Sudaki Siyanür Nasıl Arıtılır?

Siyanür, son derece zehirli bir kimyasaldır ve insan sağlığı ve çevre için büyük bir tehdit oluşturur. Altın ve gümüş madenciliği, elektro kaplama ve metal işleme gibi çeşitli endüstriyel işlemlerde kullanılır. Bu işlemlerden kaynaklanan atık sular siyanür içerir ve uygun şekilde arıtılmadığı takdirde çevreye yayılabilir. Siyanür içeren suların tüketilmesi veya solunması ölümcül olabilir.

Bu makalede, sudaki siyanürün tehlikelerini ve arıtma yöntemlerini inceleyeceğiz. Siyanürün insan ve çevre üzerindeki etkilerini, farklı arıtma yöntemlerinin prensiplerini ve avantajlarını/dezavantajlarını ele alacağız. Ayrıca, arıtma tesislerinin tasarımı ve işletmesi ile ilgili önemli noktalara da değineceğiz.

Siyanür Su Arıtma Teknikleri

Sudaki siyanürün arıtılması, madencilik, metal kaplama ve kimyasal üretim gibi endüstrilerde önemli bir konudur, çünkü siyanür bu sektörlerin işlemleri sırasında sıklıkla kullanılan bir kimyasaldır. Siyanür, yüksek toksisitesi nedeniyle insan sağlığı ve çevre için ciddi bir tehdit oluşturabilir. Bu nedenle, siyanür içeren atık suların etkili bir şekilde arıtılması hayati öneme sahiptir. Siyanür arıtımı için kullanılan başlıca yöntemler şunlardır:

1. Alkali Klorinasyon: Bu yöntem, siyanürü toksik olmayan siyanat (CNO-) ve sonrasında tamamen zararsız bileşenlere dönüştürmek için klor (ya da sodyum hipoklorit) ve alkali maddelerin (genellikle sodyum hidroksit) kullanılmasına dayanır. Reaksiyon pH’ının dikkatlice kontrol edilmesi gerekmektedir.
2. Ozonlama: Ozon, güçlü bir oksidan olup siyanürü etkili bir şekilde okside ederek daha az zararlı bileşenlere dönüştürebilir. Bu yöntem, yüksek oksidasyon potansiyeli nedeniyle özellikle zorlu siyanür konsantrasyonları için tercih edilebilir.
3. Peroksit Oksidasyonu: Hidrojen peroksit, UV ışığı veya bir katalizörün varlığında siyanürü okside ederek zararsız bileşenlere dönüştürebilir. Bu yöntem de çeşitli su matrislerinde etkili olabilir.
4. Biyo-arıtım: Bazı mikroorganizmalar siyanürü metabolize edebilir ve bu da biyolojik arıtma sistemlerinde siyanür kirliliğinin azaltılmasını sağlar. Biyo-arıtım, genellikle diğer arıtma yöntemleriyle kombine edilerek kullanılır.
5. İyon Değişimi: İyon değişim reçineleri, suyun kimyasal bileşimini değiştirmeden siyanür gibi belirli iyonları selektif olarak gidermek için kullanılabilir. Bu yöntem, özellikle düşük konsantrasyonlardaki siyanür için uygundur.
6. Adsorpsiyon: Aktif karbon gibi adsorbanlar, siyanür iyonlarını su matrisinden fiziksel olarak tutarak uzaklaştırabilir. Bu yöntem, özellikle son arıtma aşaması olarak tercih edilir.
7. Membran Teknolojileri: Ters osmoz ve nanofiltrasyon gibi membran teknolojileri, siyanür dahil çeşitli kirleticileri suyun içinden ayırabilir. Bu yöntemler, yüksek saflıkta su elde etmek için kullanılır ancak operasyonel maliyetleri yüksektir.

Seçilen arıtma yöntemi, siyanür konsantrasyonunun yanı sıra mevcut atık suyun özelliklerine, arıtılmış suyun kullanım amacına ve maliyet etkinlik gibi faktörlere bağlı olarak belirlenir. Etkili siyanür arıtımı, hem insan sağlığını hem de çevreyi korumak için kritik öneme sahiptir. Aşağıda daha detaylı WHO arıtma yöntemlerine değinilmiştir.

Siyanür ve İçme Suyundaki Etkileri

Siyanürler, bazı gelişmekte olan ülkelerdeki yiyeceklerde ve bazen içme suyunda bulunabilen kimyasallardır. Genellikle bu kimyasallar çok düşük konsantrasyonlarda mevcut olmasına rağmen, endüstriyel faaliyetler sonucu meydana gelen büyük siyanür sızıntıları içme suyu kaynaklarını, özellikle yüzey sularını yüksek derecede kirletebilir. Siyanür, insan sağlığı için son derece toksik bir maddedir ve karaciğerdeki detoksifikasyon işlemi ile zararsız hale getirilir. Ancak, yüksek dozlara maruz kalmak tiroid toksisitesine yol açabilir ve akut ölümcül zehirlenmeler sonrası doz değerlendirmesi zordur.

