Ağır metal kirliliği içeren atıksularda çeşitli türdeki maya ve küf mantarı hücrelerinin büyüme kinetiğinin hücrelerdeki metal biyobirikimi ile biyosorpsiyonunun karşılaştırmalı incelenmesi
Comperative investigation of the growth kinetics and heavy metal bioaccumulation and biosorption of yeast and fungus cells in wastewaters containing heavy metal ions
Yazar: TUĞBA ALP
Danışman: Y.DOÇ.DR. ÜNSAL AÇIKEL
Cumhuriyet Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2007
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Yapılan tez çalısmasında düsük pH'larda üreyebilen ve agır metal iyonlarına oldukça dirençli olanRhizopus delemar mantarı ve Candida lipolytica mayasıyla, endüstriyel atıksularda istenmeyenderisimlerde bulunan bakır(II) ve nikel(II) iyonlarının tekli ve ikili karısımlarının biyosorpsiyonuve biyobirikimi kesikli düzende incelenmistir. Biyosorpsiyon ve biyobirikim çalısmaları içinhazırlanan besin ortamlarında bir seker endüstrisi atıgı olan melas kullanılmıstır.Çalısmaların ilk asamasında biyosorpsiyon deneyleri yapılmıstır. Her iki mikroorganizma içinmaksimum bakır(II) ve nikel(II) biyosorpsiyonunun gözlendigi pH degeri 4.0 olarak saptanırken,baslangıç metal iyonu derisimleri 250.0 mg/L iken maksimum adsorpsiyon hızları elde edilmistir.Ayrıca yine her iki mikroorganizma ve metal iyonu için adsorpsiyon izotermleri elde edilmis ve buizotermlerden yararlanarak, Langmuir ve Freundlich adsorpsiyon sabitleri bulunmustur.Biyosorpsiyon deneylerinin ikinci kısmında bakır(II)-nikel(II) metal iyonu karısımlarının R.delemar'a ve C. lipolytica'ya ikili biyosorpsiyonu bu iyonların tekli durumdaki optimum pHdegeri olan pH 4.0 degerinde incelenmistir. kili karısım çalısmalarında çesitli sabit metal iyonuderisimlerinde diger metal iyonu derisimi degistirilerek adsorpsiyon hız ve verimliligi arastırılmıs,sonuçların tekli durumda bulunan sonuçlarla karsılastırılması yapılmıstır. Genel olarakadsorpsiyon ortamındaki ikinci metal iyonunun, diger metal iyonunun adsorpsiyon hızını veverimliligini düsürdügü gözlenmis, iki metal iyonu arasındaki etkilesimin birinin digerininadsorpsiyonunu azaltıcı etkiledigi yani antogonistik oldugu sonucuna varılmıstır.Biyosorpsiyon deneylerinin son kısmında ikili metal iyonu karısımları için adsorpsiyon izotermlerielde edilmis, bu izotermlerin iki bilesenli sistemlerdeki Langmuir ve Freundlich adsorpsiyonmodellerine uyumlulugu arastırılmıs ve adsorpsiyon sabitleri hesaplanmıstır.Biyobirikim çalısmalarında, metal iyonu içermeyen besin ortamında mikroorganizmaların özgülüreme hızına ve maksimum mikroorganizma derisimine baslangıç pH'ının ve baslangıç substrat(sakkaroz) derisiminin etkileri arastırılmıs ve iki mikroorganizma için de maksimum üremenin pH4.0'te gerçeklestigi, substrat (sakkaroz) derisimininin 20 g/L'ye kadar artısıyla ise özgül üremehızının ve maksimum mikroorganizma derisiminin arttıgı gözlenmistir. Özgül üreme hızı ile anakarbon kaynagı sakkaroz derisimi arasındaki iliskiyi veren Monod esitliginden her birmikroorganizmaya ait maksimum özgül üreme hızı ve doygunluk sabiti degerleri bulunmustur.Çalısmaların daha sonraki kısmında tekli bakır(II) veya nikel(II) ve bu iki iyonunu beraber içerenmelas ortamında mikroorganizmaların optimum üreme pH'ı arastırılmıs ve mikroorganizmalarınpH 4.0'te maksimum üreme gösterdigi belirlenmistir. Sabit 10 g/L sakkaroz derisiminde teklibakır(II) veya nikel(II) içeren melaslı besin ortamında, tekli metal iyonlarının çalısılanmikroorganizmaların üremesi üzerine inhibisyon etkisi metal iyon derisimi degistirilerek, ikilibakır(II)-nikel(II) karısımlarının mikroorganizmaların üremesi üzerine inhibisyon etkisi ise birmetal iyonunun derisimi sabit tutulup digerinin derisimi degistirilerek incelenmis, inhibisyonmodellenmis ve model sabitleri saptanmıstır. Deneysel sonuçlar tekli ve ikili metal iyonlarınınneden oldugu inhibisyonun tekli ve ikili yarısmalı inhibisyon modellerine uydugunu göstermistir.Biyobirikim çalısmaların son asamasında ise mikroorganizmalarla tekli bakır(II) veya nikel(II) veher iki iyonu beraber içeren melas ortamında her bir mikroorganizmanın metal biyobiriktirmekapasitesi tekli durumda baslangıç metal iyonu derisiminin fonksiyonu, ikili durumda ise birmetalin derisimi sabit tutulup digeri degistirilerek incelenmis ve mikroorganizmaların metalbiyobiriktirme verimleri bulunmustur. Tekli ve ikili durumda mikroorganizmaların biyobiriktirmekapasitelerinin baslangıç metal iyonu derisimi artıkça arttıgı, ikili durumda biyosorpsiyondaoldugu gibi ikinci iyonun digerinin biyobirikimini azalttıgı bulunmus, metal giderme verimleribiyosorpsiyon sonuçlarıyla karsılastırılmıstır.ANAHTAR KELMELER: Atıksu, maya, melas, sakkaroz, agır metal iyonu, ikili agır metaliyonu karısımları, biyobirikim, inhibisyon, R. delemar, C. lipolytica,bakır(II), nikel(II), kinetik

