AZOT VE AZOTUN ÖNEMİ

Dersin Adı: Atıksulardan Azot ve Fosfat Uzaklaştırma Teknikleri

Sorumlu Öğretim Üyesi: Prof.Dr. Halil KUMBUR

Hazırlayan: Olcay GÜLÇİÇEK

AZOT VE AZOTUN ÖNEMİ

Azot, periyodik cetvelde N simgesi ile gösterilen bir element olup atom numarası 7 dır.

Renksiz, kokusuz, tatsız ve inert bir gazdır. Azot, dünya atmosferinin %78'ini oluşturur ve

tüm canlı dokularda bulunur. Azot ayrıca, amino asit, amonyak, nitrik asit, ve siyanür gibi

önemli bileşikler de oluşturur.

Azot bir ametal olup elektro-negatiflik değeri 3,04 tür. Dış yörüngesinde beş elektron bulunur

ve dolayısıyla pek çok bileşiğinde 3 değerlidir. Saf azot, oda sıcaklığında renksiz ve reaktif

olmayan bir gazdır. Dünya atmosferinin %78.08'ini oluşturur. 77 K de yoğunlaşır ve 63 K de

donar. Sıvı azot iyi bilinen bir dondurucudur.

Azot adının İngilizcesi olan Natrium sözcüğü, (Latince nitrum, Yunanca ("doğal soda",

"genler", "şekillenmek" anlamında olan) Nitron dan gelmektedir. Daniel Rutherford 1772'de

azotu keşfettiğinde onu zararlı hava veya sabit hava olarak adlandırmıştır. Havanın belli bir

oranının yanma olayında yer almadığı, 18. yüzyıl kimyacıları tarafından iyi bilinmekteydi.

Azot, yaklaşık aynı tarihlerde Carl Wilhelm Scheele, Henry Cavendish ve Joseph Priestley

tarafından da araştırılmaktaydı. Antoine Lavoisier de azotu, Yunanca αζωτος "cansız"

anlamına gelen azote olarak adlandırmıştı. Bu sözcük Fransızcada kullanılır oldu ve sonraları

pek çok dile girdi.

Azot bileşikleri orta çağlarda biliniyordu. Simyacılar nitrik asidi aqua fortis olarak

biliyorlardı. Altını çözebilen karışım olması dolayısıyla, nitrik asit ve hidroklorik asit

karışımı; aqua regia (kral suyu) olarak biliniyordu. Azot bileşiklerinin ilk endüstriyel ve zirai

kullanımı; güherçile (sodyum veya potasyum nitrat) ve kısmen de barut yapımı şeklinde oldu.

Daha sonraları da gübre ve kimyasal hammadde olarak kullanıldı.

Kullanım alanları;

Azot bileşikleri

Moleküler azot, atmosferde reaktif değildir fakat doğada, canlı organizmalar (bakteriler)

tarafından biyolojik ve endüstriyel anlamda faydalı bileşiklere dönüştürülür. Endüstriyel

1

anlamda azot ve doğal gaz, Haber prosesi ile amonyağa dönüştürülür. Amonyak da ya gübre

olarak, ya da patlayıcılar gibi başka maddelerin üretiminde (Ostwald prosesi ile nitrik asit

üretimi) başlangıç maddesi olarak kullanılır.

Azot tuzları içinde en önemlilerinden biri potasyum nitrat (veya saltpeter: güherçile) olup

tarih boyunca barut yapımında kullanılmıştır. Diğer bir tuz da amonyum nitrattır ve gübre

olarak kullanılır. Diğer azotlu organik bileşikler nitrogliserin ve trinitrotoluen olup patlayıcı

yapımında kullanılırlar. Nitrik asit sıvı yakıtlı füzelerde oksitleyici olarak kullanılır. Hidrazin

ve türevleri füze yakıtlarında kullanılır.

Moleküler azot (gaz ve sıvı)

Azot gazı, sıvı azotun ısınarak buharlaşmaya bırakılmasıyla kolayca elde edilebilir. Çok geniş

kullanım alanları olup, oksidasyonun istenmediği ortamlarda hava yerine kullanılabilir:

Paketlenmiş gıdaların tazeliğini korumak için,

Güvenlik amacıyla sıvı patlayıcıların üzerini örtmek için,

Transistor, diyot ve bütünleşmiş devre gibi elektronik parçaların üretiminde,

Paslanmaz çelik üretiminde,

inert, nemsiz ve oksitleyici olmayan özelliklerinden dolayı otomobil ve uçak

tekerleklerinin doluşunda.

