Ozonlama işlemi sırasında doğal kaynak suyunda bromat oluşumunu etkileyen parametreler ve bromat miktarının kontrolünü sağlayan uygulamalar

Ozonlama teknolojisi, sudan ağır metallerin uzaklaştırılmasını ve suyun dezenfeksiyonunu sağlaması nedeniyle, doğal kaynak suyu proseslerinde kullanımı yaygın olan bir uygulamadır. Ozonlama prosesinin suda meydana getirdiği değişimlerin olumlu etkilerinin yanında, ozonun kullanımını kısıtlayıcı yan etkileri de bulunmaktadır. Bu yan etkiler ile ilgili laboratuar ortamında yapılan çalışmalar yeterli gözükmesine rağmen, endüstriyel uygulamalar ile ilgili çalışmalar oldukça sınırlı ve yetersizdir. Bu çalışma ile tekniğine uygun ozonlama işlemine tabi tutulmuş doğal su örneklerinde, ozonlama işleminden sonra düzenlenen metotlarla oluşan bromat maddesinin doğru ölçümlenmesi sağlanarak, bromat oluşumunu etkileyen parametrelerin ve bromat oluşumunun kontrolünü sağlayan uygulamaların tespit edilmesi sağlanmıştır. Doğal kaynak suyu şişeleme tesislerinde genel olarak kaynak suyu, boru hatları boyunca su tesislerine taşınarak ozonlanmaktadır. Proses; preform şişirme, rinser (ozonlu yıkama) suyuyla şişe yıkama, dolum suyu ozonlama, dolum, kapaklama, etiketleme, paketleme ve paletleme aşamalarından oluşmaktadır. Bu çalışmada, üretim sürecinin belirlenen aşamalarında, su örnekleri alınmış; örneklerde kolorimetrik yöntemlerle ozon tayini ve kromatografik yöntemlerle (HPLC) bromat tayini gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmada ozonlama prosesi boyunca doğal kaynak suyu içerisinde doğal olarak bulunan bromür iyonunun ozon ile reaksiyonu sonucu oluşan bromat maddesinin çok düşük miktarları için ölçüm yönteminin geliştirilmesi çalışılmıştır. Ayrıca ozonlama sonucu oluşan bromatın pH, ozon dozu, sıcaklık ve temas süresi ile ilişkisi incelenerek; pH düşürülmesinin ve UV254 kullanımının bromat kontrolü üzerine etkisi araştırılmıştır. Bromat ölçümü konusunda hassas bir metot oluşturma çalışması, HPLC cihazında EPA 326 metodunun uygulaması ile birlikte bromat parametresinin 0,2 ppb düzeylerinde ölçüm yapılabilmesini sağlamıştır. Daha sonra çalışmada yapılan tüm bromat analizleri EPA 326 metodu ile gerçekleştirilmiş ve 'ppb' cinsinden raporlanmıştır. EPA 326 metodu sonuçları incelendiğinde, 0,035 ± 0,002 ppm aralığında ozonlama yapılmış sulardaki bromat ölçümleri arasındaki farkların 0,054 standart sapma ile istatistiksel olarak önemli düzeyde olmadığı görülmüştür (p<0,05). Çalışmada bromat ölçümü belirleme limiti 0,2 ppb, düşük konsantrasyon metodunun kalibrasyon eğrisinin korelasyon katsayısı 0,9989 ve yüksek konsantrasyon metodunun kalibrasyon eğrisinin korelasyon katsayısı 0,999 olarak belirlenmiştir. Yüksek konsantrasyon metodu rinser suyu bromat seviyelerini ölçümleyebilmek için, düşük konsantrasyonlu metot ise dolum suyu bromat seviyelerini ölçümleyebilmek için oluşturulmuştur. EPA 326 metodunda bromat KI ile reaksiyona girerek tri-iodide (I3-) oluşturmuş ve bu şekilde UV dedektör ile düşük konsantrasyonlarda tespit edilebilmiştir. Çalışmada, 0,035 ppm düzeyinde ozonlama işlemine tabi tutulmuş, sıcaklığı 24 ± 1°C, pH düzeyi 8,9 ± 0,1 olan su örneklerinin ozonla temas süresi ile bromat değerlerinin ilişkisi 30 gün boyunca incelenmiş olup ilk gün bromat ölçümü 0,28 ppb olarak kaydedilmiştir. Sonraki günlerde bromat değeri 0,015 standart sapma ile ortalama 0,48 ppb düzeyinde ölçülmüştür. 