Atıksulardaki ağır metal iyonlarının giderilmesi ve geri kazanılması için en uygun biyosorbent türünün seçilmesi ve değişik reaktör sistemlerinin matematiksel incelenmesi

Abstract

ÖZET Bu çalışmada ağır metal kirliliği içeren atık sularda yeralan bakır(II), nikel(II) demir(III), krom(VI) ve kurşun(II) iyonlarının, aktif çamur bakterisi Z.ramigera ve küfmantan Rhizopus arrhizus'a. adsorbsiyon kinetiği kanştırmalı, akışkan yatak ve dolgulu kolon reaktörlerde incelenmiştir. Kesikli düzende çalışan kanştırmalı tepkime kabında bakır(II), nikel(II) demir(III), krom(VI) ve kurşun(II) iyonlarının her iki mikroorganizma türüyle adsorbsiyonunda optimal çalışma sıcaklıkları sırasıyla 25<>C, 25°C, 35-45°C, 35-45°C, 35-45QC, en uygun çalışma pH'lan da 4.0, 4.5, 2.0, 1.0-2.0, 4.5-5.0 olarak bulunmuştur. Hemen bütün metal iyonları için başlangıç metal iyonu derişimi 150-200 mg/l'ye ulaştığında maksimum adsorbsiyon hızlan gözlenmiştir. Her bir metal iyonu için farklı sıcaklık ve pH'larda elde edilen Freundlich adsorbsiyon izotermlerinden, Freundlich adsorbsiyon sabitleri ve adsorbsiyon dereceleri, aynca Langmuir-Hinshelwood adsorbsiyon modeli modifiye edilerek elde edilen hız modelinden yararlanarak gerçek ve görünür hız sabitleri ve gerçek ve görünür aktivasyon enerjileri saptanmıştır. Aynca Langmuir adsorbsiyon modelinden yararlanılarak adsorbsiyon ışılan hesaplanmıştır. R.arrhizus'la Cr+6 ve Z.ramigera ile Pb+2 adsorbsiyonu akışkan yatak tepkime kabında da tekrarlanarak, bulunan sonuçlar karşılaştırılmıştır. Zsamigera ile en yüksek adsorbsiyon hızına ve metal alma etkinlik değerlerine sırasıyla Fe+3 ve Pb+2 iyonlarının adsorbsiyonunda ulaşılmıştır. R.arrhizus'la. en yüksek adsorbsiyon hızına ve metal alma etkinlik değerlerine ise Pb+2 iyonlarının adsorbsiyonunda ulaşılmıştır. Ca-aljinatta tutuklanmış Z.ramigera ile Cu+2 adsorbsiyonu dolgulu kolon reaktörler ve akışkan yatakta çalışılmış sonuçlar karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Ca-aljinatta tutuklanmış Cu+2'nin toplam adsorbsiyon hız sabitinin belirlenmesi amacıyla, uyan-cevap tekniği kullanılmış ve sonuçlar moment tekniği ile analiz edilmiştir.

SUMMARY In this study, the kinetics of adsorption of copper(II), nickelpl), iron(III), chromiumfVI) and lead(II) ions existing in waste water to Zoogloea ramigera, (an activated sludge bacterium) and Rhizopus arrhizus (a fungal cell), was investigated in stirred batch tank, fluidized bed and packed bed column reactors. The optimum adsorption temperatures and initial pH values by Z. ramigera and R. arrhizus for the adsorption of Cu+2, Ni+2, Fe+3, Cr+6 ve Pb+2 ions in stirred batch tank reactors were determined as 25°C, 25°C, 35-45°C, 35-45QC, 35-45°C and 4.0, 4.5, 2.0, 1.0- 2.0 and 4.5-5.0, respectively. The initial adsorption rates of metal ions to both organisms increased with increasing metal ion concentrations up to 150-200 mgl-1. Freundlich adsorption constants and adsorption intensity and degrees were found from Freundlich adsorption isotherms obtained at different temperatures and pH values. Additionally, global and true reaction rate constants were calculated according to modified Langmuir- Hinshelwood adsorption rate model. Cr+6 adsorption to R.arrhizus and Pb+2 adsorption to Z.ramigera were repeated in fluidized bed reactor and the results were compared with the results obtained in the stirred tank reactors. The highest adsorption rates and metal uptake efficiencies for heavy metal adsorption by Z.ramigera were observed in the adsorption of Fe+3 ions and Pb+2 ions respectively. With R.arrhizus, the highest adsorption rates and metal uptake efficiencies were obtained in the adsorption of Pb+2 ions. Cu+2 adsorption by Z.ramigera immobilized to Ca-alginate was comparatively investigated in packed bed columns and fluidized bed reactors. The overall adsorption rate constant of Cu+2 by Z.ramigera immobilized to Ca-alginate was found by using stimulus-response technique and the results were evaluated via analysis by the moment technique.