Sıvı azot endüstriyel anlamda ve büyük miktarlarda sıvılaştırılmış havadan destilasyon

yoluyla üretilir ve LN2 şeklinde tanımlanırsa da doğru yazılış şekli N2(l) dır. Dondurucu bir

sıvı olup canlı dokuyla temas etmesi halinde ani donmaya neden olur. Ortam sıcaklığından

uygun şekilde izole edilmesi durumunda, basınç uygulaması gerektirmeyen bir azot gazı

kaynağı oluşturur. Suyun donma noktasının çok altındaki sıcaklıklarda kalabilme özelliği (77

K, -196°C veya -320°F), sıvı azotun çok değişik alanlarda kullanımını mümkün kılar:

Gıda ürünlerinin daldırılarak dondurulması ve taşınımı,

Canlı dokuların, üreme hücrelerinin (sperm, yumurta), ve diğer biyolojik örnek ve

malzemelerin dondurularak korunması,

Bilim eğitimindeki görsel deneylerde,

Yüksek hassasiyetteki algılayıcılar ve düşük gürültü seviyeli amplifikatörlerde

soğutucu olarak,

2

Dermatolojide, nahoş görünümlü siğil veya potansiyel kanser riski taşıyan cilt

yaralarının alınmasında,

CPU veya GPU gibi bilgisayar donanımlarının soğutma sistemlerinde soğutucu olarak.

Elde edilmesi;

Azot, sodyum azidin (NaN3) ve amonyum dikromatın bozunması ile saf olarak elde edilebilir:

NaN3 → 2Na + 3N2 (300°C)

(NH4)2Cr2O7 → N2 + Cr2O3 + 4H2O

Azot eldesinde kullanılan bir diğer yöntem ise, amonyağın kireç kaymağı ile reaksiyonudur:

2NH3 + 3Ca(OCl) → 3CaCl3 + N2 +3H2O

Azot Bileşikleri;

Amonyak 

Amonyum tuzlarının baz ile reaksiyonu sonucunda elde edilir. 

NH4X + OH- à NH3 + H2O + X- 

Endüstriyel olarak Haber-Bosch yöntemi ile elde edilir. Bu reaksiyon 400–500ºC’ de 102–103

atm basınç altında katalizör varlığında gerçekleşir. 

N2(g) + 3H2 (g)  2NH3 (g) DH = -46kJ/mol 

Amonyak renksiz, keskin kokulu bir gazdır(KN: -33.35 ºC). Sıvı amonyak dielektrik sabitinin

sudan küçük olması nedeniyle organik bileşikler için iyi bir çözücüdür. Fiziksel yapısı suya

benzediği için kuvvetli H bağları oluşturur. Elektropozitif metallere karşı sudan daha az

reaktiftir. 

Amonyak gazı havada yanar 

3

4NH3 (g) + O2 (g) 2N2(g) + 6H2O 

Hidroksil amin 

Hidroksil amin (NH2OH) amonyaktan daha zayıf bir bazdır. Nitrat ve nitritlerin elektrolitik

olarak yada SO2 ile kontrollü şartlarda indirgenmesi ile elde edilir. Beyaz renkli karalı

olmayan bir katıdır. Sulu çözeltisi veya (NH3OH)Cl , (NH3OH)2SO4 gibi tuzları indirgen

olarak kullanılır.

Hidrazin 

Hidrazin (N2H4) amonyaktaki bir hidrojen yerine NH2 grubunun geçmesi sonucunda oluşur.

Bifonksiyonel bazdır. Susuz N2H4 dumanlar oluşturan renksiz bir sıvıdır. Kaynama noktası

114 ºC dır. Havada ısı vererek yanar. 

N2H4(s) + O2 (g) à N2 (g) + 2 H2O (s) 

Bazik sulu çözeltilerinde kuvvetli bir indirgendir. Kendisi yükseltgenerek azotu oluşturur.

Amonyak çözeltisinin sodyum hipoklorit ile etkileşmesinden elde edilir. 

NH3 + NaOCl à NaOH + NH2Cl (hızlı)

NH3 (g) + NH2Cl + NaOH à N2H4 + NaCl + H2O

Nitroz Oksit (N2O) 

Amonyum nitratın ısısal bozunması sonucunda elde edilir. Reaksiyon ortamında safsızlık

olarak bulunan NO, gaz karışımının demir(II) sülfat çözeltisinden geçirilmesiyle yok edilir.

