Endüstriyel atıksularındaki ağır metallerin biyosorpsiyon yöntemi ile arıtılması ve modellenmesi

Abstract

ÖZET Anahtar Kelimeler: Biyosorpsiyon, Rhizopus arrhizus, atık çamur, ağır metal, bakır, izoterm, kinetik, model Endüstrilerin çeşitli proseslerinde metal ve kimyasal kullanımının artmasıyla atıksulardaki ağır metallerin giderilmesi halk sağlığı için büyük önem taşımaktadır. Atıksulardaki metallerin gideriminde kullanılan klasik yöntemler ekonomik ve pratik olmamaktadır. Bu nedenle özellikle düşük konsantrasyonlu metallerin giderilmesi için biyosorpsiyon metodu kullanılmaktadır. Bu çalışmada, bakır iyonlarının (Cu ) sıvı ortamdan tek hücreli serbest ölü Rhizopus arrhizus ve çok hücreli serbest ölü atık çamur biyokütleleri ile giderimi incelenmiştir. Bakır iyonlarının biyosorpsiyonla giderim mekanizmasını inceleyen izoterm ve kinetik modellerinin sabitleri Matlab programı ile belirlenmiştir. Denge halinde bakır iyonlarının giderim verimlerinin serbest ölü R. arrhizus için %98, formaldehit ile inaktive edilen atık çamur için %95, sülfürik asit ile inaktive edilen atık çamur için %92 olduğu görülmüştür. Sorpsiyon mekanizmasının tanımlanması ve potansiyel hız kontrol adımlarının belirlenmesi için Weber-Morris, Lagergrenin Pseudo birinci derece ve Pseudo ikinci derece kinetik modelleri, deneysel kinetik verilerin test edilmesi için kullanılmıştır. En iyi uygunluk derecesine sahip olması ve üç biyosorbent için de tüm veri aralıklarını kullanmasından dolayı Pseudo ikinci derece kinetik modelinin deneysel verilerin kullanılması için en iyi kinetik modeli olduğu görülmüştür. Bakır sorpsiyon mekanizmasının anlaşılması için Langmuir, Freundlich, BET. Sips. Reddlich-Peterson ve Radke-Prausnitz izoterm modelleri incelenmiştir. Sips modelinin, uygunluk derecesinin yüksek olması ve bakır iyonlarının serbest ölü R. arrhizus (tek hücreli biyosorbent) ve iki tip serbest ölü atık çamur (çok hücreli biyosorbent) ile gideriminde oluşturulan sistemlerin tanımlaması için en uygun izoterm model olduğu görülmüştür. Ayrıca, formaldehitle inaktive edilen R. arrhizus (tek hücreli) ve atık çamur (çok hücreli) ile bakır iyonlarının giderim verimlerinin birbirine çok yakın olduğu gözlenmiştir. XI

TREATMENT OF HEAVY METALS FROM INDUSTRIAL WASTEWATER BY BIOSORPTION AND MODELLING SUMMARY Key Words: Biosorption, Rhizopus arrhizus, waste sludge, heavy metal, copper, isotherm, kinetic, model Removal of heavy metals from wastewater by the increasing of metal and chemical usage in different processes of industries has big significant for public health. Classic methods, which has been used in removal of heavy metals, are not economic and pratical. For this reason, biosorption method has been used especially for the removal of low concentration methods. In this study, biosorption kinetic and isotherm models were examined the removal of copper ions from aqueous solution freely dead single Rhizopus arhizus and mixed dead waste sludge biomass. Constants of isotherm and kinetic models, which examine the removal mechanism of copper ions by biosorption, was determined by the MATLAB programme. The copper ions removal efficiencies at equilibrium were 98% for freely dead R.anhizus, 95% for dead waste sludge (inactivated with formaldehyde) and 92% for dead waste sludge (inactivated with sulphuric acid). In order to investigate the mechanism of sorption and potential rate controlling steps, the Weber-Morris, Pseudo-first order rate equation of Lagergren and Pseudo-second order kinetic models were used to test experimental kinetic data. The experimental data fitted to Pseudo-second order kinetic model by having the best fitting degree and using the over whole range of the studies for three biosorbents. The Langmuir, Freundlich, BET, Sips, Reddlich-Peterson and Radke-Prausnitz isotherm models were tested to understand the copper sorption mechanism. The Sips model provided a well fitting isotherm model and described the biosorption system of the removal of Cu"+ ions by the freely dead R. arrhizus (single biosorbent) and two types of dead waste sludges (mixed biosorbent). Also, removal efficiencies of copper ions by R. arrhizus (single cell) and waste sludge (mixed cells) which is inactivated with formaldehyde was observed very closed to each other. XII