Biyosorpsiyon Yöntemi İle Ağır Metal Giderimi SAKARYA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ ÇEVRE MÜHENDİSLİĞİ ATIKSULARDA AĞIR METAL KİRLİLİĞİ VE GİDERİM YÖNTEMLERİ Biyosorpsiyon Yöntemi İle Ağır Metal Giderimi

Ağır Metal Ağır metaller doğal sularda ve atıksularda bulunabilir. Endüstriyel atıksuların deşarj edildiği veya yatağından dolayı yüzeysel sularda ve yeraltı sularında ağır metallerin varlığı, bulunduğu ortama ve bu tip suları kullanan canlılara zehir etkisi yapabilir. İnsanların ihtiyaçlarının artması ile bağlantılı olarak sanayileşmedeki gelişmeler, atıksu miktarını ve ağır metal yükünü artırmıştır.

Madencilik, metal sanayi, petrol rafinerileri, deri sanayi, televizyon tüpü imal eden endüstriler ve fotoğraf stüdyoları ağır metal kirliliğine katkıda bulunan başlıca kaynaklardan bazılarıdır (Beszedits, 1983). Bunların yanı sıra evsel atıksular, deponi alanları sızıntı suları, tarım arazilerinin yağış ile yıkanması ve asit yağmurları da atıksulardaki ağır metal konsantrasyonlarında artışa neden olmaktadır (Aksu ve Kutsal, 1990). Kurşun, kadmiyum, nikel, civa ve çinko, atıksularda karşılaşılan yaygın ağır metallerdir.

Biyosorpsiyon Metal iyonlarının sulu ortamlardan, biyokütle tarafından alınarak uzaklaştırılmasına 'biyosorpsiyon (biosorption) denir. Metal iyonlarının biyosorpsiyonu genel olarak adsorpsiyon (adsorption), iyon değiştirme (ion exchange), kompleksiyon (complexition) ve mikroçökelme (microprecipitation) olaylarını ihtiva etmekte olup, hızlı ve tersine döndürülebilen bir olaydır. (Tsezos and Voleysky,1982; Volesky, 1987; Kuyucak and Volesky, 1988, İleri et al., 1990).

Biyosorpsiyon, değişik biyolojik materyallerin metal bağlama kapasitesinden ve Vander Waals kuvvetlerinden yararlanmayı esas alan bir prosestir. Alg, bakteri,mantar gibi organizmaların metal adsorplayıcıları olduğu tespit edilmiştir. Biyosorpsiyon prosesinin ekonomik olabilmesi için, biyokütlenin üretilmesi yerine atık biyokütlelerden yararlanılması önem taşımaktadır.

Mikroorganizmaların canlı olması durumunda bazı ağır metal iyonları hücre zarından geçerek hücre içerisine girebilirler. Bu metal tutma biçimine hücre içi veya aktif yakalama adı verilir. Aktif ve pasif tutmanın her ikisinin birlikte gerçekleştiği duruma biyoakümilasyon denir. Bu nedenle ölü hücrelerle metal tutulmasında pasif tutulma; canlı hücreler ile metal tutulmasında ise pasif ve aktif tutulmanın her ikisi de söz konusudur (Shumate ve Strandberg, 1985).

Aktif çamur prosesi, pek çok endüsrtiyel ve evsel atıksuların arıtılmasında en çok kullanılan biyolojik süreçtir. Arıtma sırasında oluşan fazla çamur sistemden belli aralıklar ile atılır. Atılan bu çamur bol miktarda mikroorganizma içerir ve biyosorbent olarak kullanılması uygundur. Atıksu arıtma sistemlerinde oluşan aktif çamur, büyük ölçüde bakteri ve protozoa içerir. Bakterilerin hücre duvarlarında karboksil, asidik polisakkaritler, lipitler ve amino asitler gibi değişik organik bileşikler mevcuttur.Bu organik maddeler ağır metallerin biyosorpsiyonunda etkin rol oynamaktadır.Bunun yanı sıra aktif çamurdan izole edilen bazı bakteri türlerinin ağır metalleri yüksek düzeyde biyosorbe ettiği gözlemlenmiştir. Protozoalar ise nispeten büyük, hareketli ve tek hücreli gelişmiş canlılardır. Lipit ve protein içeren ince bir zara sahiptirler. Bu özelliklerinden dolayı biyosorpsiyon sürecinde görev alabilirler (Aksu vd, 2002).

