Teknik Bilgiler
| CAS Numarası | 7705-08-0 |
|---|---|
| Kimyasal Formülü | FeCl3 |
| Molekül Ağırlığı | 162,20 g/mol |
| Yoğunluk | 2,89 g/cm³ |
Demir(III) klorür, ferrik klorür olarak da adlandırılan, susuz biçimi FeCl3 formülüyle gösterilen inorganik bir demir tuzudur. İngilizcede iron(III) chloride veya ferric chloride adları kullanılır. Su ve atıksu arıtmada başlıca işlevi koagülasyondur: çok küçük parçacıkların kararlı biçimde askıda kalmasını sağlayan etkileşimleri değiştirir ve bunların ayrılabilir yumaklar, yani floklar oluşturmasına yardımcı olur.[1][3][4]
Arıtma etkisi yalnız başlangıçtaki tuza değil, suya katıldıktan sonra oluşan demir hidroliz ürünlerine ve hidratlı demir oksit/hidroksit katılarına dayanır. Bu nedenle uygunluk; ham suyun bileşimi, pH, alkalinite, karıştırma ve oluşan katıların uzaklaştırılması birlikte değerlendirilerek belirlenir.[4][5] Susuz katı, kristal suyu içeren hekzahidrat ve ticari sulu çözeltiler aynı kütlede eşit miktarda etkin madde sağlamaz.[1][2][8] Bu madde, kimyasalın arıtma kullanımını ele alır; fenollerin tanınmasında kullanılan Demir(III) klorür renk testinin analitik prosedürünü kapsamaz.
Kimyasal kimlik ve ticari formlar
Adındaki III, demirin bu bileşikte +3 yükseltgenme basamağında olduğunu belirtir. Susuz madde için CAS numarası 7705-08-0, formül FeCl3 ve molar kütle 162,20 g/mol olarak verilir. İncelenen üretici belgesinde susuz katının yoğunluğu 25 °C’de 2,89 g/cm³ düzeyindedir. Bu değer kristal malzemeye aittir; torbadaki tozun boşlukları da içeren yığın yoğunluğu veya bir dozlama çözeltisinin yoğunluğu değildir.[1]
Hekzahidrat, formül birimi başına altı su molekülü içeren FeCl3·6H2O biçimidir. CAS numarası 10025-77-1, molar kütlesi 270,30 g/mol olup sarımsı kahverengi kristaller veya kütleler halinde bulunabilir. Kristal suyu, ürün kütlesinin bir bölümünü oluşturduğundan susuz maddeyle kütlece bire bir ikame edilemez.[2]
Arıtma tesislerinde kullanılan sıvı ürünler ise tek bir saf madde değil, FeCl3 içeren sulu karışımlardır. Örneğin incelenen %35 sınıfı SDS, kütlece %34–36 ferrik klorür, %1’den az hidroklorik asit ve kalan miktarda su bildirir. Bu bileşim yalnız ilgili ürünün açıklamasıdır; bütün ticari çözeltilerin derişimi veya serbest asit içeriği olarak alınamaz.[11]
Üretim yolu da ürün değerlendirmesinde önemlidir. EPA’nın tedarik zinciri belgesi, Kuzey Amerika’da kullanılan yollardan biri olarak çelik asitleme akımlarından elde edilen demir(II) klorürün daha sonra yükseltgenmesini açıklar. Başlangıç hammaddesi ile üretim ve saflaştırma basamakları, arıtma ürünü şartnamesinden ayrı düşünülemez.[3] Buradaki ayrım, geri kazanılmış hammaddenin kendiliğinden uygunsuz sayılması değildir; uygunluğun kimyasal adından değil, doğrulanmış ürün kalitesinden anlaşılmasıdır.
Susuz katı higroskopiktir; havadaki nemi alır. Dolayısıyla depolanan katının su içeriği ve fiziksel durumu, hazırlanacak çözeltinin hesabını etkileyebilir.[12] Saf madde özelliklerinin ticari karışıma aktarılmaması, özellikle hacimle beslenen sistemlerde temel bir kayıt ilkesidir.