Oda sıcaklığında halojenlere, alkali metallere ve ozona karşı inerttir. Isıtılınca N2 ve O2 ye

ayrışır. Anestetik olarak kullanılır. 

250ºC

NH4NO3 àN2O + 2H2O

4

Nitrik Oksit (NO) 

Nitrat ve nitrit çözeltisinin, nitrik asidin indirgendiği reaksiyonlar sonucunda oluşur. Örneğin

8 N nitrik asidin indirgenmesi ile elde ediliş reaksiyonu aşağıdaki gibidir. 

8 HNO3 + 3Cu  à3 Cu(NO3)2 + 4H2O + 2NO 

Suda bulunan (NO2)- iyonunda bulunan azotun indirgenmesi ile de elde edilir. 

2NaNO2 + 2NaI + 4H2SO4  à I2 + 4NaHSO4 +2H2O +2NO

2NaNO2 + 2FeSO4 + 3H2SO4àFe2(SO4)3 +2NaHSO4 + 2H2O +2NO

Azot dioksit (NO2) ve Diazottetraoksit (N2O4)

Gaz veya çözelti fazında bu iki oksit arasında şu denge vardır. 

2NO2 N2O4 

N2O4 renksiz ve dia manyetiktir. NO2 ise kahverengi ve para manyetiktir. N2O4 ve NO2

karışımı metal nitratlarının ısıtılması veya nitrik asidin ve nitratların indirgenmesi sonucunda

elde edilir. Bu iki gaz son derece toksiktir. Metallerle hızlı bir şekilde reaksiyon verir. 

2NO2 + H2O HNO2 + HNO3

NO2 ‘nin ısısal bozunması ile NO ve hidrojen gazı oluşur. 

NO2 2NO + H2 

N2O4 çözücü olarak kullanılır. Susuz  nitratların ve nitrat komplekslerin elde edilmesinde

kullanılır. 

Diazot Pentaoksit (N2O5) 

5

Kararlı olmayan renksiz kristaller halindedir. Nitrik asidin anhidritidir. Katı halde nitronyum

ve nitrat iyonları [(NO2)+ (NO3)-] halindedir 

2HNO3 +P2O5 à 2HPO3 +N2O5  

Reaksiyonu sonucunda elde edilir. 

Azot bileşiklerinin +5 ile -3 değerlikleri arası yaptığı bileşiklerden örnek yukarıdaki tablo da

verilmiştir.

Reaksiyonları;

Hava ile Reaksiyonu 

Azot normal koşullar altında hava ile reaksiyon vermez. 

Su ile Reaksiyonu 

Azot gazı su ile reaksiyon vermez. 

6

Halojenler ile Reaksiyonu 

Azot gazı normal koşullar altında halojenler ile reaksiyon vermez. 

Asit ve Baz ile Reaksiyonu  

Azot gazı normal koşullar altında asitlerle ve bazlarla reaksiyon vermez.

  SU KİRLİLİĞİNDE AZOTLU MADDELERİN ETKİLERİ

Azot bileşikleri su kirliliğinde yaptığı başlıca etkiler, ötrofikasyon, oksijen derişiminin

etkilenmesi ve içme sularında neden olduğu toksikolojik sorunlardır. Canlı besin maddelerinin

temel taşlarındandır. Canlı bünyesinde, besin maddelerinde ve ölü organizmalarda bulunan

azot, doğada azot çevrimi olarak adlandırılan bir döngü içinde sürekli bir dolanım halindedir.

Bu biyojeokimyasal döngü sırasında azot, çeşitli oksidasyon aşamalarından geçer. Azot

döngüsünde önemli olaylar; moleküler azotun bağlanması amonyaklaşma, nitrifikasyon ve

denitrifikasyon dur.

YÜZEYSEL SULARDA AZOT BİLEŞİKLERİNİN KAYNAKLARI

Yüzeysel sulara karışan azot bileşikleri doğal ya da antropojen kökenli olabilir.

Toplama havzasının özelliklerine göre suların azot yükünün bileşimi büyük farklılıklar

görebilir. Günümüzde inceleme konusu olan yüzeysel sularda antropojen kaynaklı azot

yüklerinin doğal kaynaklı olanlara kıyasla çok daha büyük önem taşıdığı görülmektedir.

Yüzeysel suların doğal azot yükleri bu ortamlarda bulunan mikroorganizmaların bağladığı,

yağışların getirdiği azot bileşiklerden oluşur. Bunun ötesinde yüzey akışı veya yeraltı akışı

sırasında sulara karışan azot bileşikleri de doğal azot yükünün bir bileşimini oluşturur.

