Farklı biyosorbentler üzerine Cu(II), Ni(II) ve metilen mavisi biyosorpsiyonunu kesikli ve sürekli sistemlerde incelenmesi
The investigation of biosorption of Cu(II), Ni(II) ions and methylene blue onto different biosorbents in batch and continuous systems
Yazar: ÜLKER ASLI GÜLER
Danışman: DOÇ. DR. MELTEM SARIOĞLU CEBECİ
Cumhuriyet Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2010
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Aktif çamur = Activated sludge ; Ağır metaller = Heavy metals ; Bakır = Copper ; Biyosorpsiyon = Biosorption ; Mayalar = Yeasts ; Metilen mavisi = Methylene blue ; Nikel = Nickel ; Saccharomyces cerevisiae =  ; Yeşil yosun = Green algae

Özet:
Bu çalışmada, aktif çamur, S. cerevisiae (maya) ve Spirogyra sp. (yeşil alg)'in ölü biyokütlelerinin doğal ve ön işlemden geçirilmiş halleri biyosorbent olarak kullanılarak, bakır(II) ve nikel(II) ağır metal iyonları ile Metilen Mavisi (katyonik) boyar maddesinin kesikli ve sürekli sistemde tek bileşenli ve iki bileşenli olmak üzere sentetik ve gerçek atıksudan biyosorpsiyonu incelenmiştir.Bu amaçla, kesikli sistem deneylerinde biyosorpsiyonu etkileyen faktörler (pH, temas süresi, derişim, sıcaklık, biyosorbent dozajı) çalışılmış, elde edilen verilere Langmuir, Freundlich ve D-R izoterm modelleri uygulanmıştır. Elde edilen sonuçlara göre tüm biyosorbentlerin Langmuir ve Freundlich adsorpsiyon izotermlerinin her ikisine de uyum gösterdiği belirlenmiştir. D-R modelinden elde edilen ortalama adsorpsiyon enerjisi (E), biyosorpsiyon mekanizmasının kimyasal iyon değişimi ile meydana geldiğini göstermiştir. Biyosorpsiyon kinetiğinin belirlenmesinde sözde birinci derece ve sözde ikinci derece hız kinetik modelleri kullanılmış ve tüm biyosorbentler için, Cu(II), Ni(II) ve MB biyosorpsiyonunu sözde ikinci dereceden hız eşitliğinin temsil ettiği belirlenmiştir. Ayrıca tanecik içi difüzyon modelinden iki doğrusal bileşen (birincisi sınır tabakası difüzyonu, ikincisi ise tanecik içine difüzyon ile ilgili) elde edilmiştir. Cu(II) ve Ni(II) iyonları ile MB boyar maddesinin tüm biyosorbentlere biyosorpsiyonunda termodinamik parametrelerden ?H, ?S ve ?G değerleri hesaplanmıştır.Ayrıca tüm biyosorbentler ile desorpsiyon çalışmaları, iyon seçiciliği, iyonik şiddetin etkisi (NaCl), iki bileşenli giderim çalışmaları yapılmıştır. Tüm biyosorbentlerin yapısal karakteristiklerini belirlemek amacıyla FT-IR spektrumları ile SEM görüntüleri çekilmiştir. FT-IR ölçüm sonuçlarına göre biyosorbentlerin farklı fonksiyonel gruplara sahip olduğu belirlenmiştir.Sürekli sistem çalışmalarında ise aktif çamurun doğal hali ve Na-aljinata tutuklandırılarak elde edilen biyosorbent kullanılarak dolgulu kolon ve akışkan yataklı kolonda çalışmalar sentetik çözelti ve metal kaplama sanayinden getirilen atıksu ile yürütülmüştür. Ayrıca aktif çamurun HCl ile rejenerasyonu ve 2. kez kullanım çalışması yapılmış, 2. kez kullanımda verimin oldukça düştüğü gözlenmiştir. Dolgulu kolon sisteminde elde edilen verilere Thomas, Yoon-Nelson ve Bohart-Adams modelleri uygulanmıştır. Deneysel Breakthrough eğrileri ile model öngörüleri arasında iyi bir uyum olduğu gözlenmiştir.Sonuç olarak çalışılan tüm materyallerin Cu(II), Ni(II) ağır metalleri ile Metilen Blue boyar maddesinin biyosorpsiyonunda biyosorbent olarak kullanılabilir özellikte oldukları, özellikle aktif çamurun yüksek biyosorpsiyon kapasitesine (Qmax 394.33 mg/g) sahip olduğu görülmüştür.

Abstract:
In this study, removal of Cu(II) and Ni(II) heavy metals and Methylene Blue (cationic) dye from wastewater in batch systems was studied by using dried non-living natural and pretreatment activated sludge, S. cerevisiae (yeast), Spirogyra sp. (green algae) as biosorbent under single and binary conditions and continuous biosorptions studies (fixed-bed and fluidized bed) were performed for activated sludge as support material to remove these pollutants from synthetic and real wastewaters.Effects of pH, contact time, initial pollutant concentration, biosorbent amount and temperature on biosorption capacity and efficiency were studied and experimental results from batch studies fitted to equilibrium (Langmuir, Freundlich and D-R) isotherm models. Both equilibrium adsorption models (Langmuir and Freundlich) were suitable for experimental results. The mean adsorption energy values (E) evaluated from the D?R model indicated that the biosorption of heavy metals and dye onto biosorbents were taken place by chemical ion-exchange. First order, pseudo-second order kinetic models were evaluated and the results indicated that Cu(II), Ni(II) and Methylene Blue biosorption onto biosorbents followed the pseudo-second order kinetics. In addition intraparticle diffusion model was examed in two linear parts by the boundary layer effects and intraparticle diffusion. Thermodynamic parameters (?H, ?S, ?G) were calculated in order to explain effect of temperature on biosorption mechanism. Desorption, selectivity of ion, effect of ionic strength (NaCl) and binary biosorption batch experiments were performed. FT-IR and SEM measurements were used to understand structural character of biosorbents before and after experiments. Biosorbents have different functional groups according to the FT-IR results.Continuous fixed-bed and fluidized bed column studies were carried out with natural activated sludge and immobilized Na-alginate activated sludge as biosorbents using synthetic and real wastewater taken from metal plating industry. Regeneration of activated sludge with HCl was studied. Efficiency of reuse of biosorbent was very low. Thomas, Yoon-Nelson and Bohart-Adams models were used to analyze the experimental data and the model parameters were evaluated. Good agreement of the experimental breakthrough curves with the model predictions was observed.As a summary, all natural biosorbents used in this study (activated sludge, S. cerevisiae, Spirogyra sp.) were good at removing heavy metals (Cu(II), Ni(II)) and cationic dye (Methylene Blue) from wastewaters.It was found that activated sludge has the highest biosorption capacity (Qmax 394.33 mg/g) among the biosorbents used in this study .