Suda davranışı ve koagülasyon mekanizması
Ferrik klorür suya katıldığında demir(III), suyla etkileşerek hidroksil içeren çözünmüş türler ve uygun koşullarda katı hidroliz ürünleri oluşturur. Demir hidroksit oluşumunun sadeleştirilmiş net gösterimi şöyledir:[5]
$$\mathrm{Fe^{3+}+3H_2O \rightleftharpoons Fe(OH)_3(s)+3H^+}$$
Burada Fe3+ çözünmüş demir(III)’ü, H2O suyu, H+ asitlik artışını ve s katı fazı gösterir; katsayılar molar oranlardır. Fe(OH)3, taze hidratlı demir çökeltilerinin mühendislikte kullanılan basitleştirilmiş temsilidir. Denklem, bütün çözünmüş türlerin dağılımını veya çökelme hızını hesaplayan eksiksiz bir model değildir.[5]
Yük nötralizasyonunda pozitif yüklü demir hidroliz türleri, çoğu zaman negatif yüzey yükü taşıyan kolloidlerin birbirini itmesini azaltır. Süpürme flokülasyonunda ise oluşan hacimli hidroksit çökeltileri, küçük parçacıkları kendi bünyesinde tutar. Çökelti yüzeylerine tutunma da bazı çözünmüş bileşenlerin uzaklaştırılmasına katkı verir. Bu yollar birbirini dışlamaz; aynı arıtma koşulunda birlikte etkili olabilir.[4]
Koagülasyon ile flokülasyon bu nedenle farklı fakat bağlantılı aşamalardır. İlki parçacıkların kararlılığının bozulmasıyla, ikincisi kararsızlaştırılmış parçacıkların çarpışarak büyümesiyle ilgilidir. Oluşan flokların çöktürme veya filtrasyonla ayrılması gerekir; yalnız kimyasal eklenmesi, kirleticinin sudan uzaklaştırıldığını göstermez.[4]
pH, ortamın asitlik durumunu; alkalinite ise asit ilavesine karşı nötralizasyon kapasitesini ifade eder. Hidrolizde açığa çıkan asitlik alkaliniteyi tüketebilir. Aynı başlangıç pH’sındaki iki su, farklı alkaliniteleri nedeniyle aynı ilaveye farklı pH değişimleriyle yanıt verebilir. Bu, yalnız başlangıç pH’sına bakılarak doz seçilmemesinin kimyasal gerekçesidir.[5][6]
Koagülasyon performansı için tek bir evrensel pH aralığı tanımlamak yanıltıcıdır. Bulanıklık, organik madde veya özgül bir çözünmüş kirletici hedeflendiğinde en elverişli koşullar değişebilir. Özellikle organik karbon giderimini artıran koşulların parçacık giderimini de aynı ölçüde iyileştireceği varsayılmaz.[6]
Su ve atıksu arıtma uygulamaları
İçme suyunda bulanıklık ve organik madde
Demir(III) klorür, içme suyu hazırlamada bulanıklık oluşturan parçacıkların ve doğal organik maddenin giderilmesinde kullanılan birincil koagülantlardan biridir. Organik maddenin bir bölümünün uzaklaştırılması, dezenfeksiyon yan ürünü oluşumuna katılan öncülleri de azaltabilir. Bununla birlikte koagülasyon, dezenfeksiyonun yerine geçen bir işlem değildir.[6][8]
Organik maddeler aynı ölçüde tutulmaz. EPA’nın geliştirilmiş koagülasyon kılavuzu, daha büyük ve hümik özellikli fraksiyonların daha kolay giderilebildiğini; kalan organik karbonun düşük molekül boyutlu, hümik olmayan bileşenlerden zenginleşebildiğini açıklar. Dolayısıyla görünür rengin azalması, bütün çözünmüş organik kirleticilerin giderildiği anlamına gelmez.[6]
Arsenik ve seçici adsorpsiyon