Antropojen etkilerden uzak bölgelerdeki yağmur sularının getirdiği azot yüklerine;

0,2 g/m3 toplam azot ( İsveç’te yağmur sularında ölçülmüştür.)

0,18 g/m3 toplam azot (Sierra Nevada, A.B.D. de kar ölçümleri), örnekleri verilebilir.

Endüstrileşmenin ve kentleşmenin yoğunlaştığı bölgelerde yağmur sularındaki azot

miktarının daha yüksek değerlere (1 g toplam N/m3)’ e ulaştığı gözlenmiştir.

Topraktan gelen azot yükleri zemin cinsi, iklim ve bitki örtüsü tarafından farklı

şekillerde etkilenmekte ve

0,1 – 2,0 gN/m3 (amonyum olarak)

0,01 – 0,1 gN/m3 (nitrit olarak)

7

0,8 – 7,0 gN/m3 (nitrat olarak)

gibi farklı sınırlar arasında değişen azot değerleri verilmektedir.

Antropojen azot yüklerinin belirlenmesinde kaynaklar noktasal ve dağınık olarak iki

grupta sınıflandırılır. Noktasal kaynakları, kentsel endüstriyel atık su kanalizasyonu çıkışları

oluşturur. Ayrıca; yağmur suyu kanalizasyonları, bileşik kanalizasyon sistemleri ve çöp

deponileri de önemli noktasal kaynaklardır. Dağınık kaynaklar, azot yükünün verilme şekline

göre iki gruba ayrılır. Bunlardan birincisi, toprak drenajından yıkanma yoluyla gelen azot

yüklerinin oluşturduğu kaynaklar, ikincisi ise, su kütlesine azot yükünün doğrudan girdiği

dağınık kaynaklardır.

Noktasal Kaynaklar

Noktasal azot yüklerinin en önemlisi; kentsel atıksu arıtma tesislerinin çıkış suyudur.

Atık sularda bulunan organik ve anorganik azot bileşiklerinin genellikle üre ve proteinden

oluştuğu bilinmektedir. Konvansiyonel mekanik biyolojik arıtma tesisleri bu atık sulardaki

toplam azotun % 40 kadarını giderebilir. Tesise özgü işletme koşullarına bağımlı olarak

boyutları değişebilen bir nitrifikasyon da söz konusu olur. Kentsel atık su tesislerinin yanı sıra

bazı endüstri kuruluşları da noktasal azot yükü kaynakları oluştururlar. Bunların içinde en

önemlileri, koklaştırma tesisleri, bazı kimyasal endüstriler (yapay gübre, Amonyum Nitrat

(%26-%33 Azot içeren… Gibi ve nitroselüloz fabrikaları) yoğun hayvancılık tesisleri, tekstil

(yün) gıda endüstrileri, deri endüstrileri, bira fabrikaları, süt endüstrileri ve mezbahalardır.

Dağınık Kaynaklar

Antropojen kökenli dağınık kaynakların en önemli bölümünü tarımsal üretim

oluşturur. Bunun nedeni toprağın fosfat ve amonyum iyonlarına kıyasla nitrat iyonlarının daha

güç bağlayabilmesi ve sonuçta drenaj sularıyla bu iyonların yıkanmasıdır. Topraktaki nitrat

iyonlarının kaynağı ise gübreler ve toprakta bulunan organik maddenin mineralleşmesidir.

Doğal gübrelerin kullanılması halinde bile toprak bakterilerinin metabolik faaliyetleri

sonucunda nitrat iyonları oluşacağından zaman içinde bunların yıkanması söz konusudur..

Tarımsal arazinin drenajı ile oluşan nitrat yükü çeşitli faktörlere bağımlıdır. Bunlarının

en önemlileri:

Bitkilerin cinsi, besi maddesi gereksinimi ve büyüme süresi

Toprağın fiziksel ve kimyasal özellikleri, toprak nemliliği ve yeraltı su hareketleri

Gübrelemenin cinsi, miktarı ve zaman içindeki dağılım

Yağış miktarı ve zaman içindeki dağılımları

8

Arazinin topografyasıdır.

