Biological treatment of dyestuff containing wastewaters by adsorptive biodegradation in an activated sludge unit

Sentetik boyar maddeler tekstil, kağıt, baskı sanayinde ve boya üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır. 8u endüstrilerin atıksulannda yoğun bir renk gözlenmektedir ve bu atıksulann arıtılmadan doğrudan alıcı ortama deşarj edilmeleri kontrolsüz anaerobik şartlarda toksik karsenogenik amino aminlerin oluşmasına neden olmaktadır. Sentetik boyar maddelerin yarattığı problemler göz önünde bulundurularak, bu çalışmada tekstil boyar maddelerinin, adsorpsiyonlu biyodegredasyon ile bir ucuz adsorban ilavesi ve boyar madde parçalayabilen mikrorganizma kültürü ile aktif çamur ünitesinde atıksudan giderilmesi üzerine çalışılmıştır. Bu amaçla, adsorban madde ve mikroorganizma kültürü seçimi, boyar maddelerin biyolojik olarak parçalanması için gerekeli ortam şartlarmm belirlenmesi, reaktör sisteminin seçimi çalışmaları yapılmış ve önemli işletim parametrelerinin sistem üzerine etkileri incelenmiştir. Ayrıca, Box-Wilson İstatiksel Deney Tasarımı Metodu kullanılarak, aktif çamur ve immobilize beyaz çürükçül küf içeren aktif çamur ünitesinde odun külü ilavesi ile tekstil boyar maddelerinin adsorpsiyonlu biyodegradasyonu üzerine çalışılmıştır. Aktif çamur ünitesinde kullanılmak üzere adsorban madde seçimi amacıyla yapılan deneylerde, toz aktif karbon, granüler aktif karbon gibi adsorbanlann yam sıra zeolit odun talaşı, odun külü, kemik tozu ve bentonit gibi bazı eldesi kolay ve ucuz adsorbanlann boyar madde adsorpsiyon kapasiteleri incelenmiştir. Çeşitli endüstrilerden getirilen aktif çamur kültürlerinin boyar madde parçalayabilme kapasiteleri incelenmiş ve seçilen adsorban madde ilavesi ve aktifIX çamur kültürü ile geri döngülü klasik aktif çamur ünitesinde değişik çamur yaşlarında renk giderim çalışmaları yapılmıştır. Adsorpsiyon çalışmaları sonucunda odun külünün adsorpsiyon kapasitesinin toz aktif karbonla karşılaştırılabilecek nitelikte olduğu bulunmuştur. Adsorpsiyonun, Langmuir adsorpsiyon izotermine uygunluk gösterdiği gözlenmiş ve odun külü ve toz aktif karbon için adsorpsiyon sabitleri hesaplanmıştır. Pak- Maya maya endüstrisinin arıtma tesisinden elde edilen aktif çamur kültürü diğer test edilen aktif çamur kültürlerine nazaran daha iyi renk giderimi sağlamıştır. Odun külü ilave edilerek değişik çamur yaşlarında ( 8c=3- 30 gün) işletilen aktif çamur ünitesinde maksimum renk giderim verimi %37 ile 9c=20 gün'de elde edilmiştir. Anaerobik bakteri kültürü olan PDW kullanılarak beş değişik tekstil boyar maddelerden renk giderim çalışması yapılmış, karbon kaynağının ve boyar madde derişiminin PDW ile renk giderimi üzerine etkileri incelemiştir. PDW kültürü beş boyar maddenin üçünde renk giderimi sağlamıştır. İncelenen karbon kaynaklan arasında laktoz, sukroz ve glikoza kıyaslamaya özü ile en yüksek renk giderim gözlenmiş ve 25 saatlik inkübasyon periyodu sonunda tamamiyle renk giderimi elde edilmiştir. Maya özü (50 mg/L) ile zenginleştirilmiş laktoz ve sukrozun karbon kaynağı olarak kullanılması halinde de 24 saat inkübasyon periyodu sonunda renk giderimi sağlanmıştır. PDW kültürü, 1000 mg/L boyar madde derişimine kadar sentetik atıksudan renk giderimi sağlayabilmiş, bu derişimde renk giderim verimi önemli Ölçüde düşmüştür. Dört farklı beyaz çürükçül küf kültürünün değişik tekstil boyar maddelerini dekolorize etme kapasiteleri incelenmiştir. Çalışmada kullanılan beyaz çürükçül küfler Phanerochaeta chrysosporium 671 .71, Phanerochaeta chrysosporium MUCL, Coriolus versicolor ve Coriolııs versicolor MUCL'dur. Çalkalayıcıda kesikli olarak yapılan deneylerin sonucunda kültürler, 9 günlük inkübasyon periyodu sonucunda etkin olarak renk giderimi sağlamışlardır. P. crysosporium kültürleri ile her boyar madde için %90'ın üzerinde renk giderim verimi elde edilmiştir. C. versicolor kültrüleri ise boyar madde türüne bağlı olarak %34 ile %100 arasında değişen renkX giderim performansı göstermiştir. Sıcaklığın P. crysosporium 671. 