Yeni oluşan demir çökeltileri, arsenik gideriminde adsorpsiyon ve birlikte çökelme yüzeyleri sağlayabilir. Arsenik türleşmesi belirleyicidir: karşılaştırılabilir koşullarda arsenat, As(V), arsenite, As(III), göre genellikle daha kolay uzaklaştırılır. As(III) önemliyse ön yükseltgeme değerlendirilir; ferrik klorür ilavesinin bunu kendiliğinden ve yeterli ölçüde gerçekleştirdiği varsayılmaz.[7]
pH, rekabet eden çözünmüş bileşenler ve katı ayırma başarısı sonuçları etkiler. Bir model su deneyindeki giderim yüzdesi, farklı yeraltı sularına doğrudan aktarılmaz. Arsenik sudan ayrıldığında oluşan artık akımında izlenmesi de gerekir; işlem elementi yok etmez.[7]
Atıksuda fosfor ve çamur işlemleri
Atıksuda ferrik klorür, çözünmüş ortofosfatın katı faza aktarılmasında kullanılır. Süreç yalnız ideal bir demir fosfat tuzunun çökelmesiyle açıklanmaz; hidratlı demir oksit yüzeylerindeki bağlanma da önemlidir. Ortofosfat ölçümü ile toplam fosfor ölçümü bu nedenle aynı bilgiyi vermez.[5]
Kimyasal ilave ön, biyolojik veya ileri arıtma kademelerinde yapılabilir. Yer seçimi, sonraki biyolojik süreçlerin besin ve karbon gereksinimi ile çöktürme yükünü birlikte etkiler. Birincil arıtmada aşırı giderim, sonraki biyolojik işlemler için gerekli bileşenleri azaltabilir.[5] Ferrik klorürün çamur susuzlaştırmada kullanımı da vardır; ancak bu uygulamanın uygunluğu, içme suyu koagülasyonundaki sonuçlardan değil ilgili çamurun koşullandırma deneylerinden değerlendirilir.[3]
Ürün seçimi ve dozun belirlenmesi
Bir dozun anlamlı olabilmesi için hangi temelde bildirildiği açık olmalıdır: Fe olarak mg/L, susuz FeCl3 olarak mg/L, FeCl3·6H2O olarak mg/L ve ticari çözelti olarak mg/L farklı büyüklüklerdir. NHMRC’nin kimyasal bilgi sayfası da doz karşılaştırmalarında bu ayrımı özellikle vurgular.[8] Bir ürün değişiminde yalnız pompaya girilen sayının korunması, etkin kimyasal miktarının korunduğunu göstermez.
Doz seçiminin temel aracı jar testi, yani paralel kaplarda yürütülen koagülasyon deneyidir. Deneyde yalnız doz değil, koagülasyon pH’sı ve arıtma hedefi de tanımlanır. Sıcaklık, karıştırma ve numune alma koşullarının kaydedilmesi, sonucun hangi işletme durumunu temsil ettiğinin anlaşılmasını sağlar.[5][6]
Karşılaştırma yalnız en büyük görünen flok üzerinden yapılmaz. Bulanıklık hedefleniyorsa ayrılma sonrası bulanıklık; organik madde hedefleniyorsa organik karbon; fosfor hedefleniyorsa uygun fosfor fraksiyonları değerlendirilir. Jar testi sonucu, tesisin hidrolik ve katı ayırma koşullarıyla birlikte yorumlanmalıdır.[5][6] Evrensel doz reçetesi yerine bu yaklaşımın kullanılması, eksik bilgiyle sahte kesinlik üretilmesini önler.
Ürün kalitesi de proses performansından ayrı bir seçim ölçütüdür. Üretimle ilişkili iz elementler, mangan veya demir(II) içeriği arıtılmış suyu etkileyebilir. Kimyasal adının doğru olması, her safsızlık bakımından uygunluk kanıtı değildir.[8] Teslimat belgesi, analiz sertifikası ve SDS bu yüzden aynı belge gibi değerlendirilmez: bileşim/kalite kaydı ile tehlike bilgisi farklı soruları yanıtlar.