YÜZEYSEL SULARA VERİLEN AZOTUN ETKİLERİ

Sulara verilen organik azot, amonyak ve nitrit, biyolojik süreçler aracılığı ile nitrat

şekline dönüşebilmektedir. Bu reaksiyonlarda tüketilen oksijen önemli boyutlara

ulaşmaktadır. (4,57 g O2/g NH4+-N). Çamur yükü yüksek olan arıtma tesislerinin çıkış suyu,

yüksek derişimlerde amonyak içerir. Bu durumlarda alıcı ortamdaki oksijen tüketimi çıkış

suyunun amonyak derişimi ile belirlenir ve akarsudaki nitrifikasyon süreçleri, organik

maddelerin heteretrof parçalanmasında çok daha fazla oksijen tüketimine neden olur. Organik

maddelerin heteretrof organizmalar tarafından parçalanması yoğun bir bakteri faaliyetini

içerir, kısa akarsularda bu parçalanma tamamlanır. Buna karşın nitrifikasyon olayı çok daha

yavaş gerçekleştiğinden tamamlanması genellikle çok uzun akarsu boyları gerektirir.

Liebig’in minimum yasasına göre bir ortamdaki büyüme hızı, bu ortamda bulunan

nütrientler içinde en kısıtlı olan nütrient tarafından belirlenir. Yüzeysel su ortamlarında

birincil üretimin sınırlayabileceği faktörler azot ve fosfor olmaktadır. Bu nütrientler

kullanılmış sularda önemli ölçülerde bulunabildikleri için birincil üretimi hızlandırmakta,

böylece ötrofikasyona neden olmaktadır. Ortalama atık su kompozisyonları incelendiğinde,

ötrofikasyon açısından yukarıda sözü geçen büyüme minimumu azottan çok fosforun

etkileyebileceği ortaya çıkmaktadır. Azota ötrofikasyon açısından anahtar görevi

düşmemekler beraber, akarsu ve göllerdeki primer metabolizmanın dinamiği açısından

mutlaka incelenmesi gerekmektedir.

İÇME SUYUNDA AZOT BİLEŞİKLERİ

İçme suyu temininde hijyenik ve toksikolojik açıdan azot birleşiklerinin önemi büyüktür.

a) Amonyum

Yüzeysel sulardan temin edilen içme sularında amonyum derişimlerinin yüksek olması

halinde karşılaşılan sorunlar;

- Suların dezenfeksiyonu sırasında klor tüketimi olağanüstü derece artmakta ve

kanserojen olma klorlu organik maddeler ortaya çıkması,

- Amonyak içeren içme suları dağıtım şebekelerinde bakteri büyümesine neden

olmasıdır.

9

İçme suyu sağlamak amacı ile kullanılacak olan yüzeysel sularda amonyum derişimlerinin

0,2–1,5 g/m3 arasında olması istenmektedir. Sınır değerini sağlayabilmek için toplama

havzasında bulunan arıtma tesislerinde tam nitrifikasyon yapılmalıdır.

b) Nitrat

İçme suları ile bünyeye giren nitratlar, barsak kanalında 4-12 saat içimde absorbe olur ve

böbrekler aracılığıyla vücuttan atılırlar. Bu mekanizmanın yanı sıra vücuda giren nitratlar,

tükrük bezlerinde yoğunlaştırılmış olabilirler. Ağızda anaerobik ortamlarda nitrite

indirgenirler. Nitratların toksikolojik etkilerini,

— Primer toksisite: içme sularında nitrat derişimleri 500 g NO3- /m3 değerini aşmaması

halinde yetişkinlerde bağırsak, sindirim ve idrar sisteminde iltihaplanmalar görülmektedir.

— Sekonder toksikoloji: içme sularındaki yüksek nitrat derişimleri bebeklerde

“methamoglobina” hastalığına neden olmaktadır. Bu ortamda nitratlar nitrite indirgenmekte

ve sindirim sisteminde oluşan nitrit kandaki hemoglobin ile reaksiyona girerek

methemoglobin oluşmaktadır. Hemoglobin içerdiği Fe3+’e yükseltgenmekte ve böylece kan

oksijen taşınım işlevini yitirmekte, bunun sonucu bebekler boğularak ölmektedir. İlerleyen

yaşlarda bu etki midedeki asidin artması sonucu ortadan kalkmaktadır.

— Tersiyer toksikler: tersiyer toksisite nitritlerin asit ortamında sekonder ve tersiyer aminler,

alkil amonyum bazlar ve amidlerle reaksiyona girmeleri sonucunda ortaya çıkar. Bunun

sonucunda nitrosaminler ve nitrosamidler oluşur. Son yıllarda yapılan araştırmalarla bu

bileşiklerin (özellikle dimetil nitrosamin ve dietil nitrosamin) kuvvetli kanserojen etkileri

saptanmıştır.

