Antibiyotik atıkların adsorpsiyon/ biyosorpsiyon yöntemiyle giderimi
Removal of antibiotic wastes by adsorption/ biosorption methods
Yazar: ÖZLEM TUNÇ
Danışman: PROF. DR. ZÜMRİYE AKSU
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2002
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Adsorpsiyon = Adsorption ; Aktif karbon = Activated carbon ; Aktif çamur = Activated sludge ; Antibiyotikler = Antibiotics ; Atık su = Waste water ; Biyosorpsiyon = Biosorption ; Rhizopus arrhizus = Rhizopus arrhizus

Özet:
Antibiyotikler insan ve hayvan sağlığı için tıp ve veterinerlikte ve ayrıca koruma amaçlı olarak tarımda oldukça çok kullanılan kimyasallardır. Bu bileşikler bir miktar bozunsalar da, çevreye çeşitli şekillerde girebilirler ve atıksulara ve içme sularına kadar ulaşıp birikerek patojen mikroorganizmaların direnç kazanmasına ve/veya atıksu arıtımında etken mikroorganizmaların ölümüne neden olabilirler. Bu nedenle antibiyotiklerin, atıksuların çevreye verilmeden önce bu sulardan giderilmesi son derece önemlidir. Bu çalışmada Türkiye'de en çok kullanılan antibiyotiklerden biri olan penisilin G potasyum tuzunun çeşitli sorbentlere (aktif karbon, Rhizopus arrhizus ve aktif çamur) adsorpsiyon/ biyosorpsiyonu kesikli kanştırmalı kapta karşılaştırılmalı olarak incelenmiştir. Çalışmada öncelikle penisilin G'nin ortam pH'ı ve sıcaklığa bağlı bozunması incelenmiştir. Penisilin G'nin pH 5-8 aralığında oldukça kararlı olduğu ve bozunmanın sıcaklıkla arttığı bulunmuştur. Bozunma hız sabitleri farklı pH ve sıcaklıklar için belirlenmiştir. Penisilin G'nin pH=5-8 aralığında her bir sorbente adsorpsiyonu incelendiğinde maksimum hız ve dengede alım değerlerinin pH 6.0'da olduğu saptanmıştır. Her bir sorbent için optimum çalışma sıcaklığı ise 35 °C olarak bulunmuştur. Her bir sorbent için, başlangıç penisilin G derişiminin 1000 mg/L'ye kadar artmasıyla adsorpsiyon hız ve kapasitesinin arttığı gözlenmiştir. Bulunan optimum pH değerinde, sorbentlerin adsorpsiyon/ biyosorpsiyon kapasiteleri farklı sıcaklıklar için karşılaştırdığında, Rhizopus arrhizus'un 25 ve 35 °C sıcaklıklarda; aktif karbonun ise 45 °C sıcaklıkta en yüksek kapasiteye sahip olduğu belirlenmiştir. Nonlineer regresyon analiz yöntemi kullanılarak Langmuir, Freundlich, Redlich- Peterson ve Koble-Corrigan adsorpsiyon denge modelleri her bir sorbent için uygulanmış ve adsorpsiyon dengesinin hangi modele en iyi uyduğu saptanmıştır. Ayrıca her bir sorbent için adsorpsiyonun kinetik modellemesi yapılarak kinetik sabitler ve aktivasyon enerjileri de bulunmuştur. Son olarak, adsorpsiyon termodinamik parametreleri, termodinamik eşitlikler kullanılarak her bir sorbent için hesaplanmıştır. Anahtar Kelimeler: Antibiyotik, penisilin G potasyum tuzu, adsorpsiyon, biyosorpsiyon, atıksu, aktif karbon, R. arrhizus, aktif çamur. Danışman: Prof. Dr. Zümriye AKSU, Hacettepe Üniversitesi, Kimya Mühendisliği Bölümü

Abstract:
Antibiotics are commonly used chemicals in medicine and veterinary for human and animal health and in addition in agriculture for protection purposes. Although these compounds decompose a little, they may enter the environment through different pathways and reach the wastewater or drinking water, accumulate there, and may cause antimicrobial resistance among pathogen organisms or the death of microorganisms which are effective in wastewater treatment. Therefore, antibiotic treatment from these wastewaters before entering the environment is very important. In this study, the adsorption/biosorption of penicillin G potassium salt, one of the most used antibiotics in Turkey, on different sorbents (activated carbon, Rh'rzopus arrhizus and activated sludge) was comparatively investigated in a batch system. In the first part of the studies, the decomposition of penicillin G with medium pH and temperature was investigated. It was found that penicillin G is more stable between pH 5-8 and decomposition of penicillin G increased with increasing the temperature. Decomposition rate constants were determined at different pH and temperature values. When the adsorption of penicillin G on each sorbent was investigated, maximum adsorption rates and equilibrium uptakes were found at pH= 6.0. The optimum temperature was found as 35°C for each sorbent. Adsorption rate and capacity of each sorbent was found increasing with increasing the concentration up to 1000 mg/L for all temperatures studied. When the adsorption/biosorption capacity of each sorbent were compared at different temperatures, it was found that Rhizospus arrhizus has the highest adsorption capacity at 25 and 35°C while activated carbon has the highest adsorption capacity at 45°C. By using nonlinear regression analysis, Langmuir, Freundlih, Redlich-Peterson and Koble-Corrigan adsorption equilibrium models were applied to each adsorption system and it was concluded that which model best correlates the adsorption equilibrium. In addition, the kinetic constants and activation energies belong to each sorbent were determined by kinetic modelling the adsorption process. Finally, thermodynamic parameters of adsorption were calculated for each sorbent using the thermodynamic equations. Keywords: Antibiotic, penicillin G potassium salt, adsorption, biosorption, waste water, activated karbon, R. arrhizus, activated sludge. Advisor Prof. Dr. Zümriye AKSU, Hacettepe University, Department of Chemical Engineering