Torefiye edilmiş orman, deniz ve tarımsal biyokütle numuneleri kullanılarak atık sudan kurşun, krom ve kadmiyum giderimi

Abstract

Ağır metallerin belirli konsantrasyonlar üzerinde toksik ya da eko-toksik özellik göstermeleri, yaşamsal olarak rol üstlenenler de dahil olmak üzere, nedeniyle ağır metaller ile ilişkilendirilmiş pek çok sağlık ve çevre sorunu ortaya çıkmıştır. Atık sular veya uçuşan inorganik partiküller ile ya da asit yağmurlarının toprak bileşiminden bu metalleri çözmesi ile ağır metaller denizlere ve yer altı sularına karışmaktadır. Sanayileşme ile birlikte gübreler, çimento sektörü, cam üretimi, çöp ve atık çamurlarının yakılması, termik santral ve otomobillerde fosil yakıtların yakılması gibi pek çok yaşamsal faaliyet ile ağır metaller yüksek konsantrasyonlarda doğaya salınmaktadır. Araştırmacılar, bu gibi faaliyetlerden gelen atık sulardaki ağır metalleri giderecek ucuz, etkili, kolaylıkla bulunan ve sürdürülebilir bir çözüm arayışı içerisindedir. Ülkemizin biyokütle kaynaklarının bu alanda kullanılma potansiyeli mevcuttur; ancak, bu biyokütle kaynaklarımızın torefiye işlemi gibi termal süreçlerden geçirilerek özelliklerinin iyileştirilmesi gerekmektedir. Torefiye işlemi, biyokütleyi 300 C'ye kadar inert atmosfer altında ısıtarak hemiselüloz yapılarını daha stabil hale getirir ve uçucu maddeleri azaltıp sabit karbon oranını arttırarak daha kaliteli ve hidrofobik özellik gösteren katı yakıt elde edilmesini sağlayan bir termal ön işlemdir. Ayrıca, nemin giderilmesi ve fiber yapının bozulması ile biyokütlede biyobozunma engellenir ve öğütülme daha kolay hale gelir. Bu çalışmada ülkemizden tarımsal biyokütle olarak çay üretim atığı, mısır atığı, üzüm çekirdeği; orman biyokütlesi olarak çam kozalağı ve orman gülü; deniz biyokütlesi olarak ise yosun numunelerinin kurşun, krom ve kadmiyum ağır metallerini atık sulardan arıtma amacıyla kullanılma potansiyeli araştırılmıştır. Bu kapsamda hem biyokütle numune hazırlama sırasında hem de ağır metal tutumu sırasında kontrol edilmesi gereken parametrelerden bir kısmı incelenmiştir. Biyokütle numunesinin hazırlanması sırasında torefiye işleminin etkisi, torefiye son sıcaklığı ve torefiye son sıcaklığında bekleme süresi; ağır metal ile adsorban malzemeyi yükleme sırasında ise sıcaklık, karıştırma hızı, ve çözelti ortamı pH değeri parametrelerinin Pb, Cr, Cd tutma kapasiteleri incelenmiş ve gruplar arasındaki farklar istatistiksel analiz ile belirlenmiştir. Ayrıca, biyokütlelerin tekrarlı kullanımı ve tutulan iyonları geri kazanım performansı da incelenmiştir. Karakterizasyon çalışmalarında XRD, SEMEDS, FTIR, Zeta potansiyeli, uçucu madde ve kül tayinleri yapılmıştır. İstatistiksel analiz sonuçlarına göre torefiye sıcaklığında 30 dakika bekleme süresi vermek, ağır metal tutma kapasitesine olumlu katkı sağlamaktayken, yüksek torefiye sıcaklıklarının anlamlı bir katkısının olmadığı bulunmuştur. Karıştırma hızının anlamlı bir katkısı görülmemiştir.Yükleme ortamı pH değerlerinden ise istatistiksel olarak önemli derecede farklı olanları, zeta potansiyelleri de göz önünde bulundurularak pH 3-5 aralığında çalışmanın optimum sonuç vereceği şeklinde yorumlanmıştır. Yükleme sıcaklığı olarak 50 ℃'de çalışmanın bu çalışma içerisinde istatistiksel olarak anlamı bir katkısının bulunmadığı ancak literatürdeki mevcut bulgularla uyumlu sonuç verdiği görülmüştür. XRD Analizi ile ağır metallerin adsorblandığı ve FTIR verilerine göre ise moleküler yapıda önemli bir değişiklik olmadığı ispatlanmıştır. Torefiye çay atığı biyokütlesinin performansını yitirmeden üç kere kullanılabilir olduğu ve tutulan ağır metallerin istenirse geri kazanılabildiği de gösterilmiştir.