10

AZOT DÖNGÜSÜ;

Azot, amino asitlerle, bunlardan türeyen proteinler başta olmak üzere, amin, amid, nitro

bileşikleri gibi organik maddelerin yapısına girebilen bir elementtir.

 

İnorganik bileşikler, azot atomunun dış yörüngesindeki elektron sayısı nedeniyle -3 ile +5

arasında değişen değerliklerde azot ihtiva edebilirler. Aşağıdaki sıralamaya göre hemen tümü

gaz halde olan ve beşinci ile yedincisi kuvvetli asit anhidriti olan çeşitli inorganik azot

bileşikleri doğada bulunur:

 

11

 

•        NO ve NO2 bileşikleri önemli hava kirleticilerindendir.

•         Yüksek sıcaklıkta veya atmosferde yıldırım, şimşek gibi elektrik deşarjları sırasında

havanın N2 ve O2’inden kimyasal reaksiyon yoluyla oluşur.

•         Çevresel önemlerine karşılık biyokimyasal reaksiyonlara girmeyen bu maddelerin

dışında kalan NH3, NO2, N2O3, ve N2O5 gibi azotlu bileşikler, çeşitli yollardan organik

azotlu bileşiklere dönüştürülebilmektedir.

 

Örneğin, atmosferde elektrik deşarjları sırasında NO ve NO2’nin yanı sıra oluşan, bir üst

seviyedeki oksitlenme ürünü azot pentaoksit (N2O5), atmosferde yağış ile yıkanarak nitrik asit

(HNO3) şeklinde toprağa inmektedir. Toprakta bir bitki besin tuzu olan NO3− iyonu, klorofilli

organizmalarca özümlenerek, protein üretiminde kullanılır. Sadece bazı bakteri türleri

havanın serbest azotunu organik azota çevirirler.

N2+özel bakteriler — protein

 

Ayrıca amonyak ve amonyum bileşikleri (üre) daha fazla protein üretimi için toprağa

verilebilir. Yalnızca klorofilli bitkilerden özümleme yoluyla bitkisel protein şeklindeki

organik azot bileşikleri haline dönüşen azot,bu bitkilerin ölüp su dibine sediment veya toprağa

ölü bitki parçaları halinde çökelmesinden sonra,parçalayıcı bakteriler tarafından ayrıştırılır.

Bu ayrışma bitkileri yiyerek beslenen veya birbirlerini yiyen hayvanlara geçerek bu kez

hayvansal protein halini alan organik azot bileşiklerinde de benzer şekilde meydana gelir.

Hetotrofik bakterilerin etkisi organik azotlu bileşikler taşıyan hayvansal sıvı ve katı atıklarda

da ayni şekildedir. Buradaki ayrışma ürünü ister anaerobik ister aerobik olsun proteinlerin

ayrışma ürünü her seferinde amonyaktır. NH3 bilindiği gibi anorganik azot bileşiklerinin en

fazla redüklenmiş halidir. Doğada yine biyokimyasal yoldan Nitrosomonas grubu bakterilerin

etkisiyle oksijenli ortamda nitrite oksitlenir ve oluşan nitrit çok daha hızlı bir reaksiyonla

nitrata oksitlenir. 

12

Böylece bir doğal çevrenin tamamlandığı göz önünde bulundurularak doğal azot devri

yukarıdaki şekildeki gibi gösterilebilir.

Azot çevrimi yükseltgenme yönünden aerobik, indirgenme yönünden anaerobiktir.

Amonyağın nitrata dönüşümü olayına nitrifikasyon denir. Nitrifikasyonun gerçekleşmesinden

sorumlu doğal nitrifikasyon bakterileri; Nitrosomanas ve nitrobakter dediğimiz iki tip

organizmadan oluşur. Nitrifikasyon koşulların elverişli olması halinde meydana gelen;

yüzeysel sularda, bunlara karışan arıtılmış sularda, ve dıştan havalandırma ile arıtım sağlanan

biyolojik atıksu arıtma tesislerinde fazladan çözünmüş oksijen kaybına yol açan, istenmeyen

bir proses olmakla birlikte; amonyağın tasfiyesi içinde uygun, doğal bir sistemdir.

