ŞEKER ÜRETİM ARTIĞI KARBONATLAMA KEKİ KULLANILARAK ATIK SULARDAN KROM(III) VE KADMİYUM GİDERİLMESİ

Abstract

YÜKSEK LİSANS TEZİ ŞEKER ÜRETİM ARTIĞI KARBONATLAMA KEKİ KULLANILARAK ATDCSULARDAN KROM (III) VE KADMİYUM GİDERİLMESİ Oğuzalp GÜLER Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Kimya Mühendisliği Anabilim Dalı 1999, Sayfa: 80 Metal bileşiklerinin yaygın olarak kullanılması sonucunda toksik atıksular meydana gelir. Ağır metal içerikli atıksuların arıtımında çeşitli yöntemler kullanılır. Bu yöntemlerin en önemlisi, ağır metallerin hidroksit, karbonat ve sülfür gibi çözünürlüğü az olan bileşiklere dönüştürüldüğü çöktürme yöntemidir. Atıksulardaki ağır metallerin çöktürülmesinde soda, sodyum hidroksit ve kireç en çok kullanılan maddelerdir. Ucuz bir madde olan kalsiyum karbonat da asidik atıksuların arıtımında kullanılabilmektedir. Bu düşünceden hareketle gerçekleştirilen bu çalışmada, şeker üretiminde bir artık olarak ortaya çıkan, önemli miktarda ve reaktif kalsiyum karbonat içeren I. karbonatlama keki kullanılarak sulu çözeltilerden krom (111) ve kadmiyum giderilmesi araştırılmıştır. Bu amaçla, saf kalsiyum karbonat, karbonatlama keki ve bu kekin çeşitli sıcaklıklarda ısıtılmış örnekleri kullanılmıştır. Önce, karbonatlama kekinin kimyasal bileşimi belirlenmiş, karbonatlama kekinin ve kabinelerinin temasta bulunduğu suya verdiği organik kirliliği tespit etmek amacıyla KOİ (Kimyasal Oksijen İhtiyacı) testleri yapılmıştır. Ayrıca, saf kalsiyum karbonatı da şahit olarak kullanarak, karbonatlama kekinde TG (termal gravimetrik), DT (diferansiyel termik) ve İR (infrared) spektroskopisi analizleri yapılarak buII maddenin karakterizasyonu yapılmıştır. Daha sonra, saf kalsiyum karbonat, karbonatlama keki ve kalsineler kullanılarak, kesikli deneylerle, sulu ortamdan krom (III) ve kadmiyum giderilmesi üzerine çöktürücü dozu ve temas süresinin etkileri incelenmiştir. Karbonatlama keki % 75-80 oranında kalsiyum karbonat yanında şeker pancarından gelen kolloidal organik maddeleri de içermektedir. Karbonatlama keki ile 50 g/L dozunda ve 120 dakika süreyle temas eden saf suyun KOİ değeri yaklaşık 600 mg-O2/L olmaktadır. Kekin 500-600°C gibi çok yüksek olmayan sıcaklıklara ısıtılarak kalsine edilmesiyle organikler yanarak uzaklaşmaktadır. Saf kalsiyum karbonatın krom (III) giderilmesindeki etkinliği karbonatlama kekine göre daha yüksek bulunmuştur. Elde edildiği sıcaklığın yüksekliğine bağlı olarak, karbonatlama keki kabineleri ise kalsiyum karbonata göre birkaç kat daha etkin olmaktadır. 5g/L dozunda yapılan uygulamada 600°C kalsinesinin pH 2'de 100 mg/L konsantrasyonundaki kromun tamamını 60 dakikalık bir süre içerisinde çöktürmektedir. Saf kalsiyum karbonat ve karbonatlama keki, aynı şartlarda kadmiyum giderilmesinde daha düşük etkinlikler göstermektedir. 600°C'den daha yüksek sıcaklıklarda elde edilen kalsineler, 5 g/L'den daha yüksek dozlarda kadmiyum çöktürmesinde de etkin olmaktadır. Kromun çökmesi hidroksit şeklinde meydana gelirken kadmiyumun düşük pH'larda karbonat şeklinde, yüksek pH'larda ise hidroksit şeklinde çöktüğü sonucuna varılmıştır. Adsorpsiyon da metal giderilmesinde kısmen etkili olmaktadır. Sonuç olarak, şeker üretiminde ortaya çıkan ve maliyeti bulunmayan karbonatlama kekinin 500°C'den daha yüksek sıcaklıklarda ısıtılmasıyla elde edilen kalsinelerinin atıksuların arıtılmasında etkin bir şekilde kullanılabileceği ifade edilebilir. Anahtar Kelimeler: Ağır metal, Krom (III) giderilmesi, Kadmiyum giderilmesi, çöktürme, Kalsiyum karbonat, Şeker üretim artığı karbonatlama keki, Karbonatlama keki kalsinesi