71'in renk giderim performansı üzerine etkisini incelemek üzere yapılan deneyler sonucunda, kültürün düşük sıcaklıklarda (<38 C) ancak %60 oranında renk giderim sağlayabildiği gözlenmiştir. C. versicolor MUCL kültürünün daha düşük sıcaklıklarda ( 28 C) renk giderimi sağlayabilmesinden dolayı daha sonraki çalışmalarda bu kültür kullanılmıştır. C. versicolor MUCL'un çalışılacak kültür olarak seçilmesi sonucunda, pH, medya bileşimi, boyar madde derişim, karbon kaynağı ve derişimi, azot kaynağı ve derişimi, TOC/N oram gibi bazı önemli faktörlerin C. versicolor MUCL ile reaktif phytalocyanin türü tekstil boyar maddesi Everzol Turquoise Blue G'nin dekolorizasyonu üzerine etkileri çalkalayıcıda yapılan kesikli deneylerle incelenmiştir. Yapılan deneyler sonucunda pH=4. 5 in en uygun pH değeri olduğu, Media IE ile diğer medya bileşimlerine nazaran daha yüksek renk giderim verimi sağlandığı gözlenmiştir. İncelenen karbon ve azot kaynaklan içerisinde en yüksek renk giderim verimi glikoz ve üre'nin varlığında elde edilmiştir. C. versicolor MUCL ile renk giderimi yüksek TOC/N oranında ( TOC/N > 20) ya da düşük azot derişiminde gerçekleşmektedir. Boyar madde derişimi 500 mg/L'ye çıktığında renk giderim verimi düşmüş ve bu derişimin üzerinde kısmi dekolorizasyon sağlanmıştır. C. versicolor MUCL üzerine adsorpisyon ihmal edilebilir orandadır ( < %20). Everzol Turquoise Blue G tekstil boyar maddesinin C. versicolor MUCL ile biyolojik dekolorizasyonu biyodisk reaktörde çalışılmıştır. Disk türü, disk dönme hızı (rpm= 10 -40), glikoz derişimi ( 10-5 g/L), boyar madde derişimi ( 50-500 mg/L) gibi önemli işletim parametrelerinin, C. versicolor MUCL immobilize edilmiş biyodisk ünitesinde renk giderim performansı üzerine etkiler incelenmiştir. Sistem tekrarlı kesikli 48 saat hidrolik alıkonma süresinde işletilmiştir ve TOC, glikoz, renk ölçümleri yapılmıştır. Plastik, tel örgülü ve tel örgü kaplı plastik disk olmak üzere üç değişik disk türü kullanılmış ve en iyi renk giderimi plastik disklerle elde edilmiştir. 10-40 rpm dönme hızlarında işletilen sistemde en yüksek renk giderim verimi %80 ile rpm= 30'da elde edilmiştir. %77 oranında renk giderim verimi için gerekli olan minimum glikoz miktarı 5 g/L'dir. 50-200 mg/L boyar madde derişimleri arasında %80 civarında renk giderim verimi gözlenirken, derişimin 500 mg/L'ye çıkartılması ile renk giderim verimi %33'e düşmüştür. Aynı boyar maddenin dolgulu kolon reaktörde C. versicolor MUCL ile dekolorizasyonu da incelenmiştir. Önce, çalkalayıcıda destek taneciği seçimi deneyleri yapılmıştır. Tel örgü parçacıkları, sünger, taş, talaş, poliüretan köpük ve odun külü gibi destek tanecikleri üzerine immobilize edilmiş C. versicolor MUCL'un renk giderim performansı araştırılmış ve en iyi renk giderimi %97 ile metal tel örgülerle elde edilmiştir. Tel örgüler üzerine immobilize edilmiş beyaz çürükçül küf içeren dolgulu kolon reaktör 24 saatlik hidrolik alıkonma süresiyle tekrarlı kesikli olarak işletilmiş ve %50 oranında renk giderim verimi gözlenmiştir. Sistemin 50- 100- 200 mg/L boyar madde derişimlerinde işletimi sonucunda %50 renk giderimi ve %80 TOC giderim verimi elde edilmiştir. Son olarak, bağlı C. versicolor MUCL ve süspanse aktif çamur içeren laboratuvar ölçekli bir aktif çamur ünitesinde adsorban madde ilavesi ile, boyar maddelerin adsorpsiyonlu biyodegredasyon ile atıksudan giderimi üzerine çalışılmıştır. Küfler aktif çamur ünitesinin havalandırma tankına yerleştirilen plakalar üzerine immobilize edilmiş ve odun külü adsorban olarak sisteme ilave edilmiştir. Çamur yaşı, boyar madde derişimi ve adsorban derişimi gibi önemli işletim parametrelerinin renk giderim verimi üzerine etkilerim incelenmiş ve deneyler Box-Wilson istatistiksel deney tasarım metodu kullanılarak tasarlanmıştır. Deneysel verilerde regresyon analizi yapılarak respons fonksiyonunun katsayıları bulunmuş ve deneysel sonuçlarla hesaplanan renk giderim verimleri arasında uyum gözlenmiştir. En yüksek renk giderim verimi E= %82 ile Do=200 mg/L boyar madde derişiminde, Ao=150 mg/L adsorban madde derişiminde ve 0c=20 gün çamur yaşmda elde edilmiştir.