Investigation of ultrasonical and microbial removals of C.I. reactive orange 107 textile dyestuff in single and in serial systems

Abstract

Tekstil endüstrisi atıksuları içerdikleri çok çeşitli kimyasallardan ve özellikle de boyarmaddelerden dolayı arıtılması zor olan sulardır. Boyarmaddelerin sentetik kökenli olması ve karmaşık aromatik yapılar içermesi, boyaların kararlı yapıda olmasını sağlamakta ve biyolojik ayrışabilirliklerini zorlaştırmaktadır. Yapılan çalışmalar dünyada en fazla tüketilen boyarmaddelerin başında gelen reaktif boyarmaddelerin %90'ının aktif çamur proseslerinden değişmeden çıktığını; bir kısmının anaerobik arıtım proseslerinde parçalanabildiğini fakat parçalanma ürünlerinin toksik olduğunu göstermiştir. Boyarmaddelerin gideriminde kullanılan ozonlama, kimyasal indirgeme-oksidasyon, koagulasyon-flokulasyon, adsorpsiyon gibi yöntemler etkin olmalarına karşın yüksek maliyet, zararlı yan ürünlerin oluşumu ve fazla enerji gereksinimi gibi dezavantajlara sahiptir. Son zamanlarda ise ultrasonik yöntemlerle ve boyarmaddeleri hücre dışı ürettikleri spesifik olmayan enzimlerle parçalayabilen beyaz çürükçül funguslarla reaktif boyaların giderim çalışmaları önem kazanmaya başlamıştır.Bu tez çalışmasında, kot kumaşların boyanmasında kullanılan ve tekstil atıksularında sıklıkla rastlanılan Reactive Orange 107 mono-azo reaktif boyarmaddesinin hidrolize formunun ultrasonik ve mikrobiyal yöntemlerle giderimi tekli ve ardışık sistemlerde incelenmiş, boyarmaddenin orijinal ve hidroliz formları ile degradasyon bileşiklerinin yapısal analizlerinden yararlanılarak giderim mekanizmaları önerilmiştir.Ultrasonik yöntemle renk giderim çalışmaları üç farklı frekans (378, 850 ve 992 kHz), iki farklı sıcaklık (20, 30 oC) ve üç farklı başlangıç boyarmadde derişimi (50, 100, 200 mg/l) değerinde gerçekleştirilmiş ve en yüksek giderimin 850 kHz frekans ve 50 mg/l derişim değerinde sağlandığı gözlenmiş, sıcaklığın ise önemli bir etkisi görülmemiştir.Mikrobiyal degradasyon çalışmaları beyaz çürükçül fungus Trametes versicolor'la gerçekleştirilmiş, sonuçlar anaerobik-aerobik bakteri çamuru ile elde edilenlerle karşılaştırılmıştır. Fungal giderimde glukoz tek başına ve bir atık olan melasla birlikte karbon kaynağı olarak kullanılmıştır. Boya giderimine ortam pH'ının etkisi incelendiğinde, pH 5.0'de en yüksek giderim gözlenmiştir. Bu pH değerinde, 2.5 ila 30 g/l arasında sabit tutulan her bir glukoz derişiminde, 25-300 mg/l aralığında değiştirilen başlangıç boyarmadde derişiminin fungusun üremesine ve boyarmadde giderimine etkileri araştırıldığında ise, glukoz derişiminin 20 g/l'ye, boyarmadde derişiminin ise 100 mg/l'ye kadar artmasıyla boyarmadde gideriminin arttığı görülmüştür. Ortama melas katıldığında ise fungal kütlenin önemli ölçüde arttığı, boyarmadde giderimindeki artışın ise daha az olduğu saptanmıştır.Çalışmaların son kısmında mikrobiyal ve ultrasonik sistemler seri halde kullanılarak boya giderim hız ve veriminin yükseltilmesi hedeflenmiştir. Bulunan sonuçlar bu amaca ulaşıldığını göstermiştir.

Wastewaters from the textile industries are one of the most difficult ones to treat because they contain various chemicals and especially dyestuffs. Dyes usually have a synthetic origin and complex aromatic molecular structures, which make them more stable and more difficult to be biodegraded. It was reported that approximately 90% of reactive dyes, which are extensively used in the worldwide textile industry, entering activated sludge process pass through with no change; some parts can be degraded under anaerobic biological treatment but reduction products are toxic. Although the methods used for the removal of dyestuffs like ozonation, chemical reduction-oxidation, coagulation-flocculation, adsorption, are effective, most of them have some drawbacks such as high cost, formation of hazardous by-products, and intensive energy requirement. In recent years, the use of ultrasonic methods and white-rot fungi, which are able to produce nonspecific oxidative enzymes and have the ability to convert textile dyes to simple compounds by using these enzymes, has become important for the removal of reactive dyes.In this thesis study, the removal of hydrolyzed form of C.I. Reactive Orange 107, a mono-azo reactive dye, used for dyeing jeans in textile industries and found in textile wastewaters in large amounts, was investigated by using ultrasonic and microbial methods both alone and in series systems, and degradation mechanisms were proposed by evaluation the structural analysis of original and hydrolyzed forms of dye and degradation compounds.Ultrasonic dye removal studies were performed at three different frequencies (378, 850 ve 992 kHz), at two different temperatures (20, 30 oC) and at three different initial dye concentrations (50, 100, 200 mg/l). The highest dye removal was obtained at 850 kHz frequency and at 50 mg/l initial dye concentration and it was observed that temperature has no significant effect on dye removal.Microbial degradation studies were investigated by using Trametes versicolor, a white rot fungus and the results were compared with the findings obtained by anaerobic-aerobic bacterial sludge. In fungal degradation, glucose was used as the single and binary carbon source together with the molasses waste. When the effect of medium pH on the fungal dye removal was examined, maximum dye removal was obtained at pH 5.0. At this pH value, the effect of initial dyestuff concentration changing between 25-300 mg/l on the fungal growth and dye removal at a constant glucose concentration varied for each experimental set from 2.5 to 30 g/l, was studied and it was found that dye removal increased with both glucose concentration up to 20 g/l and dye concentration up to 100 mg/l . When molasses was added to growth medium, it was observed that fungal biomass increased considerably, but dye removal increased slightly.In the final part of studies, it was aimed to achieve higher dye removal rates and efficiencies by using microbial and ultrasonic systems in series. The results obtained showed that use of binary system is much more favourable than that of single system.