NSF/ANSI/CAN 60, içme suyu arıtma kimyasallarından suya taşınabilecek maddelerin sağlık etkileriyle ilgili bir standarttır. Ürün belgelendirmesinde formülasyon, üretim tesisi, analizler ve azami kullanım seviyesi dikkate alınır. Bir standardın varlığı, her ferrik klorür ürününün sertifikalı olduğunu göstermez; sertifika da belirli bir su için optimum koagülasyon dozu veya giderim garantisi değildir.[9]
Bu çerçevede koagülant karşılaştırması; etkin madde miktarı, gerekli pH düzeltmesi, arıtılmış su kalitesi ve katı ayırma üzerindeki etkiler birlikte ele alınarak yapılır. Farklı kimyasalların aynı litre veya aynı kilogram üzerinden karşılaştırılması tek başına yeterli değildir.[5][6][8]
Proses düzeni, izleme ve işletme
Hızlı karıştırmanın amacı kimyasalı suya dağıtmak ve temas sağlamaktır; flokülasyonda ise daha kontrollü karıştırmayla flok büyümesi desteklenir. Bunlar aynı karıştırma görevi değildir. Besleme noktası, temas ve ardından gelen ayırma basamağı birlikte tasarlanmalıdır.[5]
İzleme noktaları da bu işlem sırasını yansıtmalıdır. Ham su ölçümü giriş koşulunu, kimyasal ilavesinden sonraki ölçüm reaksiyon ortamını, çöktürme veya filtrasyon çıkışı ise ayrılma sonucunu temsil eder. Örneğin ham su pH’sı, ferrik klorür ilavesinden sonra oluşan koagülasyon pH’sının yerine kullanılamaz.[6]
Organik madde izlenirken toplam organik karbon ile çözünmüş organik karbon ayrımı yapılabilir. 254 nm’de ultraviyole absorbansı ve çözünmüş organik karbona göre normalize edilen özgül UV absorbansı, organik maddenin özelliklerine ilişkin yardımcı göstergelerdir. Bunlar tek tek organik kirleticilerin doğrudan ölçümü olarak yorumlanmaz.[6]
Kalıntı demir açısından çözünmüş demir ile taşınan demirli parçacıkların ayrılması önemlidir. NHMRC, üründeki demir(II)’nin çözünmüş demir taşınımını ve sonradan demir hidroksit çökelmesini artırabileceğini belirtir. Bu nedenle çıkışta demir görülmesi, yalnız dozun yüksek olduğuna karar vermek için yeterli değildir.[8]
İşletme değerlendirmesinde bir hedefteki iyileşmenin diğerlerini gölgelememesi gerekir. EPA kılavuzu, geliştirilmiş koagülasyonun bazı koşullarda daha kırılgan floklar, filtrelere katı taşınımı veya daha kısa filtre çalışma süreleriyle ilişkili olabileceğini açıklar. Organik karbon azalırken filtrasyonun kötüleşmesi, toplam proses başarısı sayılmaz.[6]
Ferrik klorürle eklenen klorürün tamamı demir çamuruyla uzaklaşmaz; arıtılmış suda kalabilir. Koagülant değişiminde klorür, pH ve alkalinite değişimleri korozyon kontrolüyle birlikte ele alınır. Korozyon çok değişkenli olduğundan yalnız klorür artışına bakılarak her tesiste aynı sonuç beklenmez.[6][8]
Performans kayıtlarında ürün adı ve partisi, dozun bildirim temeli, su koşulları ve örnekleme noktalarının birlikte bulunması, sonuçların karşılaştırılabilirliğini sağlar. Böylece ürün değişimi, ham su değişimi ve ayırma sorunu birbirine karıştırılmadan incelenebilir.
Depolama ve malzeme uyumluluğu
Konsantre ferrik klorür çözeltileri asidik ve birçok metal için aşındırıcıdır. Bu özellik yalnız tank gövdesi için değil, boru, vana, pompa ve bağlantıların ürünle temas eden bütün parçaları için değerlendirilir.[8][11] Sistemin tek bir bileşeninin uygun seçilmiş olması, bütün hattın uygunluğunu göstermez.
İncelenen tank üreticisi belgesi polietilen ve uygun FRP, yani cam elyaf takviyeli plastik, tank seçeneklerini ele alır; bağlantılar ve contalar için ayrıca malzeme önerileri verir. Ancak bu öneriler koşulsuz bir uyumluluk garantisi değildir. Ürün derişimi, sıcaklık ve ekipmanın tasarım sınırları için üreticinin yazılı uygunluk bilgisi esas alınmalıdır.[10]
Özellikle tankın mekanik derecelendirmesi ile depolanan çözeltinin yoğunluğu karıştırılmamalıdır. Tankın belirli bir özgül ağırlık yüküne dayanacak biçimde üretilmiş olması, içindeki sıvının aynı yoğunlukta olduğu anlamına gelmez. Benzer biçimde susuz FeCl3‘ün kristal yoğunluğu, bir sıvı tankının yük hesabında çözeltinin yoğunluğu yerine kullanılamaz.[1][10]
Atmosferik tanklarda dolum ve boşaltma sırasında yeterli havalandırma gerekir. Üretici teknik açıklaması, bu tankların basınç veya vakum altında çalıştırılmamasını ve polietilen tankların hareketlerinin esnek bağlantılarla karşılanmasını vurgular. Boruların bağımsız desteklenmesi, tank bağlantısına gereksiz mekanik yük aktarılmasını önler.[10]
Susuz katı için kuru ve iyi kapatılmış depolama önemlidir; güçlü bazlardan ve uyumsuz maddelerden ayrı tutulur.[12] Çözeltilerde ise ürünün kendi saklama talimatı geçerlidir. Bir laboratuvar katısının koşullarıyla dökme sıvı ürünün koşulları aynı kabul edilmez.
