Biyolojik Yöntemler

Biyolojik arıtım, endüstriyel işlemlerden alıcı sistemlere transfer olan organikler için en önemli giderim işlemidir. Tekstil endüstrisi atık suları için önerilen fiziksel ve kimyasal yöntemlerin yüksek maliyet gerektirmeleri ve her boya için kullanılamıyor olmaları, uygulanmalarının sınırlı olmasına neden olmuştur. Son zamanlarda yapılan çalışmalar birçok boya türünü atık sudan giderebilme yeteneğine sahip yaygın mikroorganizma türlerinin mevcudiyetini vurgulamış ve biyoteknolojik metodları ön plana çıkarmıştır. Yani, teorik olarak biyolojik arıtma sistemleri kimyasal ve fiziksel arıtma yöntemlerine göre daha az çamur üretmesi, maliyetinin daha düşük olması veya

alıcı ortamlar için zararlı yan ürünlerin oluşmaması gibi özelliklerinden dolayı tekstil endüstrisi atık sularının arıtımı için ideal çözüm olarak kabul edilmektedir (Kocaer ve Alkan 2002).

Biyolojik yöntem, aerobik, anaerobik ve biyosorpsiyon yöntemlerini içermektedir. Aerobik yöntem, tekstil endüstrisi atık suları, pH değişimlerine duyarlılığı yüksek olan konvansiyonel biyolojik arıtma tesislerinde önemli zorluklara sebep olmaktadır. Endüstriyel atık suların arıtılmasında yaygın olarak kullanılan yaygın aktif çamur sistemleri için tekstil endüstrisindeki birçok boya bileşiği ya biyolojik olarak çok zor indirgenebilmekte ya da inert kalmaktadır. Suda iyi çözünen bazik, direkt ve bazı azo boya atıklarının olması durumunda mikroorganizmalar bu tür bileşikleri biyolojik olarak indirgeyememekle birlikte boyanın bir kısmını adsorbe ederek atık suyun rengini almakta ve renk giderimi sağlanabilmektedir(Kocaer ve Alkan 2002).

Anaerobik yöntem, anaerobik arıtımın ilk basamağında asidojenik bakteriler karbonhidratlar, yağlar veya proteinler gibi organikleri düşük moleküler ağırlıklı ara ürünlere dönüştürürler. Bu fermentasyon ürünleri daha sonra asetojenik bakteri tarafından kullanılır ve asetat, karbon dioksit ve moleküler hidrojen açığa çıkar. Son olarak metanojenik bakteriler asetat ve karbondioksiti metana indirgerler. Metan ve karbondioksit içeren biyogaz, anaerobik parçalanma testlerinde parçalanmanın seviyesini belirleme amacıyla kullanılabilmektedir. Boyar maddelerle yapılan anaerobik parçalanma çalışmaları, özellikle aerobik ortamda parçalanamayan suda çözünebilir reaktif azo boyar maddeler üzerinde yoğunlaşmıştır. Çift bağlı azot halkasına bağlı bu boyaların aerobik işlemlerle arıtılabilirliğinin mümkün olmaması anaerobik arıtmanın ön arıtma olarak kullanılmasını gerektirmektedir (Kocaer ve Alkan 2002).

Biyosorpsiyon, kimyasal maddelerin mikrobiyal kütle tarafından adsorpsiyonu veya kütlede birikimi olarak ifade edilmektedir. Ölü bakteriler, maya ve mantarlar boyar madde içeren atık suların renginin giderilmesinde kullanılabilmektedir. Tekstil boyalarının kimyası geniş bir yelpazede değişiklik gösterdiği için mikroorganizmalarla olan etkileşimler boyanın kimyasına ve mikrobiyal kütlenin spesifik kimyasına dayanmaktadır. Bu nedenle kullanılan mikroorganizmanın cinsine ve boyaya bağlı

olarak farklı bağlanma hızları ve kapasiteleri söz konusudur. Boyar madde içeren atık su çok toksik olduğunda biyosorpsiyon avantajlı olmaktadır (Kocaer ve Alkan 2002). 2.6. Ağır Metaller Hakkında Genel Bilgiler

Ağır metal, metalik özellikler gösteren elementlerden oluşan, açık ve tam bir tanımlaması yapılmamış olan grupta bulunan elementlere verilen addır. Bu grubun içinde geçiş metalleri, bazı yarı metaller, lantanitler ve aktinitler bulunur. Bazıları yoğunluk, bazıları atomik sayı ya da atomik ağırlık, bazıları da kimyasal özellikler ya da toksisite üzerine dayanan birçok tanımlama önerilmiştir (Duffus 2002). Tutarsız tanımlamalar ve tutarlı bir bilimsel temeli olmaması nedeniyle IUPAC’ın bir teknik raporunda ağır metal teriminin "anlamsız ve yanlış yönlendirici" olduğu belirtilmiştir. Duruma göre ağır metaller karbondan hafif elementleri içerdiği gibi en ağır metallerin bazılarını dışarıda tutabilir. Bu metallere örnek olarak kurşun, kadmiyum, bakır, civa, selenyum, krom, çinko, nikel, arsenik metalleri verilebilir. Bu metallerin hemen hemen tamamı canlı organizmalar üzerinde zehir etkisi oluşturmaktadır (Mutluay ve Demirak 1996).

Ağır metaller, alaşım, seramik, pil, boya, kurşun üretimleri ile metal kaplamacılık, fotoğrafçılık, katalizör vb. gibi değişik endüstrilerde çok geniş bir kullanım alanına sahiptirler.

