Farklı elektron alıcılarının anaerobik renk giderme verimine etkisi
Effect of different electron acceptors on anaerobic color removal
Yazar: KEVSER CIRIK
Danışman: DOÇ. DR. ÖZER ÇINAR ; PROF. DR. MEHMET KİTİŞ
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2010
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology

Özet:
Anaerobik arıtım, boyar madde içeren tekstil atıksularının arıtılmasında kullanılan ilk ve en önemli basamaktır. Bu basamakta, genellikle renksiz fakat kanserojen potansiyelli aromatik aminlerin oluşumu ile sonuçlanan azo boyanın azo bağı kırılarak renk giderimi gerçekleşmektedir. Aerobik koşullar ise aromatik aminlerin giderilmesi için gereken biyokimyasal çevreyi oluşturmaktadır ve prosesin ikinci aşamasını oluşturmaktadır. Bu nedenle tekstil atıksularının arıtımında ardışık anaerobik-aerobik koşulların birlikte kullanılması gerekmektedir.Anaerobik koşullarda gerçekleşen renk giderimi bir indirgenme yükseltgenme reaksiyonu olup, atıksu içerisindeki organik maddelerin yükseltgenmesi ile açığa çıkan elektronların azo boyaya giderek azo bağını kırması ile gerçekleşmektedir. Anaerobik renk giderimi mikrobiyal elektron taşıma zincirinde son elektron alıcısı olan azo boyanın indirgenmesiyle gerçekleştiği için, sistemde oksijen, nitrat ve sülfat gibi rekabetçi başka elektron alıcılarının bulunmasının azo boya indirgenme hızını ve dolayısıyla renk giderimini olumsuz etkileyebileceği düşünülmektedir.Bu çalışmanın amacı farklı elektron alıcılarının (oksijen, nitrat ve sülfat) anaerobik renk giderme verimine olan etkilerini incelemektir. Bu amaçla Remazol Brilliant Violet 5R (RBV-5R) azo boyası içeren sentetik atıksu ile beslenen anaerobik-aerobik ardışık kesikli reaktör (AKR) 6 saat anaerobik ve 6 saat aerobik reaksiyon süreleri içeren 12 saatlik toplam devir süresi ile çalıştırılmıştır. Çalışmada anaerobik reaksiyon süresindeki mikroorganizmalar farklı miktarlarda rekabetçi elektron alıcılara maruz bırakılarak sistem performansı renk giderme verimi, indirgenme-yükseltgenme potansiyeli (ORP), renk giderme hızı, kimyasal oksijen ihtiyacı (KOİ) giderme verimi, mikroorganizmaların sentezlediği spesifik anaerobik (azo redüktaz) ve aerobik enzim aktiviteleri (kateşol 1,2 dioksijenaz), aromatik amin oluşumu ve giderimi ile değerlendirilmiştir. Anaerobik koşullarda farklı elektron alıcılarına maruz kalan mikroorganizmaların popülasyon dinamiğindeki değişimler denatüre gradyan jel elektroforezi (DGGE) ile tanımlanmıştır.Çalışmada, oksijenin anaerobik renk giderme verimini oldukça olumsuz etkilediği bulunmuştur. Artan oksijen miktarlarına maruz kalan mikrorganizmaların azo redüktaz enzim seviyeleri yaklaşık olarak % 70 oranında sınırlanmıştır. Kateşol 1,2 dioksijenaz enzim seviyeleri ise artan oksijen miktraları ile orantılı olarak artış göstermiştir. Nitratın anaerobik renk giderme verimini olumsuz etkilediği bulunmuştur ve renk giderimi denitrifikasyon tamamlandıktan sonra gerçekleşmiştir. Sülfatın ise renk giderimini hızlandırdığı ve indirgenme ürünü olan sülfürün renk gideriminde önemli rolü olduğu bulunmuştur.Oksijen ve nitratın ortamdaki KOİ giderimini sitümüle ettiği ve reaktörün ilk saatlerindeki KOİ giderimini hızlandırdığı bulunmuştur. Artan elektron alıcı miktarlarına maruz kalan mikroorganizmaların toplam KOİ giderme verimleri yaklaşık % 90 olarak elde edilmiştir. Artan sülfat konsantrasyonları ise KOİ giderimini yavaşlatmıştır.Oksijen, nitrat ve sülfat gibi farklı elektron alıcıların sistemin redoks potansiyelini değiştirdiği ve değişen redoks potansiyeline maruz kalan mikroorganizma popülasyon dinamiğinin değişerek çeşitliliğin arttığı bulunmuştur.Anahtar Kelimeler: Azo boya, anaerobik-aerobik AKR, anaerobik renk giderimi, oksijen, nitrat, sülfat, azo redüktaz, kateşol 1,2 dioksijenaz, DGGE

Abstract:
Anaerobic treatment is the first and the most important step that is used for the treatment of dye containing textile wastewaters. In this step, reductive cleavage of the dyes? azo linkage occurs, resulting in color removal and formation of generally colorless but potentially hazardous aromatic amines. Aerobic treatment is the second step forming biochemical environment which is essention for aromatic amine removal. Process in which sequencing anaerobic and aerobic conditions are combined is therefore the most convenient biological treatment process for treating textile wastewaters.Anaerobic reductive cleavage of azo dyes is an oxidation-reduction reaction and electrons releasing from oxidation of organic compounds in the wastewaters goes through the azo dye and cleaves the azo bond. As anaerobic color removal occurs by the way of reduction of the azo dye which acts as a final electron acceptor in the microbial electron transport chain, existing different electron acceptors such as oxygen, nitrate, sulfate in anaerobic zone can be assessed as limiting factor for the dye removal.The aim of this study is to investigate the effect of different electron acceptors (oxygen, nitrate, and sulfate) on anaerobic color removal efficiencies. For this aim, anaerobic-aerobic sequencing batch reactor (SBR) fed with a simulated textile effluent including Remazol Brilliant Violet 5R azo dye was operated with a total cycle time of 12 hours including anaerobic (6 hours) and aerobic cylcles (6 hours).Microorganism grown under anaerobic phase of the reactor was exposed to different amounts of competitive electron acceptors and performance of the system was determined by monitoring color removal efficiency, oxidation reduction potential, color removal rate, chemical oxygen demand (COD), color, specific anaerobic enzyme (azo reductase) and aerobic enzyme (catechol 1,2 dioxygenase), and formation and removal of aromatic amines. Variations of population dynamics of microorganism exposed to different electron acceptors was identified by denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE).In this study, it was found that oxygen has adverse effect on anaerobic color removal efficiency. Azo reductase level of microorganism exposed to increasing amount of oxygen was limited to about 70%. However; Catechol 1,2-dioxygenase enzyme increased its activity by increasing oxygen level. It was also found that nitrate has adverse effect on anaerobic color removal efficiency and color removal was achieved after denitrification process was completed. On the contrary, it was found that sulfate accelarates color removal and sulfide, which is product of biological sulfate reduction, has important role on color removal.It was found that oxygen and nitrate stimulates the COD removal efficiency and accelarates the COD removal in the first hour of anaerobic phase. About 90 % total COD removal efficiencies were achieved in which microorganism exposed to increasing amount of electron acceptors, however; increase in sulfate concentration decelerated the COD removals.It was found that different electron acceptors such as oxygen, nitrate and sulfate changed the redox potential of the system and population dynamics of microorganism exposed to the changing redox potentials were changed and increased the diversity.Key Words: Azo dye, anaerobic-aerobic SBR, anaerobic color removal, oxygen, nitrate, sulfate, azo reductase, cathechol 1,2 dioxygenase, DGGE