Seyreltme de yalnız bir konsantrasyon işlemi değildir; incelenen SDS suyla temasın belirgin ısı açığa çıkarabileceğini bildirir. Bu nedenle hazırlama ve aktarma yöntemi, ürünün güncel güvenlik bilgisine ve tesis prosedürüne dayanmalıdır.[11] Burada verilen uyumluluk çerçevesi, belirli bir tank veya pompa modelinin mühendislik onayının yerine geçmez.
Güvenlik, döküntüler ve arıtma artıkları
Arıtma kimyasalının kontrollü proses kullanımı ile konsantre ürünün doğrudan maruziyet tehlikesi ayrı konulardır. İncelenen %35 çözelti SDS’si, ciddi cilt yanıkları ve göz hasarı, yutulduğunda zararlılık ve metallere aşındırıcılık bildirir. Bu sınıflandırma ilgili karışıma aittir; farklı derişimler için ilgili ürünün SDS’si incelenmelidir.[11]
Maruziyetin önlenmesinde kapalı aktarma, uygun havalandırma, kimyasala dayanıklı eldiven ve giysi ile göz/yüz koruması birlikte değerlendirilir. Göz yıkama ve acil duş olanakları erişilebilir olmalıdır. Solunum korumasının gerekip gerekmediği, yalnız kokuya değil maruziyet değerlendirmesine dayanır.[11]
Susuz katı yanıcı değildir; buna rağmen yangında veya kuvvetli ısınmada tehlikeli gazlar oluşabilir. ILO/WHO kartı ayrıca bazlarla şiddetli reaksiyonları ve metal saldırısında yanıcı hidrojen oluşumu riskini belirtir. Bu nedenle “yanmaz” ifadesi “reaksiyon tehlikesi yoktur” şeklinde yorumlanmaz.[12]
Temas halinde ilgili SDS’nin ilk müdahale hükümleri izlenir. Göz ve cilt temasında suyla yıkama ve gecikmeden tıbbi değerlendirme önemlidir; yutma halinde kusturma önerilmez. Bu bilgiler bireysel tedavi talimatı değil, acil müdahale planının ürün belgesiyle uyumlu olması gerektiğini gösteren güvenlik çerçevesidir.[11]
Döküntüde öncelik, güvenli olduğu ölçüde yayılmayı sınırlamak ve kanalizasyon, hendek veya su ortamına ulaşmayı önlemektir. Toplama ve olası nötralizasyon eğitimli ekiplerin prosedürüne dayanır; döküntünün bol suyla sürüklenmesi kontrollü bertarafın karşılığı değildir.[11]
Arıtma artıkları ise dökülmüş konsantre üründen farklı değerlendirilir. Koagülasyon çamuru, demir çökeltileriyle birlikte sudan ayrılan maddeleri içerir. Özellikle arsenik gibi hedeflerde suyun temizlenmesi, kirleticinin artık akımında yönetilmesi gereğini ortadan kaldırmaz.[5][7] Çamurun uygun bertaraf veya değerlendirme yolu, yalnız kullanılan koagülantın adına göre belirlenemez.
İncelenen üretici SDS’si 27 Mayıs 2021 tarihlidir. Bu belge tehlike mekanizmalarını açıklamak için kullanılmıştır; işletmede teslim edilen ürünün güncel SDS’si ve yerel yükümlülükler ayrıca esas alınır. Aynı şekilde NSF/ANSI/CAN 60 açıklaması Türkiye’ye özgü bir mevzuat hükmü veya her ürün için verilmiş bir sertifika olarak okunmamalıdır.[9][11]