Atıksulardaki tekstil boyarmaddeleri ve metal iyonlarının tekli ve ikili karışımlarının serbest ve tutuklanmış mikroorganizma sistemleri ile biyogideriminin kesikli ve sürekli sistemlerde incelenmesi
Investigation of the bioremoval of single and binary mixtures of textile dyes and metal ions in wastewaters by free and immobilized microorganisms in batch and continuous systems
Yazar: FERDA GÖNEN
Danışman: PROF.DR. ZÜMRİYE AKSU
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2006
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Tez çalışmasında, atıksularda sıklıkla rastlanılan ve Türk tekstil endüstrisinde en çokkullanılan reaktif boyarmaddelerden Remazol Turkuaz Blue G ve bakır(II) iyonlarının teklibiyobirikimi C. tropicalis, C. utilis, C. membranaefaciens ve C. lipolytica mayalarıyla kesiklisistemde, ikili karışımlarının biyobirikimi ise serbest ve aljinata tutuklanmış C. tropicalismayasıyla kesikli ve sürekli düzende çalışan dolgulu kolon reaktörde incelenmiştir.Bu amaçla öncelikle hiçbir kirletici içermeyen melaslı besin ortamında bütün mayalarınüreme kinetiği incelenmiş, en yüksek üremenin pH 4'de gerçekleştiği, sakkaroz derişiminin20 g/L'ye kadar artışıyla ise üreme hız ve veriminin arttığı görülmüştür. Monod eşitliğindenher bir mayaya ait kinetik sabitler saptanmıştır. Remazol Turkuaz Blue G veya bakır(II)içeren besin ortamlarında da en iyi üremenin yine pH 4'de gerçekleştiği gözlenmiştir. Bukirleticilerin mayaların üremesine inhibisyon etkisi araştırıldığında ise, her iki kirletici için deinhibisyonun yarışmalı olduğu saptanmıştır. Daha sonra bu kirleticilere karşı en yüksekdirenci gösteren C. tropicalis mayası ile Remazol Turkuaz Blue G ve bakır(II) iyonlarınıfarklı oranlarda birlikte içeren karışımlarla mikroorganizmanın üreme kinetiği incelenmiş vekirleticilerin mayanın üremesine ortak inhibisyon etkisinin yine yarışmalı olduğuna kararverilmiştir. Serbest mayalarla kesikli sistemde gerçekleştirilen çalışmaların son kısmındatekli boyarmadde veya metal iyonu içeren melas ortamında her bir mayanın biyobirikimhızı ve kapasitesi başlangıç sakkaroz ve başlangıç kirletici derişiminin fonksiyonu olarakincelenmiş ve kirletici biyobirikimi modellenerek model sabitleri bulunmuştur. Ayrıca C.tropicalis mayası ile sabit sakkaroz derişiminde boyarmadde ve ağır metal iyonlarını farklıoranlarda birlikte içeren melas ortamlarında her iki kirleticinin eşzamanlı biyobirikimçalışmaları, bir kirleticinin derişimi sabit tutulup, diğeri değiştirilerek gerçekleştirilmiş ve herbir sisteme ait kinetik sabitler bulunarak ortak iyon etkisi araştırılmıştır.Kesikli karıştırmalı kap çalışmalarının ikinci kısmında, C. tropicalis mayası kalsiyum aljinatjele tutuklanarak Remazol Turkuaz Blue G ve/veya bakır(II) biyobirikimi, tanecikbüyüklüğü, başlangıç boyarmadde ve metal iyonu derişimleri gibi sistem parametrelerininfonksiyonu olarak incelenmiş ve sonuçlar serbest C. tropicalis mayası ile bulunanlarlakarşılaştırılmıştır. Sonuçlar kesikli sistemde serbest C. tropicalis ile elde edilen biyobirikimdeğerlerinin tutuklanmış mayayla elde edilenlerden daha yüksek olduğunu göstermiştir.Çalışmaların son kısmında tutuklanmış C. tropicalis ile sürekli düzende çalışan dolgulukolonda besleme akış hızının ve besleme boyarmadde ve metal iyonu derişimlerinin teklive karışım halinde tutuklanmış maya hücresinin biyobirikim hız ve kapasitesi üzerineetkileri araştırılmıştır.Anahtar Sözcükler :Tekstil boyarmaddesi, ağır metal, Remazol Turkuaz Blue G,bakır(II), biyobirikim, maya, tutuklanmış maya, kesikli sistem, dolgulu kolonreaktör.Danışman: Prof. Dr. Zümriye Aksu, H.Ü. Kimya Mühendisliği Anabilim Dalı3

Abstract:
In this thesis study, the single bioaccumulation of Remazol Turquoise Blue G, one of themostly used textile dyes in Turkish textile industry, and copper(II) ions, frequentlyencountered in wastewaters, was investigated by C. tropicalis, C. utilis, C.membranaefaciens and C. lipolytica yeasts and the bioaccumulation of the binarymixtures of these pollutants was investigated by free and calcium alginate immobilized C.tropicalis in a batch system and in a continuous packed bed column reactor.Firstly the growth kinetics of all the yeasts was investigated in the molasses mediumcontaining no pollutants. It was seen that the highest growth was obtained at pH 4, andgrowth rate and yield were increased with the increasing sucrose concentration up to 20g/L. By using Monod equation, kinetic constants for each yeast were determined. Againthe best growth in the nutrient media containing Remazol Turquoise Blue G and copper(II)was found at pH 4. When the inhibition effects of these pollutants on the microbial growthwere investigated, inhibition type was determined as competitive for each pollutant. Afterthat, the growth kinetics of microorganism was studied with the mixtures containingRemazol Turquoise Blue G and copper(II) ions together at different ratios by C. tropicaliswhich is the most resistant yeast to these pollutants and binary inhibition effect of dye andheavy metal ion on the cell growth was determined as competitive again. At the last partof the batch studies with the free cells, bioaccumulation rate and capasity of each yeastwas investigated as a function of initial sucrose and pollutant concentration in themolasses medium containing single dye or single metal ion and kinetic model constantswere determined by modelling the pollutant bioaccumulation. In addition, at a constantsucrose concentration simultaneous Remazol Turquoise Blue G and copper(II)bioaccumulation by C. tropicalis was investigated in the molasses medium by varying theconcentration of first pollutant as the second pollutant concentration was kept constantand kinetic constants were determined by considering the effects of binary mixtures onbioaccumulation.At the second part of the batch studies, Remazol Turquoise Blue G and copper(II)bioaccumulation was investigated as a function of particle size, initial dye and heavy metalion concentration by Ca-alginate immobilized C. tropicalis and the results obtained werecompared with the free cell studies. Experimental results proved that free C. tropicalis hasa higher bioaccumulation capacity than that of immolized C. tropicalis .At the last part of studies, in the continuous packed bed column reactor, the effects offeed flow rate and dye and metal ion concentrations on the bioaccumulation rate andcapacity of immobilized yeast were investigated in single and binary mixtures ofpollutants.Keywords:Textile dyes, heavy metal, Remazol Turquoise Blue G, copper(II),bioaccumulation, yeast, immobilized yeast, batch system, packed bed columnreactor.Advisor: Prof. Dr. Zümriye Aksu, Hacettepe University, Chemical EngineeringSection.4