Mikrobiyal yakıt hücrelerinde sülfat indirgeyen bakteriler ile renk giderimi ve elektrik üretimi

Tekstil endüstrisi günümüzde modern toplumun en büyük sektörlerinden biri olarak kabul edilmektedir. Tekstil endüstrisinde uygulanan boyama basamağı ise çevre kirliliği açısından en büyük riski oluşturmaktadır. Tekstil atıksuyunda yer alan ana kirleticiler organik maddeler, sülfat, toksik ve inhibitör bileşikleri, yüzey aktif maddeler, pH, tuz ve atıksuyun en sıkıntılı bileşenleri olarak kabul edilen renkli boyalardır. Tekstil atıksuları genellikle orta veya yüksek konsantrasyonlarda sülfat içermektedir. Tekstil endüstrisi boyama çıkış sularında sülfat konsantrasyonunun1000- 2500 mg/L'ye ulaşabildiği tahmin edilmektedir (Davies, 2007). Biyolojik arıtma prosesleri çevre dostu teknolojiler olarak bilinmektedir ve anaerobik koşullar boyarmadde ve sülfat içeren renkli tekstil atıksularının arıtımında en elverişli koşulları oluşturmaktadır. Anaerobik koşullarda atıksudaki organik maddenin oksidasyonu ile açığa çıkan elektronlar sistemde son elektron alıcısı olarak görev yapan boyarmaddeye gitmekte ve renk giderilmektedir. Sülfat ise anaerobik koşullarda sülfat indirgen bakteriler ile biyolojik olarak sülfür bileşiklerine indirgenir. Anaerobik koşullarda renk ve sülfat gideriminde sorumlu mikroorganizmaların büyüme hızı düşük olduğundan konvansiyonel askıda büyüyen sistemlerde yüksek çamur yaşları ( 15 gün) ve uzun bekletme süreleri ( 2 gün) tercih edilmektedir. Aslında biyofilm oluşturarak büyüme prensibi, yüksek çamur yaşlarında özel mikroorganizmaların büyümesini kolaylaştırarak parçalanmaya dirençli kirleticilerin biyolojik oksidasyonunu sağlamakta ve renk giderimi için daha elverişli gözükmektedir. Bu bağlamda, organik atıklardaki kimyasal enerjiyi mikroorganizmalar yardımı ile direk olarak elektrik enerjisine dönüştürebilen mikrobiyal yakıt hücresi, hem atıksu arıtımı hem de enerji üretim potansiyeli göz önüne alındığında ilgi çekici bir seçenek olarak karşımıza çıkmaktadır. MYH reaktöründe atıksu arıtımı, anot elektrot üzerinde biyofilm oluşturarak büyüyen mikrobiyal topluluk tarafından gerçekleştirilmektedir. Biyofilm tabakası, atıksu içeriğindeki organik bileşikleri okside ederek hidrojen iyonuna ve elektronlara dönüştürürler. Açığa çıkan bu elektronlar ise elektrot ve iletken bir tel yardımı ile katot bölümündeki elektron alıcısına taşınarak elektrik üretimi gerçekleştirilmektedir. Bu çalışmanın temel amacı, çift bölmeli sürekli beslemeli MYH sisteminde sülfat indirgeyen bakteriler ile renk giderimi ve biyoelektrik üretiminin araştırılmasıdır. Çalışmada ilk olarak, artan sülfat konsantrasyonunun elektrik üretimine olan etkisi farklı kimyasal oksijen ihtiyacı /sülfat oranlarını (1000 mg/L giriş KOİ konsantrasyonu) içeren işletme koşullarında incelenmiştir. Daha sonra ise elde edilen en başarılı KOİ/sülfat oranında farklı hidrolik bekletme süresi (12- 48 saat) ile MYH sisteminin optimizasyonu sağlanmıştır. Çalışmanın son aşamasında ise anot bölmesine verilen farklı giriş boya konsantrasyonlarının (50-1000mg/L, Remazol vrilliant Violet 5R) renk giderimi ve elektrik üretimine olan etkisi incelenmiştir. Çalışmanın ilk aşamasındaMYH farklı KOİ/sülfat oranlarında işletilmiş ve 1000 mg/L KOİ 600 mg/L sülfat denk gelen 1,66 KOİ/sülfat oranı optimum olarak belirlenmiştir. İkinci aşamada belirlenen bu optimumoranda farklı hidrolik bekleme sürelerinin (HRT:12-48sa) KOİ ve sülfat giderimi üzerine etkisi incelenmiştir. Bu optimum koşulda sülfat ve KOİ giderim verimleri sırasıyla %35 ve %98'e ulaştı ve maksimum güç yoğunluğu 23 W/m2. Sonuçlar sürekli beslemeli MYH'de farklı HRT'lerin sülfat ve KOİ giderim verimlerinde önemli bir rol oynadığını göstermiştir ve 36 sa HRT optimum olarak belirlenmiştir. Çalışmanın geri kalanında KOİ giderim performansı üzerindeazo boyarmadde ve sülfatın rekabeti artan boyar madde konsantrasyonlarındaincelenmiştir. MYH performansı bakımından 750 mg/L boya konsantrasyonu optimum olarak belirlenmiştir bu koşullarda %92, 4 renk giderim verimi ve 24 ,7W/m2güç yoğunluğu elde edilmiştir.