Uçucu organik bileşiklerin yukarı akışlı dolgulu kolonda giderimi

Abstract

İnsanların zamanının büyük bir çoğunluğunu geçirdiği çalışma alanları gibi iç ortamlar, içerisinde sürekli bir hava döngüsünün olmadığı ve gaz fazda kirleticilerin yoğun olduğu ortamlardır. Bu tür ortamlar günümüzde insan sağlığını tehdit eden en büyük risklerin başında gelmektedir. İç ortamda çeşitli kaynaklardan ortama yayılan kirleticilerin belirlenmesi ve alınacak önlemlerin geliştirilmesi insan sağlığı için büyük önem teşkil etmektedir. İç ortamda bulunan hava kalitesinin arttırılması doğrudan insanların hayat kalitesini de arttıracağı için, son yıllarda iç ortamda bulunan gaz fazdaki kirleticilerin giderimi için yapılan çalışmalar oldukça artmıştır. Bu hava kalitesini etkileyen başlıca kirleticiler uçucu organik bileşiklerdir (UOB). Uçucu organik bileşikleri diğer iç ortam kirleticilerinden ayıran, belki de en önemli özelliği oda sıcaklığında kolayca buhar fazına geçiş yapabilmesidir. ABD Çevre Koruma Ajansının (EPA) gerçekleştirdiği çalışmalarda, bazı organik bileşiklerin endüstriyel çalışma alanları ve benzin istasyonları gibi çeşitli iç ortamdaki konsantrasyonlarının dış ortam konsantrasyonlarına göre daha fazla olduğu görülmüştür. Bu nedenle bu tür kirleticilerin giderim yöntemleri ile ilgili çalışmalar oldukça önem kazanmıştır. UOB'lerin iç ortam havasından giderimi için, fiziksel, kimyasal ve biyolojik olarak çeşitli yöntemler kullanılmaktadır. Çalışmalarda en çok tercih edilen yöntemler reaktör dizaynı içerecek şekilde adsorpsiyon, absorpsiyon, membran ve biyofiltrasyondur. Yapılan bu tez çalışması kapsamında, aktif karbon ve silika jel ile hazırlanmış yukarı akışlı dolgulu kolonda buhar fazında toluen ve ksilen giderimi çalışılmıştır. Çalışma süresince, toluen için üç farklı sıcaklıkta (5,10 ve 20°C), üç farklı akış hızında (0,5, 0,75 ve 1 L/dk) ve iki farklı malzemede giderim çalışması yapılırken, ksilen için toluen deneylerinde belirlenmiş en iyi şartlarda (20°C, 0,75 L/dk ve aktif karbon) giderim çalışması gerçekleştirilmiştir. Dolgulu kolonda toluenin buhar fazında adsorpsiyon ve desorpsiyon çevrimleri çalışılmış ve yapılan desorpsiyon çalışması sırasında literatürde çok fazla çalışılmamış bir yöntem ile, yüksek sıcaklıkta (180-200°C) desorpsiyon işlemi uygulanmıştır. Yukarı akışlı dolgulu kolonda toluen giderimi için aktif karbon ve silika jelin malzeme performansları giderim verimleri açısından karşılaştırılmıştır. Sabit çalışma şartları altında silika jel ile karşılaştırıldığında aktif karbonun tolueni giderim süresinin silika jele göre daha yüksek olduğu, aktif karbonun adsorplama kapasitesinin (320 mg toluen/g aktif karbon), silika jelin adsorplama kapasitesine göre (255 mg toluen/g silika jel) daha yüksek olduğu belirlenmiştir. Sıcaklığın giderim verimlerine olan etkisinin incelendiği bir diğer çalışmada, sıcaklık artışıyla giderim veriminin arttığı ve en yüksek giderim veriminin 20°C'de olduğu gözlenmiştir. Akış hızının etkisine bakıldığında ise en yüksek giderimin 0,75 L/dk akış hızında olduğu görülmüştür. Aktif karbonun farklı kirleticileri giderim verimine bakıldığı çalışma setinde, toluen ile yapılan deney şartları sabit tutularak, ksilen kirleticisi ile deneyler yapılmıştır. Deney sonuçlarına göre, aktif karbonun ksilen giderim verimi toluene göre daha yüksek çıkmış ve adsorplanma kapasiteleri karşılaştırıldığında ise ksilenin adsorplanma kapasitesinin toluene göre daha fazla olduğu görülmüştür. Bunun en önemli nedeninin ksilenin düşük buhar basıncına sahip olması, aktif karbonun mikro yüzeylerine tutunumunu arttırdığı sonucuna varılmıştır. Giderim çalışmaları süresince yapılmış adsorpsiyon-desorpsiyon döngülerinde aktif karbonun sıcaklık ile desorpsiyon çalışmaları yürütülmüş ve desorpsiyon veriminin tekrar kullanılabilirliğe etkisi incelenmiştir ve %3-%10 arasında bir performans kaybı olduğu belirlenmiştir.

