Mikrobiyal ve bitkisel kaynaklı biyosurfaktanların arıtma çamurlarının hidrolizi üzerine etkisi
Effect of microbial and plant derived biosurfactants on hydrolysis of sewage sludge
Yazar: EMİNE ÇELİK
Danışman: DOÇ. DR. AYLA UYSAL
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Arıtma çamurlarının biyosurfaktanlar ile hidrolizi, metal, ağır metal ve nütrient salınımları için alternatif bir uygulamadır. Biyosurfaktanlar; bakteriler, mayalar, mantarlar ve bitkiler tarafından üretilen biyomoleküllerdir. Hidrofobik kirleticilerin çözünebilirliliğini ve biyolojik olarak parçalanmasını artırmaktadırlar. Mikrobiyal ve bitki kaynaklı biyosurfaktanlar, düşük toksisitesi, biyolojik olarak bozunabilir doğası, biyolojik bozunmayı arttırması, kolay üretim ve tekrar kullanma imkânları nedeniyle çevresel uygulamalarda kullanılır; dahası, sızdırıldıklarında ve ekosisteme deşarj edildiğinde bile ikincil kirliliğe neden olmazlar.

Bu çalışmada kentsel arıtma çamurları ve endüstriyel arıtma çamurlarının hidrolizi üzerine mikrobiyal kaynaklı biyosurfaktanın (ramnolipid) ve bitkisel kaynaklı biyosurfaktanın (saponin) etkileri araştırılmıştır. Farklı ramnolipid konsantrasyonlarının (%4, %7 ve %10) ve farklı saponin konsantrasyonlarının (10 g/L, 30 g/L ve 50 g/L) kentsel ve endüstriyel arıtma çamurlarından metal, ağır metal ve nütrient salınımları üzerine etkileri farklı biyosurfaktan/çamur (mL/g) oranları için test edilmiştir. Bu çalışma; ramnolipidin, kentsel ve endüstriyel arıtma çamurlarından hem metal hem de nütrient salınımları üzerinde etkili bir bileşik olduğunu göstermiştir. Saponin ve kontrol ile karşılaştırıldığında, ramnolipid kullanımında arıtma çamurlarından metal, ağır metal ve nütrient salınımları daha yüksek olmuştur. Ramnolipid/çamur oranı azaldıkça salınımlar artmıştır.

Kentsel arıtma çamurundan ramnolipid ile Fe, Ni, Zn ve Cr salınımları, saponine göre daha yüksek olmuştur. Kentsel arıtma çamurundan maksimum Ca, Mg, Fe, Ni, Al ve Zn salınımları %4 ramnolipid konsantrasyonu ve 5/1 ramnolipid/çamur oranında bulunmuştur. Ramnolipid ile kentsel arıtma çamurundan maksimum metal giderim verimleri %10 ramnolipid konsantrasyonu ve 10/1 ramnolipid/çamur oranında elde edilmiştir. Kentsel arıtma çamurundan maksimum nütrient salınımları %10 ramnolipid konsantrasyonu ve 5/1 ramnolipid/çamur oranında elde edilmiştir. Bu şartlar altında, PO43− salınımı 1564 mg/L ve NH4+ salınımı 1419 mg/L olmuştur. Endüstriyel arıtma çamurundan ramnolipid ile Fe, Ni, Si, Zn ve Cr salınımları, saponine göre daha yüksek olmuştur. Endüstriyel arıtma çamurundan maksimum Al, Si ve Ni salınımları %10 ramnolipid konsantrasyonu ve 5/1 ramnolipid/çamur oranında elde edilmiştir. Ni için maksimum giderim verimi %4 ramnolipid konsantrasyonu ve 10/1 ramnolipid/çamur oranında %76,72 olmuştur. Maksimum Cr, Fe ve Zn salınımları, %7 ramnolipid konsantrasyonu ve 5/1 ramnolipid/çamur oranında olmuştur. Bu deney şartlarında, Cr, Fe ve Zn için maksimum giderim verimleri sırasıyla %15,52, %9,70 ve %4,20 olmuştur. Deri endüstrisi arıtma çamurundan, maksimum Cr salınımı %10 ramnolipid konsantrasyonu ve 5/1 ramnolipid/çamur oranında elde edilmiştir. Bu şartlar altında, maksimum Cr giderim verimi %6,5 olmuştur.

Abstract:
Hydrolysis with biosurfactants of sewage sludges is an alternative method for metal, heavy metal and nutrient releases. Biosurfactants are biomolecules produced by bacteria, yeasts, fungi and plants. They enhance the solubility of hydrophobic pollutants, thus increasing their potential for biodegradation. Microbial and plant derived biosurfactants are used in environmental applications due to their low toxicity, biodegradable nature, enhancing biodegradation, easy production and possibility of reuse; moreover they do not cause secondary pollution even if they are leaked and discharged to the ecosystem. 

In this study, it was investigated the effects of two types of biosurfactants (microbial derived biosurfactant- rhamnolipid and plant derived biosurfactant- saponin) on the hydrolysis of municipal sludge and industrial sludge. Different rhamnolipid concentrations (4%, 7% and 10%) and different saponin concentrations (10 g/L, 30 g/L and 50 g/L) were tested to determine the effects of different biosurfactant/sludge ratios (mL/g) on metals, heavy metals and nutrients release from municipal sludge and industrial sludge. This study showed that rhamnolipid was an effective compound to release both metals and nutrients from municipal and industrial sludges. Compared to the saponin and blank, the release of metals, heavy metals and nutrients from sludges using rhamnolipid were much higher. As the rhamnolipid/sludge ratio decreased, the releases increased.

The amounts of Fe, Ni, Zn and Cr released from municipal sludge using rhamnolipid were greater than those found using saponin. The maximum releases of Ca, Mg, Fe, Ni, Al ve Zn from municipal sludge were found in 4% rhamnolipid concentration and 5/1 rhamnolipid/sludge ratio. The maximum removal efficiencies of metals from municipal sludge with rhamnolipid was obtained in 10% rhamnolipid concentration and 10/1 rhamnolipid/sludge ratio. Maximum nutrient releases from municipal sludge were obtained at 10% rhamnolipid concentration and 5/1 rhamnolipid/sludge ratio. In these conditions, PO43− release was 1564 mg/L and NH4+ release was 1419 mg/L. The amounts of Fe, Ni, Si, Zn and Cr released from industrial sludge using rhamnolipid were greater than those found using saponin. The maximum releases of Al, Si and Ni were obtained at a rhamnolipid concentration of 10% and a 5/1 rhamnolipid/sludge ratio. The maximum removal efficiency for Ni was 76.72% at a rhamnolipid concentration of 4% and a 10/1 rhamnolipid/sludge ratio. The maximum releases of Cr, Fe and Zn from industrial sludge were obtained at a rhamnolipid concentration of 7% and a 5/1 rhamnolipid/sludge ratio. Under these experimental conditions, the maximum removal efficiencies of Cr, Fe and Zn from industiral sludge were 15.52%, 9.70% and 4.20%, respectively. The maximum release of Cr from tannery sludge was obtained at a rhamnolipid concentration 10% and 5/1 rhamnolipid/sludge ratio. In these conditions, the maximum Cr removal efficiency from tannery sludge was 6.5%.