1 gün sonunda ozon tamamen yok olmuş ve ozon 1 günlük bekleme sonucunda örnekteki bromat değerini %71 oranında arttırmıştır. Bu bilgi tüm bromat ölçümlerinin 1 gün bekletilerek yapılmasının daha etkin bir ölçüm sağlayacağını göstermiştir. Bromat ve pH ilişkisi incelendiğinde ozon değerleri 0,03-0,04 ppm aralığında tutulmuş ve sıcaklığı 24 ± 1°C'ye sabitlenmiş örneklerin incelenmesi ile birlikte pH değeri ile bromat arasında %22,1 oranında pozitif korelasyon tespit edilmiştir (p<0,05). Bromat değerleri 0,4-0,63 ppb skalasında ölçümlenmiştir. Bromat ve sıcaklık ilişkisi incelendiğinde ozon değerleri 0,02-0,03 ppm aralığında tutulmuş ve pH değeri 8,9 ± 0,1 'e sabitlenmiş örneklerin incelenmesi ile birlikte sıcaklık ile bromat arasında %28,5 oranında pozitif korelasyon tespit edilmiştir (p<0,05). Bromat değerleri 0,2-0,35 ppb skalasında ölçümlenmiştir. Ozon dozu ile bromat ilişkisi incelendiğinde sıcaklığı 24 ± 1°C ve pH değeri 8,9 ± 0,1 olan örneklerin ozonlama skalası 0,021 ppm ile 0,054 ppm arasında tutulmuştur. Ozon dozunun artışı ile bromat ölçümlerinde %86,4 oranında pozitif korelasyon tespit edilmiştir (p<0,05). Bromat değeri 0-2,3 ppb skalasında ölçümlenmiştir. Rinser suyu, yüksek ozon uygulaması yapılarak hazırlanan ve şişe yıkama prosesinde kullanılan, bromat değerleri dolum suyuna göre daha yüksek skalada olan sulardır. Elde edilen sonuçlara göre, 1-1,3 ppm arasındaki rinser ozonlu su örneğinin bromat ölçümü 12,2-12,68 ppb skalasında kaydedilmiştir. Çalışmada, rinser sularının bromat değerinin dolum suyu bromat değerine olan kalıntı etkisi incelenmiş olup istatistiksel olarak önemli düzeyde bir korelasyon olmadığı tespit edilmiştir (p>0,05). Şişeleri rinser suyu ile yıkandıktan sonra 0,03-0,04 ppm skalasında ozonlandırılmış su ile doldurulan örneklerin bromat değerleri 0,5-0,56 skalasında ölçümlenmiştir. Ozon değerleri 0,04-0,05 ppm aralığında tutulmuş, ölçüm sıcaklığı 24 ± 1°C'ye sabitlenmiş pH 9,2 ± 0,1 değerine sahip örneklerinde, proses aşamasında kaynak değiştirme çalışması uygulanıp pH 8,5 ± 0,1 derecelerine düşürülerek bu uygulamanın etkisi incelenmiş, elde edilen sonuçlara göre, pH düşürülmesinin bromat değerinde ortalama %20,6 oranında azalmaya sebep olduğu görülmüştür (p<0,05). Sıcaklığı 24 ± 1°C'ye sabitlenmiş pH 8,9 ± 0,1 değerine sahip ve ozon değerleri 0,03-0,04 ppm aralığında tutulmuş su numuneleri UV254-C 330, UV254-C 400 ve UV254-C 800'den geçirilmiş ve ozon düzeylerinde sırasıyla ortalama; %25, %21,6 ve %20,26 oranında azalma olduğu tespit edilmiştir. UV254 öncesi ve UV254 sonrası ozon sonuçları arasında istatistiksel olarak önemli düzeyde korelasyon tespit edilmiştir (p<0,05). Numunelerin ortalama bromat değerlerinde sırasıyla %20,5, %16,6 ve %15,9 oranında azalma olduğu tespit edilmiştir. UV öncesi ve UV sonrası bromat sonuçları arasında istatistiksel olarak önemli düzeyde korelasyon tespit edilmiştir (p<0,05). Sıcaklığı 24 ± 1°C'ye sabitlenmiş ozon değerleri 0,03-0,04 ppm aralığında tutulmuş farklı pH değerlerine sahip numunelerde UV254-C 800 ışınlama sistemi uygulanarak; pH 8,5 olan örneklerin ortalama bromat değerlerinde %35 oranında, pH 8,8 olan örneklerin ortalama bromat değerlerinde %40 oranında azalma olduğu tespit edilmiştir (p<0,05). Bromat miktarındaki UV254 uygulaması ile meydana gelen azalma miktarları arasında önemli bir farklılık tespit edilmemiştir (p>0,05).