Endüstriyel işlemlerde, kullanılan ağır metallerin atıkları çok büyük oranda ilgili endüstrinin atıksularında çözünmüş halde bulunur. Atıksularda bulunan ağır metal iyonları birçok endüstriyel tesisten dışarıya atık madde olarak salınmaktadır. Ağır metal içeren atık suların çevreye ve canlı organizmalara ciddi boyutlarda zararı vardır (Mutluay ve Demirak 1996). Çoğu kanserojen olan ağır metallere maruz kalındığında, gastrointestinal hastalıklara, akciğerlerde tümör oluşumuna, anemiye, kas ağrılarına, göz, ağız, burun tahrişine ve böbrek, karaciğer gibi organlarda işlevsel bozukluklara yol açmaktadır (Sud ve ark. 2008). Bu zararın boyutları düşünülecek olursa, arıtma sistemlerinin ve tesislerinin ne derece önemli olduğu daha iyi anlaşılabilir.

2.6.1 Çalışmada Kullanılan Ağır Metaller Hakkında Genel Bilgiler 2.6.1.1. Bakır

Bakır (Lat. Cuprum), periyodik tablonun I B grubunda yer alan, atom numarası 29 olan bakırın 63Cu ve 65Cu olmak üzere iki izotopu vardır, kırmızımsı renkte, ısıyı ve elektriği çok iyi ileten, çok sert olmadığı için kolayca levha ve tel haline getirilebilen bir metaldir. Doğal bakır yeryüzünün birçok yerinde bazaltlı lavların temel bileşeni olduğu gibi, bakır bileşiklerinden indirgenmiş metal halinde de bulunabilir. Organizmanın sindirim sırasında demirin ve C vitamininin (askorbik asit) yükseltgenmesi ve emilimi için gerekli bir elementtir. Ayrıca kanın oksijen taşıyıcı bileşeni olan hemoglobinin oluşumunda katalizör görevi vardır. Bağırsakların enzim etkinliğiyle yakından ilgili olan bakır, kan plazmasıyla vücut dokularına taşınır. Sıcakkanlı hayvanlarda kan proteini hemoglobinde bulunan demirin üstlendiği dokulara oksijen taşıma görevini soğukkanlı yumuşakçalar ile kabuklularda kan proteini olan hemosiyaninin bileşimindeki bakır yerine getirir. İnsanlarda da eser element halinde bulunan bakır, hemoglobin oluşumunda katalizör rolü oynar. Su kaynaklarının sınıflarına bağlı kalite kriterlerine göre bakır I.Sınıf suda 20 μ g Cu /L, II. Sınıf suda 50 μ g Cu /L, III. Sınıf suda 200 μ g Cu /L, IV. Sınıf suda >200 μ g Cu /L olmalıdır. Deniz suyunda olması gereken kriter 0,01 mg Cu / L dir.

Dünyada üretilen bakırın önemli bir bölümü elektrik sanayisinde kullanılır, geri kalan kısmı da diğer metallerle karıştırılarak alaşım haline getirilir. Bakırın günlük hayatımızda kullandığımız birçok bileşiği vardır. Cu2O, çürümeyi önleyici boyalara, camlara, porselen sırlarına, seramiklere kırmızı renk vermek ve tarım zararlısı mantarları yok etmek için kullanılır. CuCl, birçok organik tepkimelerde katalizör görevi vardır. Ayrıca petrol ürünlerinde renk ve kükürt giderici, selülozda nitrat giderici, sabun, katı yağ ve sıvı yağlarda yoğunlaştırıcı olarak kullanılır. CuS, güneş pilleri, fosforlu boyalar, elektrotlar ve bazı katı yağlayıcıların üretiminde kullanılır. CuO, camların, porselen sırlarının ve yapay mücevherlerin yapımında mavi-yeşil tonlarında renk verici, ayrıca petrol gazlarında kükürt giderici ve yükseltgeme katalizörü olarak kullanılır. CuCl2, hidrokarbonların klorlanmasında katalizör olarak kullanılır. Ayrıca kereste ve ağaç eşyayı korumak için, kumaşların boyanmasında, mikrop öldürücü, yem katkı maddesi ve seramiklere renk verici olarak kullanılır. CuSO4.5H2O tarımda böcek öldürücü, mikrop öldürücü, yem ve toprak katkı maddesi olarak kullanılır. Ayrıca bazı bakır bileşiklerin hazırlanmasında hammadde, analitik kimyada ayraç, pillerde ve

elektrolitik kaplama banyolarında elektrolit, tıpta deri üstünden uygulanan mantar öldürücü, bakteri öldürücü ve doku büzücü olarak kullanılır (Tekir 2006).

Bakırın küçük miktarları insan sağlığına zararlı değildir. Çünkü bakırın fazlası böbrekler tarafından atılır. Yetişkin bir insanda 100–150 mg kadar bulunur. Besinler yardımıyla günde ortalama 3,7 mg bakır özümlemeyle girer. Vücutta aşırı miktarda biriken bakır karaciğerde tahribat yapar, gözlerde ise görüş sahasında bozukluklara neden olur. Karaciğer sirozu ile kan hastalıkları da kronik bakır zehirlenmelerinin sonucudur (Chuah ve ark. 2005). Bakırın düşük derişimleri dahi sudaki organizmalar ve insan hayatı için zehirlilik etkisi oluşturmaktadır (İleri ve Çakır 2006). Bakırın içme suyunda bulunması gereken miktar, Dünya Sağlık Örgütü yönetmeliğine göre maksimum 1.5 ppm’dir (Sud ve ark. 2008). Bakırın sularda fazla bulunması özellikle bakteri, deniz yosunları (ya da algler), balıklar ve mantarlar için de zehirlidir (İmamoğlu 1996).