Metal işleme sanayi atıksularının sülfidojenik biyoreaktörlerde arıtımı
Treatment of metal processing industry wastewaters in sulfidogenic bioreactors
Yazar: FATMA SEDA KUTLAR
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ SENEM TEKSOY BAŞARAN ; PROF. DR. ERKAN ŞAHİNKAYA
İstanbul Medeniyet Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Çevre ve Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Endüstriyel atık su = Industrial waste water

Özet:
Bu çalışmada, bakır ve krom kaplamalı tekstil baskı silindiri üreten orta ölçekli bir endüstriyel tesisten kaynaklanan atıksulardan sülfidojenik biyoproses ile metal giderimi araştırılmıştır. Bu kapsamda söz konusu tesisin atıksularını temsil etmek üzere, yüksek miktarda sülfat, Cr+6, toplam Cu ve Fe+3 içeren düşük pH'daki (pH 3,5 – 4,0) sentetik atıksular ile laboratuvar ölçekli bir yukarı akışlı sülfidojenik sabit aktif karbon yataklı kolon biyoreaktör (sAKKB) işletilmiştir. Çalışma boyunca sAKKB, hidrolik bekletme süresi (HBS) 24 saat olacak şekilde oda sıcaklığında (21 oC) işletilmiştir.
Çalışmalar dahilinde sAKKB, organik madde olarak etanol ilavesi ile toplam 225 gün işletilerek organik madde oksidasyonu, sülfat indirgeme, Cr+6 indirgeme, toplam Cr (T-Cr) ve toplam Cu (T-Cu) giderim ve nötralizayon performansı incelenmiştir. Başlangıç aşamasında sülfat (2.000 mg/L) ve etanol (2.000 mgKOİ/L) içeren metalsiz sentetik atıksular (pH 6,7) beslenmek suretiyle ile sülfat indirgeyen bakteri (SİB) kültürü zenginleştirilmiştir. Bu aşamada reaktörde sırasıyla ortalama %93 organik madde oksidasyon verimi ile %99 sülfat indirgeme performansı elde edilmiştir. Reaktör çıkışında ortalama 695 mg/L sülfür konsantrasyonu elde edilmiş ve ortalama alkalinite üretiminin 2.130 mgCaCO3/L olması ile pH'nın 8,2 seviyesine yükseldiği gözlenmiştir.
Başarılı SİB zenginleştirme dönemi sonrasında, sentetik besin çözeltisine gittikçe artan konsantrasyonlarda Cr+6 ve Cu ilaveli edilmiştir. Giriş atıksuyunda bulunan 100 mg/L Cr+6 ve 520 mg/L T-Cu'nun %100 giderilerek, çıkışta metal konsantrasyonlarının 0,1 mg/L'den düşük ölçüldüğü ve pH'nın 7,2 değerine kadar nötralize edilebildiği görülmüştür. Bununla birlikte, metal konsantrasyonlarının 150 mg/L Cr+6 ve 570 mg/L T-Cu seviyelerine artırılması ve girişte pH'nın 3,5'e düşürülmesi ile Cr+6 indirgenme performansı etkilenmeksizin, T-Cr ve T-Cu giderim verimlerinde, sülfat indirgeme ve nötralizasyon performansındaki düşüşlere paralel düşüşler gözlenmiştir. 
Sonuç olarak; bu çalışmada etanol ilaveli sAKKB'nin oldukça yüksek konsantrasyonlarda Cr+6 (150 mg/L'ye kadar) ve T-Cu (300 mg/L'ye kadar) içeren asidik metal işleme atıksularından metal gideriminde etkin bir yöntem olabileceği ve orta ölçekli işletmelerde kimyasal metal giderim yöntemlerine daha çevre dostu ve metal geri kazanımına imkan veren bir alternatif olarak uygulanabileceğini gösterilmiştir.

Abstract:
This study investigated metal removal via the sulfidogenic bioprocess from wastewaters generated from a medium-size industrial plant that produces copper and chromium plated printing cylinders. In this respect, a laboratory scale upflow sulfidogenic fixed activated carbon bed column reactor (sACCB) was operated with synthetic wastewaters to represent the plant's actual wastewater, that contained high concentrations of sulfate, Cr+6, total Cu and Fe+3 at very low pH  (pH 3,5 – 4,0). sACCB was operarted employing a hydraulic retention time of 24 h at room temperature (21 oC) throughout the study.
Over the course of the studies sACCB was operated for a total of 225 days with the addition of ethanol as the organic substrate and performances for organics oxidation, sulfate reduction, Cr+6 reduction and total Cr (T-Cr) and total Cu (T-Cu) removal and neutralization were determined. During the initial phase, a synthetic feed (pH 6.7) containing sulfate (2.000 mg/L) and ethanol (2.000 mgCOD/L) without addition of the heavy metals were fed to the bioreactor to enrich sulfate reducing bacteria (SRB) culture. In this period, average organic substrate oxidation performance of 93% and sulfate reduction performance 99% were achieved. Average sulfide concentration 695 mg/L and average alkalinity generation of 2.130 mgCaCO3/L were observed in the reactor effluent with pH being increased up to 8.2.
After a successful SRB enrichment period, increasing amounts of Cr+6 and Cu were added to the synthetic feed (pH 4). The initially present 100 mg/L Cr+6 and 520 mg/L T-Cu concentrations were removed almost 100%, with observed effluent metal concentrations lower that 0,1 mg/L and pH being neutralized up to 7.2. Upon increasing the initial metal concentrations to 150 mg/L Cr+6 and 570 mg/L T-Cu and decresing the pH to 3.5, however, resulted in drops in removal efficiencies of T-Cr and T-Cu and sulfate reduction and neutralization performances while Cr+6 reduction performance was unaffected.  
In conclusion, this study has shown that ethanol supplemented sulfidogenic bioprocess in a sACCB could be an effective method for metal removal from acidic metal processing wastewaters carrying high levels of Cr+6 (up to 150 mg/L) and T-Cu (up to 300 mg/L) and that it can be applied as a more environmental friendly alternative to chemical metal removal methods that allows metal recovery in medium sized enterprises .