Tehlikeli Atıkgazlardan Trikloroetilenin Ardışık Biyolojik ve Kimyasal Reaktörlerde Arıtımı (Treatment of Gaseous Trichloroethylene By Sequential Biological and Chemical Reactors)

Proje Yürütücüsü:Prof.Dr. Göksel N. Demirer
Destekleyen kuruluş:TÜBİTAK
Proje No:İÇTAG-101I064, 2002
Proje Çalışanları:Y.Doç.Dr. Sibel Uludağ-Demirer, Çevre Yük. Müh. Ulaş Tezel
ÖZET

İnsan sağlığına ve çevreye yönelik olumsuz etkileri nedeniyle trikloroetilen (TKE), önemli kirleticiler arasında yer almaktadır. TKE, otomativ, uçak, metal alet, elektronik ve demiryolu sektörleri gibi metal parçalar üreten ve monte eden endüstrilerde çözücü (temizleyici) olarak sıkça kullanılan bir klorlu bileşiktir.

Literatür verilerine göre, yalnız ABD'de, TKE'nin yıllık üretimi 145000 tonu bulmaktadır ve bu miktarın yaklaşık %90'ı çevreye hava emisyonu olarak salınmaktadır. Diğer bir yandan, TKE bir çok uluslararası araştırma grubu tarafından kanserojen olarak belirtilmiştir. Sonuç olarak, TKE'nin birçok sektörde yoğun olarak kullanımı, bileşiğin olumsuz etkileriyle birleşerek, onu tehlikeli hava kirleticileri (THK) arasına sokmaktadır. Bu nedenlerden dolayı, ABD ve Kanada gibi bir çok ülke TKE emisyonlarına sınırlamalar koymuş, hatta teknolojik değişiklikler içeren çeşitli yönetim stratejileriyle bileşiğin kullanımına sınırlamalar getirmiştir.

TKE kullanımını sınırlandırmak ve emisyonlarını azaltmak için öngörülen teknoloji değişikliklerinin maaliyeti göz önüne alındığında, sanayileşmekte olan ülkelerin bu gibi değişikliklere ayak uydurması uzun vadeli ve etkin bir yönetim stratejisi gerektirmektedir. Bu nedenle, TKE gazı gibi tehlikeli hava kirleticilerinin ekonomik ve verimli arıtımına yönelik teknolojilerin geliştirilmesi gündeme gelmektedir. Gaz fazındaki TKE'nin kontrolünde kullanılan geleneksel teknolojiler fiziksel/kimyasal prensiplere dayalı olarak çalışan aktif karbon adsorpsiyonu, sıvılaştırma ve yakma gibi uygulamaları içermektedir. Ancak bu teknolojiler pahalı olup, kirleticinin biyolojik veya kimyasal reaksiyonlarla zararsız maddelere dönüşümünden çok, kirleticinin faz değiştirmesi esasına dayanır. Yani bu teknolojiler atık gaz arıtımı yapmadan, tehlikeli gazların atmosfere salınmasını engellerler. Diğer yandan, TKE benzeri halojenli bileşiklerin, anaerobik indirgen halojensizleştirme gibi biyolojik ve çeşitli metallerle indirgenme reaksiyonlara girerek de kimyasal olarak verimli ve ekonomik bir biçimde arıtıldığı bilinmektedir.

Bu çalışmada, gaz fazındaki TKE'nin ardışık (abiyotik ve biyotik) indirgenme reaksiyonlarıyla arıtılması incelenecektir. Gaz fazındaki TKE'nin, biyotik indirgenme reaksiyonlarıyla yan ürünü olan vinil klorür (VK) indirgenmesi anaerobik biyofiltreyle sağlanacaktır. VK ise elementel demir içeren bir kolon reaktörde kimyasal olarak zararsız olan etilene indirgenecektir. Bu kapsamda, önerilen sistemin arıtım verimine etki edecek tüm değişkenler araştırılacak ve uygun bir işletim yöntemi belirlenecektir.

ABSTRACT

With respect to its adverse health and environmental effects, trichloroethylene (TCE) is among the most important priority pollutants. It is particularly used as a degreaser for metal parts in industries fabricating or assembling metal parts including aircraft, appliance, automotive, electronics, and railroad manufacturers.

Widespread in industry and toxic effects makes TCE one of the hazardous air pollutants (HAP's). The annual production rate of TCE in USA was reported as 145000 tons and it is reported that 90% of TCE used as degreasing solvent was released to the environment as air emissions. On the other hand, TCE is determined as "probably carcinogenic to humans" by some international research agencies. Many countries like USA and Canada have put regulations on TCE emissions. Moreover, its use is planned to be reduced with some management strategies including technological changes.

The expense of technological changes to reduce TCE emissions leads the improvement of the treatment technologies for its removal. The conventional technologies based on physical/chemical principles for the control of TCE emissions such as activated carbon adsorption, liquifection and incineration, are not successful in transformation of TCE into harmless compounds but changing the phase of the pollutant. On the other hand, halogenated compounds are known to be treated biologically especially with anaerobic reductive dehalogenation and abiotic reductive dehalogenation using elementary metals, such as, iron. Biological/chemical dehalogenation systems maylead to very high TCE removal efficiencies at relatively low costs provided that they are efficiently designed and operated.

In the proposed study treatment of gaseous TCE with sequential (biotic and abiotic) reduction reactions will be investigated. The reduction of TCE to vinyl chloride (VC) is proposed to be achieved by biotic reduction reactions taking place in an anaerobic biofilter fallowed by a metal (Fe0) packed column reactor to reduce the accumulated VC to ethylene, which is not toxic. To this purpose, all of the parameters that are known or expected to effect the performence of such a sequential system will be investigated and the operation of the system will be optimized.