Ölü Mikroorganizma ile Çalışmanın Avantajları Mikroorganizma aktivitesine bağlı olarak metabolik ürünler sentezlenmez. Birçok mikroorganizma düşük pHlarda ürer.Bazı metallerin adsorpsiyonu çok düşük pHlarda gerçekleşir.Cu ⁺²,Ni⁺² ve Pb ⁺² pH 4-5 aralığında ,Cr ⁺⁶ ve Fe ⁺³ aralığında gerçekleşmelidir. Metal adsorpsiyonu hızlı ve yüksek verimlidir. Metalin hücrelerden desorpsiyonu kolaydır.

Biyosorpsiyon(Biyoadsorpsiyon) ucuz adsorpsiyon materyalleri olarak biyolojik adsorbentlerin kullanıldığı adsorpsiyon yöntemi olup sulu çözeltilerden ağır metallerin uzaklaştırılmasında kullanılmaktadır.Biyosorpsiyonun konvansiyonel arıtma metotlarına göre en önemli avantajları: Düşük maliyet Yüksek verim Kimyasal veya biyolojik çamurun azaltılması İlave nitrüent gereksinimi olmaması Biyosorbentin yeniden kullanılabilmesi Metal geri kazanımı olasılığıdır.

Geleneksel Metal Uzaklaştırma Teknolojileri Ters Osmoz : Ağır metal içeren atık suların ; basınç uygulanarak yarı geçirgen zardan geçirilerek filtrelenmesi işlemidir.Dezavantajı pahalı olmasıdır. Ultrafiltrasyon : Atık su belirli gözenek boyutundaki geçirgen zarın bir tarafında basınç altında bulunur.Gözenek boyutundan küçük tüm maddeler membrandan geçer,büyük boyutlular kirli su tarafında kalır.Dezavantajı çok fazla miktarda çamur oluşumudur.

İyon Değiştirme : İyon değiştirici reçineler üzerindeki elektrostatik kuvvetlerle tutulan iyonların, çözeltide bulunan metal iyonlarıyla yer değiştirmesine dayanır. Yüksek maliyet ve sadece belli iyonların giderilmesi sistemin dezavantajlarındandır. Kimyasal Çöktürme : Atık sudaki metallerin kimyasal maddelerin yardımıyla yumaklaştırılarak çöktürülmesidir. En önemli dezavantajı toksik bileşenler içeren fazla miktarda çamur oluşumudur.

Biosorption of heavy metal ions using wheat based biosorbents – A review of the recent literature

Kaynaklar Aksu, Z., Açõkel, Ü., Kabasakal, E., Tezer, S., (2002). Equilibrium Modelling Of İndividual And Simutaneous Biosorption Of Chromium (VI) And Nickel (II) Onto Dried Activated Sludge. Water Research. 36, 3063-3073. Aksu, Z., Akpõnar, D., (2000). Modelling Of Simultaneous Biosorption Of Phenol And Nickel (II) Onto Dried Aerobic Activated Sludge. Separation And Purification Technology. 21, 87-99. Aksu, Z., Akpõnar, D. (2001a). Biosorption Of Reactive Dyes By Dried Anaerobic Activated Sludge; Equilibrium and Kinetic Modelling. Chemical Engineering. 7, 79-84. Aksu, Z., Akpõnar, D., (2001b). Competitive Biosorption Of Phenol And Chromium(VI) From Binary Mixture Onto Dried Anaerobic Activated Sludge. Biochemical Engineering Journal. 7, 183-193. Aksu, Z., Gönen, F. (2004). Biosorption Of Phenol By Immobilized Activated Sludge In A Continuous Packed Bed: Prediction Of Breaktrough Curves . Process Biochemistry. 39, 599-613. Aksu, Z., Gönen, F., Demircan, Z. (2002). Biosorption Of Chromium (VI) Ions By Mowital B3OH resin Immobilization Activated Sludge In A Packed Bed: Comparison With Granular Activated Carbon. Process Biochemistry. 38, 175-186.

Kuyucak, N., Volesky, B., 1988. Biosorbents for recovery of metals from industrial solutions. Biotechnol. Lett. 10, 137–142. Kuyucak, N., Volesky, B., 1989. The mechanism of cobalt biosorption. Biotechnol. Bioeng. 33, 823–831. Umar Farooq , Janusz A. Kozinski a, Misbahul Ain Khan b,c, Makshoof Athar a College of Engineering, University of Saskatchewan, SK, Canada S7N 5A9 b Department of Chemistry, The Islamia University of Bahawalpur, Bahawalpur, Pakistan c Institute of Chemistry, University of the Punjab, Lahore, Pakistan