Ill SUMMARY Master Thesis REMOVAL OF CHROMIUM (III) AND CADMIUM FROM WASTEWATER BY USING CARBONATATION CAKE DISCARDED IN SUGAR PRODUCTION Oğuzalp GÜLER Fırat University Graduate Scholl of Natural and Applied Sciences Department of Chemical Engineering 1999, page 80 The widely use of metal compounds Causes generation of wastewater in toxic character. Various methods are used in the treatment of wastewaters containing heavy metals. The most important one of those is the precipitation method that the heavy metals are transformed into low-soluble compounds such as hydroxides, carbonates and sulphides. Soda, sodium hydroxide and lime are the materials used commonly in the precipitation of heavy metals in wastewaters. Being a cheap material, calcium carbonate, can also be used in the treatment of acidic wastewaters. Starting with this idea, in this study, the removal of chromium (III) and cadmium from the aqueous solutions by using the I. carbonatation cake discarded in sugar production and containing a significant amount of reactive calcium carbonate. For this purpose, pure calcium carbonate, carbonatation cake and its calcines obtained by heating at various temperatures were used. After chemical composition of carbonatation cake have been determined, pollution potential of carbonatation cake and its calcines were determined by COD (Chemical Oxygen Demand) tests. In addition, using pure calcium carbonate as a blank material, carbonatation cake was subjected to TG ( Thermal Gravimetric), DT (DifferentialIV Thermal) and İR (Infrared) analyses for characterization purpose. Then, the effects of precipitant dosage and contact time on the removal of chromium (III) and cadmium from aqueous solutions were studied by using pure calcium carbonates, carbonatation cake and its calcines through the experiments conducted in a batch system. The carbonatation cake contains calcium carbonate in the percentage of 75-80 and organic colloidal materials originated from sugar beet in a residual amounts. The COD value was found as about 600 mg-Oî/L in the water contacted with carbonatation cake at the dosage of 50 g/L for 120 min. Organic materials could be removed from the carbonatation cake by heating it to mildly high temperatures of 500- 600°C. The chromium (111) removal efficiency of pure calcium carbonate was found to be higher compared to the carbonatation cake. However depending upon calcination temperature, the removal yield of calcines is higher a few times compared to that of pure calcium carbonate. With a dosage of 5 g/L of calcine obtained at 600°C, the whole chromium could be precipitated from the solution of 100 mg/L in a contact time of 60 min at pH 2. In the same conditions, pure calcium carbonate and cabonatation cake showed much lower removal efficiencies in cadmium removal. The calcines obtained at temperatures higher than 600°C give effective results in cadmium precipitation, when higher dosages were used than 5 g/L. It was resulted that chromium precipitated in hydroxide form but cadmium precipitated in carbonate and hydroxide form at the lower and higher pHs respectively. In addition, adsorption may be partially effective in the removal process. As a conclusion, it can be stated that the calcines of carbonatation cakes obtained at the temperature higher than 500°C can be effectively used in wastewater treatment. Keywords: Heavy metals, Chromium (III) removal, Cadmium removal, Precipitation, Calcium carbonate, Carbonatation cake discarded in sugar production, Calcine of carbonatation cake.