Diğer taraftan anaerobik koşullarda nitrifikasyonun tersi,son aşamada havanın doğal bileşeni

olan N2 nin oluşup havaya çıkmasıyla biten denitrifikasyon olayı ile oluşur. Aktif çamur

sistemi ile çalışan arıtma tesislerinde serbest kalan azot gazı, son çökeltme havuzunda

çamurun yüzeye çıkmasına neden olabilir. Bu reaksiyon oksijensiz koşullarda bataklık

yerlerde suda nitrat konsantrasyonlarının azalmasına sebep olur. Denitrifikasyon yararı

sularda istenmeyen alg ve diğer bitkilerin gelişimine yol açan azot bileşiklerinin

uzaklaştırılmasını sağlamasıdır.

 

AZOTLU BİLEŞİKLERİN ÇEVRESEL ÖNEMİ

 

 

•     İçme ve kullanma sularıyla, yüzeysel suların ve kirlenmiş su kütlelerinin içerdiği

organik ve inorganik azotlu bileşiklerin ölçümü birçok bakımdan önem taşır.

•    İçme suyunda NH3 tespit edilmesi, fekal bir kirlenmeye işaret eder.

13

 

 

•     Şekilde görüldüğü gibi amonyak azotu zaman içinde azalmaya başlamakta ve buna

karşılık nitrit ve sonra nitrat artmaya başlamaktadır.

•     Buna göre, genel olarak, organik azot ve amonyak kirlenmenin yeni ve nitrit ve

nitrat ise kirlenmenin eski olduğunu ifade edecektir.

 

NO3- iyonunun sularda fazla miktarda bulunmasının, bu suyu içen toplumlarda bebekler

arasında metemoglobinemya adı verilen kalp ve dolaşım bozukluğuna neden olduğu öne

sürülmektedir. Bu nedenle örneğin, A.B.D. Çevre Koruma Ajansı (E.P.A.) içme suları ile

ilgili normlarda nitrat azotunun (NO3—N) 10 mg/L ile sınırlı kalmasını istemektedir.

 

Ülkemiz içme suyu standardı TS 266 da ise nitrat için maksimum müsaade edilen yoğunlaşma

olarak 45 mg/l söz konusudur.

 

Bu sakıncalara karşılık azotlu maddeler, biyolojik arıtma tesislerinde belirli oranlarda

bulunması zorunlu olan besleyici unsurlardır. Arıtılacak olan atık suların, mevcut BOİ: N,

100:5 oranını geçecek şekilde azotlu maddenin dışarıdan atık suya eklenmesi gereklidir. Bu

ise doğal olarak işletme ekonomisini etkileyen bir unsurdur.

Azot deneyleri genelde biyolojik arıtmanın verimini kontrol için yapılır. BOI testinin

yardımıyla organik maddenin stabilizasyonunun nitrifikasyon kademesine gelmeden

14

başarılabileceğini göstermiştir. Bu ayni zamanda amonyak gideriminin zorunlu tutulmadığı

durumda hem zaman hem de hava verilmesini azalttığından bir kazanç sağlamaktadır. Arıtma

tesislerinin dizaynın da ve işletmesinde yukarıda sayılan sebeplerden dolayı azot kontrolu

önem kazanmıştır. Ayrıca balık hayatı üzerindeki toksik etki yüzünden de çeşitli sınırlamalar

getirilmiştir.

ANALİZ YÖNTEMLERİ

Çevre mühendisleri genel olarak dört önemli azot formu ile ilgilidir. Bunlar amonyak azotu,

nitrit azotu, nitrat azotu, ve organik azot olup yüzeysel sularda ve kirletilmiş sularda ölçülmesi

gereken azot şekilleridir.

Amonyak azotu;

Amonyak azotu suda çözünmüş halde amonyum iyonuna dönüşür. Bu dönüşüm ortamın Ph

sına bağlıdır. Amonyak azotunun dört yöntemle belirlenebileceği standart metotlarla

açıklanmıştır. Bunlarda ikisi kolorimetrik, biri volumetrik, birisi de enstrümantal yöntemdir.

Doğrudan nesslerizasyon ile amonyak tayini; kolorimetrik bir metot olup, numuneler

çinko sülfat ve sodyum ile ön arıtmadan geçirilir. Ca, Mg, Fe, S çöktürülür, çünkü

bunlar nessler reaktifi ile bulanıklık yaparlar. Daha sonra nessler reaktifi eklenir ve

amonyak ile alkali çözeltide, sarımsı-kahverengi koloidal dispersiyon teşekkül eder.

Bu renk numunedeki amonyak miktarı ile orantılıdır.