Abstract:
In this thesis study, the biosorption and bioaccumulation of copper(II) and nickel(II) ions existingin undesired concentrations in industrial wastewaters from single and binary metal mixtures byRhizopus delemar fungus and Candida lipolytica yeast which are highly resistant to heavy metalions and can grow at lower pH values was investigated in a batch system. Molasses which isknown as waste product from sugar industry was used in growth medium prepared forbioaccumulation and biosorpton studies.In the first part of the studies, the biosorption experiments were carried out. The pH value whichwas observed maximum biosorption of copper(II) and nickel(II) for each microorganism wasdetermined as 4.0, maximum biosorption rates were obtained at 250.0 mg/L initial metal ionconcentrations. In addition, adsorption isotherms were obtained for two microorganisms andmetal ions, and the Langmuir and Freundlich adsorption constants from these isotherms werecalculated.In the second part of the biosorption studies, the binary biosorption of copper(II)-nickel(II) ionsfrom metal ion mixtures by R. delemar and C. lipolytica was investigated at pH 4.0, the optimumpH value obtained in single-metal ion systems. At the study of binary metal ion solutions, theconcentration of one metal ion was kept constant while the other was changed and by these meansthe adsorption rates and efficiencies were evaluated, then the results were compared with thosefound at the single metal ion situations. The results showed that in general, the presence of asecond metal ion in biosorption medium resulted in a decrease in the biosorption rate andefficiency of the other metal ion, this interactive effect between the metal ions was defined asantogonistic.In the last part of the biosorption studies, the adsorption isotherms for the binary heavy metal ionssolutions were obtained, the compatibility of the isotherms to the Langmuir and Freundlichmodels in two component systems were investigated and the adsorption constants were calculated.In the bioaccumulation studies, in the absence of metal ions, the effects of initial pH and initialsubstrate (sucrose) concentration on specific growth rate and maximum microorganismconcentration were investigated and it was observed that the maximum growth and specific growthrate and maximum microorganism concentration for both microorganisms increased withincreasing initial sucrose concentration up to 20 g/L at pH 4.0. By using the Monod equation thatgives the relationship between the specific growth rate and sucrose concentration, maximumspecific growth rate and saturation constant for both microorganisms were determined.The optimum growth pH in the molasses medium containing copper(II) and nickel(II) ions assingle metal ion and binary mixtures was investigated and maximum microorganism growth wasobserved at pH 4.0. At 10 g/L constant sucrose concentration the inhibition effect of singlecopper(II) or nickel(II) ions in molasses medium to the growth of each microorganism studied wasinvestigated by changing metal ion concentration, binary inhibition effect of the mixtures ofcopper(II) and nickel(II) ions to the growth of microorganisms was studied by changing theconcentration of first metal ion as second metal ion concentration was kept constant and then theinhibition was modelled and the model constants were determined. Experimental results showedthat single and binary inhibition effects of metal ions fitted very well to the single and binarycompetitive inhibition models.At the last part of the bioaccumulation studies, metal ion bioaccumulation capacity ofmicroorganisms, in single situation as the function of initial metal ion concentration, in binarysituation by changing the concentration of first metal ion while second metal ion concentrationwas kept constant in molasses medium were investigated and then bioaccumulation yield ofmicroorganisms determined. It was found that in single and binary metal ion systems, thebioaccumulation capacity of microorganisms increased by increasing initial metal ionconcentration, in binary metal ion systems, the presence of the second metal ion in the mediadecreased the bioaccumulation capacity of the other metal ion as observed biosorption previously.Finally the metal removal efficiencies obtained in bioaccumulation were compared withbiosorption results.KEYWORDS: Wastewater, yeast, molasses, sucrose, heavy metal ion, binary mixtures of heavymetal ions, bioaccumulation, biosorption, inhibition, R. delemar, C. lipolytica,copper(II), nickel(II), kinetics