Arsenic removal from drinking water

Abstract

İçme sularından arsenat giderimi, koagülasyon flokülasyon, kireçle yumuşatma ve adsorpsiyon yöntemleri kullanılarak araştırılmıştır. Koagülasyon ve flokülasyon yönteminde, başlangıç arsenat konsantrasyonu, pH ve koagülant dozu gibi ana işletme parametrelerini etkilerinin belirlenebilmesi ve maksimum arsenat giderme verimini sağlayan kombinasyonun bulunabilmesi amacıyla Box-Behnken istatistiksel deney tasarım yöntemi kullanılmıştır. Çalışmada koagülant olarak demir klorür, demir (II) sülfat, demir (III) sülfat ve alüminyum sülfat denenmiştir. Demir klorür, kullanılması gereken miktarı ve arıtmadan sonra suda kalan arsenat ve demir konsantrasyonu göz önünde bulundurularak en etkili kolagülant olarak belirlenmiştir. Kullanılan tüm polimerler arsenat giderme verimini arttırmasına rağmen katyonik polielektrolit uygulanması anyonik ve noniyonik polielektrolitlere göre daha iyi bir verim sağlamıştır. Box-Behnken istatistiksel denay tasarımı ve yanıt yüzey yöntemi içme sularından arsenat giderimi için etkili ve uygulanabilir bir yaklaşım getirmekte ve gerekli deney sayısını azaltarak arsenat giderimi için optimum şartların belirlenmesinde etkili olmaktadır. Kireçle yumuşatma yöntemi ile arsenat giderimi demir tuzları ve alüminyum sülfata göre daha fazla koagülant dozu ve daha yüksek işletme pH'ı gerektirmektedir. Bu nedenle daha fazla miktarda çamur oluşumuna ve arıtmadan sonra pH ayarının yapılabilmesi için güçlü asitlere ihtiyaç duymaktadır. Adsorpsiyon yöntemi ile içme sularından arsenat giderimi için adsorban olarak klinoptilolit kullanıldı. Demirle işlemden geçirilen zeolitlerin arsenat gideriminde oldukça etkili olduğu görüldü. İzoterm çalışmalarının sonuçlarına göre, GCFeA en yüksek adsorpsiyon kapasitesine sahip ve arsenat iyonları ile adsorban arasındaki kuvvetin en güçlü olduğu adsorban madde olarak belirlendi. Yalancı ikinci dereceden kinetik model GCFeA ve GCFeB ile arsenat adsorpsiyonunda yalancı birinci dereceden kinetik modele göre daha iyi bir korelasyon gösterdi. GCFeA kullanılarak kolon doygunluğa ulaşmadan önce yaklaşık 3600 yatak hacmi arsenat içeren su giderilebildi. Sasalı-İzmir'deki bir yeraltı suyunda bulunan arseniğin giderilebilmesi için, koagülasyon flokülasyon, kireçle yumuşatma ve adsorpsiyon yöntemlerinden elde edilen optimum şartlar sentetik ve doğal olarak arsenikle kirlenmiş suların arıtımından elde edilen sonuçların karşılaştırılabilmesi için denenmiştir. Doğal olarak arsenikle kirlenmiş suyla yapılan deneylerden elde edilen sonuçlar sentetik olarak kirletilmiş çeşme suyundan elde edilen sonuçlar ile oldukça iyi bir uyum sağlamıştır. Arsenate removal from drinking water was investigated using precipitation coprecipitation, lime softening, and adsorption methods. For precipitation coprecipitation method, Box-Behnken experimental design method was used to investigate the influence of major operating variables such as initial arsenic concentration, pH, and coagulant dose on arsenate removal efficiency and to find the combination of variables resulting in maximum arsenate removal efficiency. Ferric chloride, ferric sulfate, ferrous sulfate, and aluminum sulfate were used as a coagulant. Ferric chloride was found as effective and reliable coagulant considering required concentration and residual arsenate and iron concentration after sedimentation and filtration in the effluent. Although all types of polymers increased the removal efficiency of the treatment method, application of cationic polyelectrolyte was more effective than anionic and nonionic ones. Box-Behnken statistical experiment design and response surface methodology offer an efficient and feasible approach for arsenate removal and it could be employed to determine the optimum conditions for arsenate removal while minimising the number of experiments required. Lime softening for arsenate removal was required larger amount of coagulant doses and higher operating pH than iron and aluminium salts and consequently a large volume of sludge is produced and strong acids would probably be needed to adjust the pH after treatment. Clinoptilolite was used for arsenate removal from drinking water by adsorption. The iron modified zeolites were found as effective adsorbent for the arsenate removal from aqueous solution. According to the isotherm studies, GCFeA has larger capacities of adsorption and adsorption bond between the As(V) ion and adsorbent is the strongest. The pseudo second-order kinetic model provided a good correlation for the adsorption of arsenate by GCFeA and GCFeB in contrast to the pseudo first-order model. The GCFeA could treat approximately 3600 bed volumes of arsenate before column exhaustion. Removal of arsenic from real groundwater in Sasalı-İzmir was investigated using obtained optimum conditions from coagulation and flocculation, lime softening, and adsorption method in order to compare arsenic treatment results of synthetic and natural arsenic contaminated water. The obtained results from natural arsenic contaminated water are consistent with the previous studies on arsenate removal from synthetic contaminated tap water.