Ozon Oksidasyonu İle Çoklu Substrat Gideriminin Mekanizmasının Değerlendirilmesi

Abstract

Zor ayrışabilir organik maddelerin sularda ve atık sularda gerek miktar gerek çeşit olarak giderek yükselen düzeylerde bulunması ve buna bağlı olarak artan ileri arıtma ihtiyacı, kimyasal oksidasyon proseslerinin kullanımını gerekli kılmaktadır. Ozon, oksidasyon proseslerinde kullanımına en sık rastlanan oksidanlardan biridir. Uygulamada ozon reaksiyonları, organik madde içeren sulu çözeltilerden, ozon gazının geçirilmesi ile gerçekleştirilmektedir. Gerek kabarcıklı kolon reaktör karakteristiklerinin, gerekse organik maddelerin ortamda beraber bulunması durumunda oksidasyon kinetiğinin belirlenmesinin, karmaşık olması nedeni ile ozon proseslerinin değerlendirilmesinde güçlükler yaşanmaktadır. Bu bağlamda, pratikteki uygulamaların daha doğru değerlendirilebilmesi için “çoklu substrat oksidasyonu”nun karakterizasyonu büyük önem taşımaktadır. Bu çalışmanın amacı, kabarcıklı kolon reaktörlerinde, asidik koşullarda, organik maddelerin tek başına veya beraber bulunmaları durumunda, moleküler ozon ile oksidasyon reaksiyonlarının mekanizmasının ve giderim kinetiğinin incelenmesidir. Çoklu substrat oksidasyon sistemlerinin karakteristiklerinin ve kinetik davranışlarının değerlendirilebilmesi amacı ile organik madde giderimi, ara ürün oluşumu ve giderimi, TOK giderim mekanizması ve çözelti içindeki çözünmüş ozon konsantrasyonları izlenmiştir. Çoklu substrat oksidasyon sistemlerinde, organik maddelerin reaksiyon mekanizmalarında ve giderim kinetiklerinde, ortamda tekil olarak bulunmaları durumuna göre farklılıklar gözlenmiştir. Bu farklılıklara, substrat oksidasyonları arasındaki etkileşimlere bağlı olarak değişen reaksiyon mekanizmaları, ara ürünlerin oluşumu ve oksidasyonu ve aynı zamanda ozonun sınırlı taşınımı ve bunun zamanla değişiminin olduğu belirlenmiş ve bunlarla ilgili kantitatif değerlendirme yapılmıştır.Increasing amount and number of resistant organics present in water and wastewaters and the increasing demand for advanced treatment have resulted in wider and increasing use of chemical treatment processes. Ozone is one of the most effective oxidants that are used for oxidation processes. The ozone reactions are carried out in practice by purging the aqueous solution containing organic compound with gaseous ozone. Thus there are difficulties to evaluate the ozonation processes due to the complex nature of bubble column reactor characteristics and the determination of kinetics of oxidation of organic compounds when they exist together in aqueous medium. In order to be able to assess accurately the real case applications, characterization of “multiple substrate oxidation” has a great importance. The main objective of this study is to investigate the mechanism and process kinetics of oxidation reactions of organic compounds with molecular ozone when they exist individually or together in the aqueous medium under acidic conditions and in the bubble column reactors. For the evaluation of the characteristics and kinetic behavior of multiple substrate oxidation systems, organic compounds removal, intermediate formation and removal, TOC removal pattern and dissolved ozone concentration in the solution were monitored. In the multiple substrate oxidation systems, the process kinetics and reaction pattern of organic compounds found to be different from the case they exist alone in the aqueous medium. This difference was attributed to reaction patterns modified by the interaction between the oxidation of the substrates, formation and oxidation of intermediates as well as transport limitations of ozone and its variations during the course of the reaction. Quantitative analysis have been made according to the results of the study.