Doğrudan fenat eklenmesi; bu da kolorimetrik bir metotdur. Numuneye mangan tuzu

ile beraber alkali fenol çözeltisinin eklenmesidir. Mangan; fenol, hipoklorit ve

amonyak arasındaki yoğun mavi renkli indofenol un oluştuğu reaksiyonda katalizör

görevi görür.

Distilasyon vasıtası ile amonyak tayini; bu metot, amonyağı girişim yapan

maddelerden ayıran ve amonyak azot tayininin yukarıda anlatılan kolorimetrik

yöntemler de dahil olmak üzere bir çok yöntemle tayin edilebildiği bir yöntemdir.

Amonyum iyonları amonyak ve hidrojen iyonu ile denge halindedir. Ph 8 in üstüne

çıktığında denge sağa doğru kayar ve numune kaynatıldığında amonyak gaz formunda

ortamdan ayrılır.

15

Hacimsel analiz; numunenin 2 mg\L den fazla miktarda amonyak azotu içermesi

durumunda, borik asit için distile edilmiş ve tutunmuş amonyağın standart sülfürik asit

çözeltisi ile titre edilmesiyle bulunabilir.

İyon seçici elektrotlar yardımıyla; bu metot da çok az miktarda amonyum iyonlarının

konsantrasyonları bile amonyak gazı basıncına duyarlı membran içeren elektrod

tarafından ölçülebilmektedir.

Organik azot

Evsel atıksularda rastlanan polipeptit ve aminoasit atıkları organik azot kaynaklarıdır.

Kjeldah yönteminde şiddetli oksitleyici koşullarda organik bileşikteki azotu amonyak haline

dönüştürmekle işe başlanır. Bu oksidasyon derişik H2SO 4 ile, bu asidin kaynama noktasının

üzerindeki bir sıcaklıkta (340 C°) yapıldığında, asidin kaynama noktası potasyum sülfat

eklenerek 360-370 C° ye yükseltmek gerekir. Bu reaksiyonun tamamlanması, kaynama

balonunda tüm su buharlaşıp, sülfürik asidin kaynamaya başladığı beyaz renkli dumanlar

çıkarmasından, sonra karbonun kabarcıklar halinde karbondioksit olarak ortamdan

uzaklaşması, ve bu suretle numunenin tekrar berraklaşmasına kadar en az 20 dakika sonra

olur. Bu durumda azotlu bileşiklerin amonyağa dönüştüğü düşünüldüğünde; önce sülfürik

asidin fazlası fenolftalein indikatörü kullanılarak nötralize edilir daha sonra pH 7 civarında

suda kalan amonyak azotu normal amonyak azotu tayin metotlarından biri ile ölçülür.

Nitrat azotu

UV-spektrofotometresi ile; nitrat iyonu 220 nm de UV Işınları absorblama

özelliğinden yararlanarak, asitlendirilmiş örneğin bu dalga boyundaki absorblama

miktarına göre nitrat azotu miktarı bulunur.

İyon kromotografi metodu; iyon kromotografi metodu 0.2 mg\L lik nitrat azotu

konsantrasyonu üzerindeki tayinler de çok kullanışlıdır.

Nitrat elektrodu ile; düşük miktarlarda nitratı bile bulabilen sıvı membranlı

elektrotlardandır.

16

Kadmiyum indirgeme metodu; bu metot da, Cd ile doldurulmuş bir kolondan

geçirilen nitratlar indirgenerek nitrite dönüştürülür ve nitrit şeklinde tayin edilir.

Brusin metodu; Brusin doğal bir organik madde olup, asit şartlarda ve yüksek

sıcaklıkta nitrat ile sarı renk veren bir kompleks oluşturur.

Kromotropik asit metodu; iki molekül nitrat,ve bir molekül Kromotropik asit

arasında oluşan reaksiyon sonucu elde edilen sarı renkli kompleksin verdiği rengin

yoğunluğunu ölçmek suretiyle nitrat azotu tayini yapılmaktadır.

KAYNAK

www.wikipedi.org\wiki\azot

www.kimyaevi.org/elementler/azot

www.suurunleri.comu.edu.tr/sukalitesi.htm

‘ÇEVRE MÜHENDİSLİĞİ KİMYASI’ Prof. Dr. Ahmet SAMSUNLU, syf;306–310

‘ATIKSULARDAN AZOT VE FOSFAT UAZKLASTIRMA TEKNIKLERI DERS NOTLARI’ Prof. Dr. Halil KUMBUR, syf;367–400

17