Pirinç kavuzu ve domates sapından elde edilen adsorbentler ile atıksudan boya ve fosfat giderimi
Dye and phosphate removal from wastewater with adsorbents obtained from rice husk and tomato stem
Yazar: MELİS GÜN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ HÜDAVERDİ ARSLAN ; PROF. DR. NADİR DİZGE
Mersin Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Adsorpsiyon = Adsorption ; Domates = Tomato ; Kavuz = Beard ; Pirinç-bitki = Rice ; Tarımsal atıklar = Agricultural wastes

Özet:
Doğal sulara karışan boyalar, toksik etkileri ve güneş ışığının suya girmesini engellemeleri nedeni ile su içerisindeki ekolojiyi bozmakta ve su kaynaklarının faydalı kullanımlarını sınırlamaktadır.  Sucul ekosistemlerde fosfat artışı, Karbon(C):Azot(N):Fosfor(P) dengesinin bozulması sonucu ötröfikasyona neden olmaktadır. Boya ve fosfat gibi su kirliliğine neden olan önemli kirletilerin deşarj edilmeden önce atıksulardan arıtılması yasal bir zorunluluktur. Atıksuların arıtılmasında fiziksel, kimyasal ve biyolojik olarak birçok yöntem kullanılmaktadır. Son yıllarda ileri bir arıtım yöntemi olan adsorpsiyon işleminde doğal adsorbentlerin kullanılması yaygınlaşmıştır. Adsorpsiyon diğer atıksu arıtım yöntemlere göre daha ekonomik ve çevre dostu olmasından dolayı daha çok tercih edilmektedir. 
Tarımsal atıklar, tehlikeli metaller/elementler ve organik maddelerin sudan ayrılmasında kullanılan önemli bir sürdürülebilir adsorbent kaynağıdır. Bu tür adsorbentlerin yüksek adsorpsiyon kapasitesi, kolay bulunması, düşük maliyetli olması ve geri dönüştürülebilirliği nedeniyle geleneksel olanlara göre birçok avantajı bulunmaktadır. 
Pirinç ve domates insan diyetinde yer alan, endüstriyel olarak işlem gören ve yaygın üretimi yapılan önemli iki tarım ürünüdür. Pirinç kavuzu pirinç üretimi sonrası ortaya çıkan, yüksek silika içeriğine rağmen bu anlamda kullanımı olmayan bir tarımsal atıktır. Domates sapı ise ürün hasatı sonrasında tarlada çürümeye bırakılan ve hayvan yemi olarak değerlendirilemeyen bir başka tarımsal atıktır.  
Bu çalışmada, pirinç kavuzu ve domates sapından üretilen adsorbentler kullanarak sudan bazı boyaların ve fosfatın adsorpsiyon yöntemi ile giderimi araştırılmıştır. Pirinç kavuzundan silika eldesi için deneysel tasarımda yüzey yanıt metodu (RSM) kullanılmıştır. Pirinç kavuzundan ekstrakte edilen silika (PKS) ile sulu çözeltiden Safranin O (SO); kurutulmuş domates sapı (KDS) ile sulu çözeltiden SO ve Metilen Mavisi (MM) ve sinterlenmiş domates sapı (SDS) ile sulu çözeltiden Direct Orange 46 (DO) ve Fosfat (PO4-3) giderimi kesikli erlen deneyleri ile optimize edilmiştir. 
Adsorpsiyon işleminde; pH, adsorbent miktarı, adsorbent boyutu, başlangıç konsantrasyonu ve süre optimize edilmiş, desorpsiyon ve tekrar kullanım da çalışılmıştır. Adsorpsiyon izoterm modelleri (Langmuir, Freundlich, Temkin ve Dubinin-Radushkevich), adsorpsiyon kinetik modelleri (Yalancı birinci derece, Yalancı ikinci derece ve Partiküliçi difüzyon) ve adsorpsiyon temodinamiği (Entalpi, Entropi ve Gibbs serbest enerjisi) optimum sonuçlara göre hesaplanmıştır. Deneylerde kullanılan adsorbentlerin karakterizasyonunda, X-ışını floresan (XRF), Zeta potansiyeli ve Enerji Dağıtıcı X-Işını (EDX) spektroskopisi ile taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılmıştır. 
PKS'nin RSM deneyleri sonucu %55 silika oranı optimizasyonu yapılmıştır. Çalışmada ekstrakte edilen silika ile SO boyasının adsorpsiyonunda optimum koşullar pH 8, adsorbent dozu 1,0 g/L, başlangıç konsantrasyonu 25 mg/L ve temas süresi 60 dakika olarak bulunmuştur. 
