyon fırınına gönderildiği durumda yeterli sayıda  karbon kolunu istenen çıkış suyu kalitesini sağlamak üzere bulunmalıdır.

Karbon kolonlarında biyolojik aktivitenin kontrolü :

Fizyokimyasal arıtmayı takip eden aktif karbon prosesinde, karbon kolonları H2S gazının oluşumu için uygun ortam sağlar. Sonuncu karbon kolonunda H2S gazının mevcudiyeti anaerobik şartların oluştuğunun ifadesidir.Bu durumda çıkış suyunda bozulma kaçınılmazdır. Aktif karbon kolonlarında anaerobik koşulların oluşmasına neden olan faktörler ;Yüksek BOI5 konsantrasyonları, karbon kolonlarında uzun temas süreleri ve arıtılması istenen sudaki düşük oksijen konsantrasyonlarıdır. Atık suda mevcut olabilecek  sülfatları indirgeyen bakteriler tarafından oluşturulan bu durumun engellenmesi için ; karbon kolonları öncesi atık sudaki biyokimyasal oksijen ihtiyacının uygun biyolojik arıtma yapılarak giderilmesi, çıkış suyundaki çözünmüş oksijen konsantrasyonlarına dayanarak karbon kolonlarında temas süresini azaltmak, kolonları daha sık aralıklarla geri yıkamak, karbon kolonu giriş suyunu klorlamak ve yukarı doğru akımlı akışkan yataklı kolonlarda ortamı aerobik halde tutmak için kolona hava veya hidrojen peroksit (H2O2) vermek gibi yöntemler önerilebilir.

Aktıf karbonun rejenerasyonu ve nakli:

Aktıf karbon, adsorplama yeteneğini kaybettiği anda tükenmiş olarak kabul edilir. Tükenmiş  karbon, rejenerasyon fırınlarına gönderilerek yakılır.bu yakma işlemi esnasında aktif karbon tarafından adsorplanan kirlilikler yanarak baca gazı şeklinde ayrılırlar. Çıkan  baca gazlarının hava kırlılığı yaratmamasına dikkat edilmelidir.Aktıf karbon rejenere edilirken her defasında %5-10’luk bir kayba uğrar.

Aktif karbonun rejenerasyon ünitesine nakli ve buradan kolonlara gönderilmesi hidrolik olarak gerçekleştirilir.karbon çamuru taşıyan boru sistemi, giderilen 1 kg karbon için 8 lt nakil suyu esasına göre tasarlanmalıdır. Borularda  hızların 0,9-1,5 m/sn arasında olması istenmekte; 0,9 m/sn’nın altındaki hızların boruda karbon çökelmesine neden olacağı, 3m/sn nin üzerindeki hızlarda karbonun aşınacağı ve nakil borularının yıpranacağı belirtilmektedir.

Aktif karbon proselerinin tasarımında pilot kolon çalışmaları:

Aktif karbon proseslerinin en iyi şekilde tasarımı pilot tesis çalışmalarında elde edilen doyum noktası eğrileri ile yapılabilir. Bu eğriler, çıkış suyundaki organik madde konsantrasyonu ile arıtılan suyun hacmi arasındaki ilişkiyi ifade ederler ve  kolon özelliklerinini geliştirilmesi için  kullanılırlar. Aktif karbon kolonlarının analizi yapılırken tün adsorbsiyon alayının sözü geçen aktif bölgede olduğu, bu bölgenin ardındaki kesimin tamamen doygun noktasının başlangıcına erişilmiş olur ve çıkış suyu konsantrasyonu hızla kötüleşmeye başlar. Karbon tamamen doygun hale geldiğinde, çıkış suyu konsantrasyonu giriş suyu konsantrasyonuna eşit hale gelmiştir. Pratikte çıkış suyu konsantrasyonu giriş suyu konsantrasyonunun %95’i olduğunda doyum noktasına erişilmiş olarak kabul edilir.. Doyum noktasına erişme zamanı : karbon yatak kalınlığının azalması,adsorbe eden karbon partiküllerin büyüklüğünün, kolondan geçen debinin ve başlangıç giriş konsantrasyonunun artması ile azalmaktadır.

 

KAYNAKLAR

  • Yük. İnş. Müh. Ersin KASIRGA, Çevre’86 Sempozyumu 2-5 Haziran 1986 E.Ü ATATÜRK KÜLTÜR MERKEZİ İZMİR- Makale–‘Endüstri atık sularının arıtımında aktif karbon adsorbsiyon yöntemi’
  • Dokuz Eylül Üniversitesi Dekanlık Yayınları Çevre Mühendisliğinde Fiziksel-Kimyasal Temel İşlemler ve Süreçler Şengül
  • İTÜ Yayın Evi Su Tasfiyesi Veysel Eroğlu 1995
  • Pala, Makale, Su Kirlenmesi Kontrolü Dergisi, ‘Aerobik akışkan yatak reaktörün KOİ giderimi ve tasarım kriterlerinin oluşturulması’
  • İ.Karapınar, F.Kargı, Çevre Bilimleri Dergisi, Makale, ‘Atık sulardan Boyar Maddelerin Adsorbsiyonla Giderimi’

[/fusion_builder_column][/fusion_builder_row][/fusion_builder_container]