Kısa süreli siyanür maruziyeti, belirli konsantrasyonların altında halk sağlığı için risk oluşturmadığından, içme suyunda bu düzeylerin belirlenmesi için resmi bir kılavuz değer oluşturulması genellikle gereksiz görülmektedir. Mevcut veriler, kısa süreli maruziyetler için sağlığa dayalı bir değer belirlemek için yeterli değildir. Ancak, sıçanlar üzerinde yapılan bir çalışma temel alınarak, insanlar için günlük kabul edilebilir alım miktarı (TDI) türetilmiştir. Bu değer, içme suyundaki siyanür konsantrasyonu için kısa süreli maruz kalma durumlarında uygulanabilir bir sağlık temelli değer sağlar. Bu değer, 60 kg ağırlığındaki bir yetişkinin günde 2 litre su tüketimi varsayılarak hesaplanmış ve son derece tutucu bir yaklaşımdır.

İçme suyunda siyanürün kokusunun algılanabileceği en düşük eşik değer 0,17 mg/l’dir, bu da sağlık temelli değerin altında bir konsantrasyondur. Bu, insanların sağlık için kabul edilebilir düzeylerin altındaki siyanür konsantrasyonlarını koklayarak algılayabileceği anlamına gelir. Ayrıca, içme suyunda bulunan siyanürün büyük bir kısmının, klor ile dezenfeksiyon sonucu oluşan siyanojen klorürden kaynaklandığı ve bu maddenin hızla siyanüre dönüştüğü belirtilmektedir. Bu nedenle, uzun süreli siyanür maruziyeti için ayrı bir kılavuz değeri belirlenmesine gerek görülmemektedir.

Potasyum siyanür veya potasyum siyanür kristalleri içeren petri kabı.

Siyanür Arıtımı, Kontrol Yöntemleri ve Performansı

Aktif karbon, siyanürü adsorbe etmek (kendine çekmek) için kullanılabilir. Adsorpsiyon izoterm testleri ile belirlendiği üzere, adsorbe edilen miktarın 2-3 mg/g olduğu bildirilmiştir. Bakır ilavesi kapasiteyi 25 mg/g’a çıkarmıştır. Bakır, karbon tarafından siyanürün katalitik oksidasyonunun verimliliğini artırır ve oluşan bakır siyanürler daha güçlü bir şekilde adsorbe edilir.

Granüler aktif karbonun (GAC) potasyum siyanürü adsorbe ettiği tespit edilmiştir; 1 mg/l oranında siyanür ultra saf suda hazırlanmış ve değişen miktarlarda GAC’ye (0–800 mg/l) eklenmiştir. 35 saatlik temasın ardından denge elde edilmiştir (%90-95 alım). İlk hızlar, GAC partikül boyutuna göre değişmiştir (9 µg/saat >1.4 mm, 22 µg/saat <0.5 mm). Siyanür miktarının, aşırı GAC olması koşuluyla, doğrudan başlangıçtaki siyanür konsantrasyonuyla değiştiği bulunmuştur. 1 mg/l potasyum siyanür (pH 9) ile karıştırılan 200 mg/l’lik bir GAC dozu, 20 saat sonra başlangıç konsantrasyonunun yaklaşık %32’sini, 33,5 saatlik temasın ardından da %45’ini adsorbe etmiştir. Alüminyum (10 mg/l), demir (10 mg/l), kalsiyum (100 mg/l) ve magnezyum iyonlarının (100 mg/l) varlığı, 2 saatlik bir temas süresi boyunca adsorpsiyonu %33-50 oranında azaltmıştır.

Hindistan cevizi bazlı aktif karbon ile 1 g/l’de arıtma yoluyla 20 mg/l’lik bir siyanür çözeltisinden yaklaşık %10 giderme elde edilmiştir. Karbonun gümüş veya bakır tuzları ile ön arıtımı adsorpsiyon kapasitesini büyük ölçüde arttırmıştır, gümüş nitrat en iyi sonuçları vermiştir.

40 mg/l’lik bir siyanür çözeltisine modifiye edilmemiş aktif karbon üzerindeki adsorpsiyon kapasitesi 7 mg/g karbon olarak rapor edilmiştir. Kolon testlerinde hızlı siyanür kırılımı gözlenmiştir (Adhoum & Monser, 2002). Benzer bir çalışmada, 40 mg/l’lik bir çözeltiden kapasitenin 6,6 mg/g olduğu bildirilmiştir (Monser ve Adhoum, 2002). 8 dakikalık boş hazne temas süresine sahip küçük ölçekli kolon testlerinde, siyanür kırılımı yaklaşık 50 hazne hacminin işlenmesinden sonra başlamış ve yaklaşık 100 hazne hacmi sonrasında tam kırılım gerçekleşmiştir.