KDS kullanılarak, SO ve MM boyalarının adsorpsiyon işlemi sonucu optimum koşullar; SO boyası için pH 10, adsorbent miktarı 1,5 g/L, adsorbent boyutu 35 mesh, 25 mg/L ve 45 dakika; MM boyası ise pH'ı 6, 2,0 g/L adsorbent miktarı, 35 mesh adsorbent boyutu, 25 mg/L ve 45 dakika süre olarak bulunmuştur.
SDS ile DO boyası ve PO4-3 adsorpsiyon prosesinin optimum koşulları; DO adsorpsiyonu için pH 12, 2 g/L adsorbent miktarı, 200 mg/L başlangıç konsantrasyonu ve 120 dakika temas süresi; PO4-3 için pH 6, 2,0 g/L adsorbent miktarı, 50 mg/L başlangıç PO4-3 konsantrasyonu ve 120 dakika temas süresi olarak bulunmuştur. Her iki adsorpsiyon yöntemi için adsorbent boyutu 35 mesh olarak seçilmiştir.

Abstract:
Dyes mixed with natural waters, due to their toxic effects and preventing sunlight from entering the water, disrupt the ecology in the water and limit the beneficial use of water resources. The increase in phosphate in aquatic ecosystems causes eutrophication as a result of the deterioration of the Carbon (C): Nitrogen (N): Phosphorus (P) balance. It is a legal requirement to treat important pollutants such as dyes and phosphate from wastewater before they are discharged. Many physical, chemical and biological methods are used in the treatment of wastewater. In recent years, the use of natural adsorbents in the adsorption process, which is an advanced treatment method, has become widespread. Adsorption is more preferred than other wastewater treatment methods because it is more economical and environmentally friendly.
It is an important sustainable source of adsorbent used in the separation of agricultural wastes, hazardous metals/elements and organic materials from water. Such adsorbents have many advantages over conventional ones due to their high adsorption capacity, easy availability, low cost and recyclability.
Rice and tomato are two important agricultural products, which are included in the human diet, processed industrially and widely produced. Rice husk is an agricultural waste that is produced after rice production and has no use in this sense, despite its high silica content. Tomato stem is another agricultural waste that is left to rot in the field after the harvest and is used as animal feed. 
In this study, the removal of some dyes and phosphate from water by adsorption method using adsorbents produced from rice husk and tomato stem was investigated. Response Surface Method (RSM) was used in the experimental design for the production of silica from rice husk. Safranin O (SO) from aqueous solution with silica extracted from rice husk (PKS); The removal of SO and Methylene Blue (MM) from aqueous solution with dried tomato stem (KDS) and Direct Orange 46 (DO) and Phosphate (PO4-3) from aqueous solution with sintered tomato stem (SDS) were optimized by batch flask experiments.
In the adsorption process; pH, adsorbent amount, adsorbent size, initial concentration and time were optimized, desorption and reuse were also studied. Adsorption isotherm models (Langmuir, Freundlich, Temkin and Dubinin-Radushkevich), adsorption kinetic models (Pseudo-first order, Pseudo-second order and Intraparticle diffusion) and adsorption temodynamics (Enthalpy, Entropy and Gibbs free energy) were calculated according to optimum results. In the characterization of the adsorbents used in the experiments, X-ray Fluorescence (XRF), Zeta Potential and Energy Dissipative X-Ray (EDX) spectroscopy and Scanning Electron Microscopy (SEM) were used.
PKS, 55% silica ratio optimization was made as a result of RSM experiments. In the study, the optimum conditions for the adsorption of the extracted silica and SO dye were found to be pH 8, adsorbent dose 1.0 g/L, initial concentration 25mg/L, and contact time 45 minutes.
Optimum conditions as a result of the adsorption process of SO and MM dyes using KDS; For SO dye, pH 10, adsorbent amount 1.5 g/L, adsorbent size 35 mesh, 25 mg/L and 45 minutes; On the other hand, MM dye has a pH of 6.0, 2.0 g/L adsorbent amount, 35 mesh adsorbent size, 25 mg/L and 45 minutes duration.
Optimum conditions of SDS and DO dye and PO4-3 adsorption process; For DO adsorption, pH 12, adsorbent amount of 2 g/L, initial concentration of 200 mg/L and contact time of 45 minutes; For PO4-3, pH 6 was found as 2.0 g/L adsorbent amount, 50 mg/L initial PO4-3 concentration and 30 minutes contact time. For both adsorption methods, the adsorbent size was chosen as 35 mesh.