İnsanların zamanının büyük bir çoğunluğunu geçirdiği çalışma alanları gibi iç ortamlar, içerisinde sürekli bir hava döngüsünün olmadığı ve gaz fazda kirleticilerin yoğun olduğu ortamlardır. Bu tür ortamlar günümüzde insan sağlığını tehdit eden en büyük risklerin başında gelmektedir. İç ortamda çeşitli kaynaklardan ortama yayılan kirleticilerin belirlenmesi ve alınacak önlemlerin geliştirilmesi insan sağlığı için büyük önem teşkil etmektedir. İç ortamda bulunan hava kalitesinin arttırılması doğrudan insanların hayat kalitesini de arttıracağı için, son yıllarda iç ortamda bulunan gaz fazdaki kirleticilerin giderimi için yapılan çalışmalar oldukça artmıştır. Bu hava kalitesini etkileyen başlıca kirleticiler uçucu organik bileşiklerdir (UOB). Uçucu organik bileşikleri diğer iç ortam kirleticilerinden ayıran, belki de en önemli özelliği oda sıcaklığında kolayca buhar fazına geçiş yapabilmesidir. ABD Çevre Koruma Ajansının (EPA) gerçekleştirdiği çalışmalarda, bazı organik bileşiklerin endüstriyel çalışma alanları ve benzin istasyonları gibi çeşitli iç ortamdaki konsantrasyonlarının dış ortam konsantrasyonlarına göre daha fazla olduğu görülmüştür. Bu nedenle bu tür kirleticilerin giderim yöntemleri ile ilgili çalışmalar oldukça önem kazanmıştır. UOB'lerin iç ortam havasından giderimi için, fiziksel, kimyasal ve biyolojik olarak çeşitli yöntemler kullanılmaktadır. Çalışmalarda en çok tercih edilen yöntemler reaktör dizaynı içerecek şekilde adsorpsiyon, absorpsiyon, membran ve biyofiltrasyondur. Yapılan bu tez çalışması kapsamında, aktif karbon ve silika jel ile hazırlanmış yukarı akışlı dolgulu kolonda buhar fazında toluen ve ksilen giderimi çalışılmıştır. Çalışma süresince, toluen için üç farklı sıcaklıkta (5,10 ve 20°C), üç farklı akış hızında (0,5, 0,75 ve 1 L/dk) ve iki farklı malzemede giderim çalışması yapılırken, ksilen için toluen deneylerinde belirlenmiş en iyi şartlarda (20°C, 0,75 L/dk ve aktif karbon) giderim çalışması gerçekleştirilmiştir. Dolgulu kolonda toluenin buhar fazında adsorpsiyon ve desorpsiyon çevrimleri çalışılmış ve yapılan desorpsiyon çalışması sırasında literatürde çok fazla çalışılmamış bir yöntem ile, yüksek sıcaklıkta (180-200°C) desorpsiyon işlemi uygulanmıştır. Yukarı akışlı dolgulu kolonda toluen giderimi için aktif karbon ve silika jelin malzeme performansları giderim verimleri açısından karşılaştırılmıştır. Sabit çalışma şartları altında silika jel ile karşılaştırıldığında aktif karbonun tolueni giderim süresinin silika jele göre daha yüksek olduğu, aktif karbonun adsorplama kapasitesinin (320 mg toluen/g aktif karbon), silika jelin adsorplama kapasitesine göre (255 mg toluen/g silika jel) daha yüksek olduğu belirlenmiştir. Sıcaklığın giderim verimlerine olan etkisinin incelendiği bir diğer çalışmada, sıcaklık artışıyla giderim veriminin arttığı ve en yüksek giderim veriminin 20°C'de olduğu gözlenmiştir. Akış hızının etkisine bakıldığında ise en yüksek giderimin 0,75 L/dk akış hızında olduğu görülmüştür. Aktif karbonun farklı kirleticileri giderim verimine bakıldığı çalışma setinde, toluen ile yapılan deney şartları sabit tutularak, ksilen kirleticisi ile deneyler yapılmıştır. Deney sonuçlarına göre, aktif karbonun ksilen giderim verimi toluene göre daha yüksek çıkmış ve adsorplanma kapasiteleri karşılaştırıldığında ise ksilenin adsorplanma kapasitesinin toluene göre daha fazla olduğu görülmüştür. Bunun en önemli nedeninin ksilenin düşük buhar basıncına sahip olması, aktif karbonun mikro yüzeylerine tutunumunu arttırdığı sonucuna varılmıştır. Giderim çalışmaları süresince yapılmış adsorpsiyon-desorpsiyon döngülerinde aktif karbonun sıcaklık ile desorpsiyon çalışmaları yürütülmüş ve desorpsiyon veriminin tekrar kullanılabilirliğe etkisi incelenmiştir ve %3-%10 arasında bir performans kaybı olduğu belirlenmiştir.