Aktif karbon ile siyanür giderimi pH’a bağlıdır. pH 10’da 8 saat sonra, 1.5 g/l karbon ile işlenen 265 mg/l siyanür çözeltisinden %50 giderme elde edilmiştir. pH 7’de, aynı koşullar altında yaklaşık %90 giderme elde edilmiştir. Odun bazlı bir karbonun turba, kömür ve hindistancevizi bazlı karbonlara göre üstün olduğu bulunmuştur.

Ozon, alkali ortamlarda siyanür iyonu ile son derece hızlı reaksiyona girer; ortaya çıkan siyanat iyonu ozon tarafından çok daha yavaş oksitlenir. Oksidasyon reaksiyonu pH, sıcaklık, ozon dozu ve siyanür konsantrasyonundan etkilenir. Bakır ve diğer metallerin kompleks siyanürleri ozon ayrışmasına daha az uygundur. Ozon ile birlikte ultraviyole (UV) ışınlaması, giderme oranlarını iyileştirmemiştir. Genel olarak, ozonlama, atık sularda bulunabilecek daha büyük siyanür konsantrasyonlarının (>20 mg/l) tedavisi için daha uygundur.

Siyanür, hidrojen peroksit tarafından yavaşça ayrıştırılır. 3000 mg/l hidrojen peroksit ile muamele edilen 100 mg/l’lik bir çözelti, 4 saat sonra %80 ve 24 saat sonra %90 bozulmuştur. 25 W’lık bir cıva lambasından gelen UV ışınlaması ve 1200 mg/l hidrojen peroksit varlığında, 100 mg/l’lik bir çözeltinin tam bozunması 40 dakikada elde edilmiştir.

pH’ı 11’e ayarlanmış 157 mg/l siyanür içeren kaplama atığını arıtmak için ozon/hidrojen peroksit, UV/hidrojen peroksit, UV/ozon ve UV/ozon/hidrojen peroksitin etkinliği karşılaştırılmıştır (Kim, Qureshi & Min , 2003). 1500 W yüksek basınçlı cıva lambası, dakikada 6,4 mg/l ozon ve 0,68–2,72 g/l hidrojen peroksit kullanılmıştır. Bu sistemlerin tümü etkili olup, başlangıçta yüksek bir siyanür imha oranına sahiptir (yarılanma ömrü yaklaşık 15 dakika). Bununla birlikte, yalnızca UV/ozon/hidrojen peroksit, siyanür konsantrasyonunu 1 mg/l’nin altına düşürmüştür.

Nehir suyuna 100, 250 ve 500 µg/l oranında ilave edilen siyanürün oksidasyonu üzerine laboratuvar deneyleri yapılmıştır (Montiel & Ouvrard, 1985). Klor, klor dioksit ve ozon karşılaştırılmıştır. Klor dört seviyede dozlanmıştır: monokloramin (NH2Cl) oluşturmak için, kırılma noktasına (BP) ulaşmak için ve BP artı 1 ve 2 mg/l’de. Sonuçlar Tablo 4’te özetlenmiştir.

Serbest siyanür içeren çözeltilere klor uygulandığında, pratikte anında siyanür klorür oluşur. Siyanojen klorürün siyânata dönüştürülmesini sağlamak için pH’ın 8’in üzerine ayarlanması gerekir.

Siyanürü tamamen oksitleyerek azot oluşturmak için klorlamanın pratik bir işlem olması olası değildir, çünkü iki aşamalı bir işlem gereklidir. İlk aşamada, siyânata hızlı oksidasyon elde etmek (ve siyanojen klorür oluşumunu önlemek) için klorlama pH 11.5’in üzerinde gerçekleştirilir. Daha sonra siyanatın nitrojen gazına oksidasyonuna izin vermek için pH’ın 5-8’e düşürülmesi gerekir. Böyle bir süreç önerilmiştir, ancak muhtemelen atık su arıtımına daha uygundur: ilk aşamada, siyanür pH 11’de aşırı sodyum hipoklorit varlığında siyânata oksitlenir; ikinci aşamada siyânat, sodyum hipoklorit tarafından nitrojen ve diğer kararlı inert ürünlere, pH 9’a düşürülmüştür. Klor dioksit siyanürü oksitler, ancak pratik koşullar altında yalnızca siyânata dönüştürür.

Kaynaklar:

• İçme Suyunda Siyanür: WHO İçme Suyu Kalitesi Yönergelerinin Geliştirilmesi için Arka Plan Belgesi
• İçme suyu kalite parametre değerleri
• WHO İçme suyu kalitesine ilişkin yönergeler 2022 
• Siyanür Arıtma Yöntemleri