Kurşun (II) ve civa (II) iyonlarının biyokütle üzerine adsorpsiyonunun incelenmesi

Abstract

ivÖZETAğır metalleri atıksulardan uzaklaştırmak için kullanılan iyon değişimi, çökeltim,elektrokimyasal ve membran prosesleri, aktif karbon adsorpsiyonu, buharlaştırma vesolvent ekstraksiyon metotları gibi konvansiyonel yöntemler yüksek ilk yatırım veişletim maliyetlerine sahiptirler. Bu yüzden ağır metalleri atıksudan uzaklaştırmakiçin son zamanlarda biyosorpsiyon prosesleri geliştirme çalışmalarına hız verilmiştir.Biyosorpsiyon prosesleri; ölü biyolojik madde kullanılarak atıksuda bulunan ağırmetallerin adsorbe edilmesi işlemidir. Bu proseslerde uygun biyomas kullanılmasıdurumunda yukarda belirtilen diğer yöntemlerden daha ucuz bir prosestir. Ayrıcaişletimi bu proseslere göre daha kolaydır.Literatürde pek çok çalışmada ölü bakteri, mantar ve alg yüzeyinde ağır metallerintuttulduğu belirlenmiştir. Bu çalışmada da çok sayıda bakteri, protozoa, mantar verotifer türlerini içeren aktif çamur biyomasının atıksuda bulunan ağır metalleribiyosorplama kapasitesinin belirlenmesi hedeflenmiştir. Bu kapsamda kurşun ve cıvaiçeren çözeltiler kullanılmış ve biyomasın bu metalleri biyosorbe etmede başarılıoldukları optimum koşullar belirlenmiştir. Ayrıca biyosorpsiyon süreci için kinetikve izoterm çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Sonuçta biyosorpsiyonun 2. derecekinetiğe sahip olduğu ve izoterm verilerinin Langmuir izoterm modeline uyumsağladığı belirlenmiştir. Gerçekleştirilen biyosorpsiyon işleminden sonra biyomasıntuttuğu ağır metali desorbe etmek, daha sonra da bu biyoması tekrar kullanmak içinrejenerasyon çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Yapılan çalışmalar sonucunda HClçözeltisinin desorpsiyonda, NaOH çözeltisinin de rejenerasyon işleminde etkinolduğu belirlenmiştir. Biyosorpsiyon sırasında aktif çamur biyoması tarafındanortama Na+, K+, Ca+2 ve Mg+2 iyonlarının yayıldığı tespit edilmiştir. Bu metallerinortama yayılması iyon değişiminin bir göstergesidir. Ayrıca aktif çamur biyomasındabulunan karboksil, amin ve fosfat gruplarının biyosorpsiyon sürecinde iyondeğişiminde rol alan fonksiyonel gruplar olduğu saptanmıştır. Kurşun ve cıva içinyapılan biyosorpsiyon testlerin sonucunda ölü aktif çamur biyomasının kurşunucıvadan daha fazla tercih ettiği yapılan deneyler sonucu gözlenmiştir.Aktif çamur biyomasının kolon çalışmalarında kullanımını kolaylaştırmak içinbiyomas polistiren (PS) malzemeden üretilmiş atık plastik ve kloroform kullanılaraktutuklanmıştır. Elde edilen bu malzeme ile yapılan kolon çalışmaları sonucu özelliklekurşun biyosorpsiyonunda olumlu sonuçlar elde edilmiştir. Yatak hacminin 26 katıkadar çözelti kolondan geçirildiğinde, çıkış suyunda kurşun konsantrasyonunarastlanılmamıştır. Kolon biyosorpsiyon kinetiği uygulamada aktif karbon kolontasarımında oldukça fazla kullanım alanına sahip olan Thomas modeline uyumsağlamıştır.ANAHTAR KELİMELER: Biyosorpsiyon, aktif çamur, biyomas, ağır metal,tutuklama, kinetik, izoterm

vABSTRACTConventional technologies including ion exchange, precipitation, electrochemicaland membrane processes, activated carbon adsorption, evaporation and solventextraction used for heavy metals removal from wastewaters all have relatively highcapital and operation costs. Therefore, to remove heavy metals from wastewaters,developments in biosorption processes have recently gained speed. Biosorptionprocess is the adsorptive removal of heavy metals from wastewaters using deadbiological substances, i.e., dead biomass. Biosorption is a cost-effective and easy-to-operate process compared with conventional ones as long as the proper biomass isemployed.It is found in many studies in the literature that heavy metals are removed throughadsorption onto the surfaces of dead bacteria, fungus and algae. In this study, themain objective was to determine the biosorption capacity of activated sludge biomassconsisting of various bacteria, protozoa, fungus and rotifera in removing heavymetals in wastewaters. Within this frame, solutions containing lead and mercurywere used and the optimum conditions for effective and successful biosorption ofthese metals were determined. Besides, kinetic and equilibrium isotherm studieswere carried out for biosorption. The results showed that the biosorption exhibits asecond-order kinetics, and the equilibrium data fits the Langmuir isotherm model.Following the biosorption experiments, desorption experiments were conducted in aneffort to release sorbed metals and regenerate the dead biomass for further reuse. Theresults indicated that while HCl solution is effective for desorption, NaOH solution iseffective for regeneration steps. During the biosorption process, it was also foundthat activated sludge biomass release Na+, K+, Ca2+ and Mg2+ ions into the solution.The release of these metals is an indication of the ion exchange mechanism forbiosorption. Furthermore, carboxyl, amine and phosphate surface groups on activatedsludge biomass were determined to be responsible for ion exchange mechanism.After the biosorption tests on lead and mercury, it was found that the dead activatedsludge biomass preferentially removes lead over mercury.In column tests, activated sludge biomass was immobilized onto polystyrene wasteplastic and chloroform. Positive results were obtained from these column tests,especially for lead biosorption. Lead concentrations were not detected in the effluentuntil a solution volume 26 times of the column bed volume passed through thecolumn. The observed biosorption kinetics in column experiments agreed well withThomas model used frequently for the design of activated carbon columns.KEY WORDS: Biosorption, activated sludge, biomass, heavy metal,immobilization, kinetic, isotherm.