Biological treatment of dyestuff containing wastewaters by adsorptive biodegradation in an activated sludge unit
- Global styles
- Apa
- Bibtex
- Chicago Fullnote
- Help
Abstract
vnı ÖZET 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 gözönünde 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 (PAC), granüler aktif karbon (GAC) 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 geridöngülü 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 ( K ve q max) 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 kıyasla maya 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) yada 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 arasındaXI %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. IV ABSTRACT Synthetic dyestuffs are extensively used in textile, paper, printing industries and dyehouses. The effluents of these industries are highly colored. Direct discharge of these effluents cause formation of toxic carcinogenic aromatic amines under anaerobic conditions in receiving media. By considering the adverse effects of dyestuffs, this study was designed to investigate the decolorization of textile dyestuffs by simultaneous adsorption and biodegradation in an activated sludge unit containing dyestuff biodegrading microorganism with the addition of a low-cost adsorbent. For this purpose, adsorbent material and microorganism selection, determination of environmental conditions in biodegradation of textile dyestuffs, selection of a suitable bioreactor type, effect of operating parameters on decolorization in bioreactor were investigated. Furthermore, simultaneous adsorptive biodegradation of textile dyestuffs was studied by using Box-Wilson Statistical Experimental Design Method in an activated sludge unit containing activated sludge and immobilized white-rot fungi with the addition of wood ash as adsorbent. Dyestuff adsorption capacities of granular, powdered activated carbon (GAC and PAC) as well as low cost adsorbents such as zeolite, wood chips and wood ash were evaluated in order to obtain a low cost adsorbent to use in an activated sludge unit. Then, various activated sludge cultures were tested for biodegradation of a selected dyestuff in shake flasks. An activated sludge unit with the selected activated sludge culture and adsorbent was operated at different sludge ages for removal of the dyestuff.In batch adsorption experiments performed in a gyratory shaker, adsorption capacity of wood ash was found to be comparable with that obtained with powdered activated carbon. Adsorption isotherms obtained from batch experiments were described by Langmuir isotherms and adsorption constants (K and qmax) were determined for wood ash and powdered activated carbon (PAC). Pak-Maya activated sludge culture was found to be the most suitable activated sludge type among others tested for removal of the dyestuff. Operation of activated sludge unit with the addition of wood ash at different sludge ages (6c=3-30 days) resulted in maximum decolorization efficiency of E = 37% at a sludge age of 9c=20 days. A mixed anaerobic bacterial culture (PDW) was used for decolorization of five textile dyestuffs. Effects of carbon source and dyestuff concentrations on decolorization performance were investigated. The PDW culture was effective in decolorization of three out of five textile dyestuffs. Among the carbon sources tested, yeast extract resulted in better performance with complete decolorization within 25 hours of incubation, as compared to glucose, lactose and sucrose. Yeast extract added lactose or sucrose, also resulted in complete decolorization within 24 hours. Complete decolorizations were obtained for dyestuff concentrations up to 1000 mg/L Four different white rot fungi cultures were used for aerobic decolorization of five different textile dyestuffs. Phanerochaeta chrysosporium 671.71, P. chrysosporium MUCL, Coriolus versicolor and C. versicolor MUCL cultures effectively decolorized the textile dyestuffs in shake flasks within 9 days of incubation period. Decolorization efficiencies obtained with P. chrysosporium were above 90% for all dyestuffs tested. Cversicolor cultures resulted in varying degree of decolorization efficiencies between 34% and 100%. Decolorization of dyestuff by P.crysosporium 671.71 at lower temperature (20-38 °C) resulted in 60% decolorization efficiency. Therefore further experiments were carried out by C. versicolor MUCL. Effects of environmental conditions such as pH, media composition, carbon and nitrogen sources, TOC/N ratio and dyestuff concentrations on decolorization ofVI reactive phytalocyanin type textile dyestuff Everzol Turquoise Blue G by white rot fungi, Coriolus versicolor MUCL were investigated. pH =4.5 and the media III were found to be the most suitable ones among the others tested. Compared to the other carbon and nitrogen sources tested, glucose and urea resulted in better decolorization performances. High TOC/N ratio (TOC/N>20) or low nitrogen concentration was essential for effective decolorization of the dyestuff. Dyestuff concentration should be lower than 500 mg/L for complete decolorization. Only partial decolorization was observed for dyestuff concentrations above 500 mg/L. Adsorption of the dyestuff on surfaces of the fungi was insignificant (<20%). Biological decolorization of textile dyestuff Everzol Turquoise Blue G, by Coriolus versicolor MUCL was studied in a rotating biological contactor (RBC). Effect of different operating parameters such as, disc type, rotation speed (RPM=10- 40), glucose (10-5g/L) and dyestuff concentration (50-500 mg/L) on decolorization performance of white rot fungi were investigated. The system was operated in repeated- batch mode with 48 hours hydraulic retention time. TOC, glucose and dyestuff concentrations were determined throughout the experiments. Three different disc types; plastic, metal mesh covered plastic discs and metal mesh discs were used and the plastic disc was found to be the most suitable one. The highest decolorization efficiency (E=80%) was obtained with a rotational speed of 30 rpm. Minimum glucose concentration for 77% decolorization efficiency was 5g/L. Decolorization efficiency was around 80% for 50-200 mg/L initial dyestuff concentrations and decreased to 33% for 500 mg dyestuff /L. Similarly, decolorization of the same dyestuff by Coriolus versicolor MUCL was studied in a packed column reactor. Decolorization performance of fungi immobilized on different support particles such as metal mesh, sponge, stone, wood ash, polyurethane and wood particles were investigated in shake flasks. Metal mesh particles was found to be superior to the other immobilization matrices resulting in 97% decolorization efficiency. The packed column reactor containing fungi immobilized on metal mesh particles was operated in repeated-batch mode. 50% decolorization efficiency were obtained at the end of operation. Operation of theVII reactor with 50-100-200 mg/L feed dyestuff concentrations resulted in 50% decolorization and 80% TOC removal efficiency in seven days. Finally, simultaneous adsorption and biodegradation of the dyestuff was investigated by using white-rot fungi Coriotus versicolor MUCL and activated sludge culture in a laboratory scale activated sludge unit. Fungi was used in the form of biofilm on surfaces of inclined plates immersed in the aeration tank. Wood ash was used as adsorbent. Box-Wilson experimental design was employed to evaluate the effects of major process variables such as, dyestuff and adsorbent concentrations and sludge retention time on decolorization efficiency. Response function coefficients were determined by regression analysis of experimental data and predictions were found to be in good agreement with the experimental results. The highest color removal efficiency was found to be E = 82 % at dyestuff and adsorbent concentrations of D0 = 200 mg/L, A = 150 mg/L and a sludge age of 0C = 20 d, respectively.
Collections