Removal of Some Heavy Metals From Wastewaters Via Biosorption and Optimization of Biosorption Conditions

Abstract

Bu tezin amacı; atık sularda bulunan bazı ağır metallerin biyosorpsiyon yöntemi ile uzaklaştırılması ve biyosorpsiyon koşullarının optimizasyonunu incelemektir. Biyosorbent olarak doğal toz haline getirilmiş Trametes versicolor mantarı kullanılmıştır.İlk aşamada; Cu+2 iyonlarının tekli atıksulardan biyosorpsiyonu için Plackett-Burman Tasarım ile en etkin parametreler belirlenmiştir. Daha sonra ise; Cevap Yüzeyi Yöntem (CYY) programı ile bu parametrelerin optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. Aynı prosedür ile tekli atık sulardan Zn+2 iyonlarının biyosorpsiyonu çalışılmış ve CYY ile optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. Sonuç olarak, Cu+2 için optimum koşullar pH 5.51, sıcaklık 20,13 oC ve başlangıç derişimi 60,98 mg/L; Zn+2 için optimum koşullar ise pH 5.74, sıcaklık 23.91 oC ve başlangıç derişimi 61.32 mg/L olarak belirlenmiştir. Bu koşullarda maksimum biyosorbe edilen miktar Cu+2 için 39.87 mg/gr; Zn+2 için 43.83 mg/gr olarak bulunmuştur. Sonuçlar SYSTAT paket programı ile en çok bilinen izoterm denklemlerine uygulanarak en iyi uyumu veren denklemler belirlenmiştir. Her iki metal iyonunun biyosorpsiyonu için aktivasyon enerjisi ve bazı termodinamik parametreler hesaplanmıştır. Kinetik çalışmalar, Cu+2 ve Zn+2 biyosorpsiyonu için ikinci derece kinetik modelin daha uyumlu olduğunu göstermiştir.İkinci aşamada; Cu+2 ve Zn+2 iyonlarının bir arada olduğu ikili atıksulardan ve çoklu atıksulardan biyosorpsiyonu gerçekleştirilmiş ve sonuçların literatürde bulunan sonuçlarla uyumlu olduğu bulunmuştur.Son aşamada ise; çalışılan biyosorbentin yüzey özelliklerini ve kimyasal yapısını incelemek için FTIR, SEM ve BET yüzey alanı analizleri yapılarak sonuçlar değerlendirilmiştir.

The aim of the thesis is to investigate the removal of some heavy metals from wastewaters via biosorption and to optimize biosorption conditions. Naturally powdered Trametes versicolor fungus was used as biosorbent.In the first step, the most effective parameters for biosorption of Cu+2 ions were eluded by Plackett-Burman Design. Then, the optimization of the most effective parameters was performed by application of Response Surface Methodology (RSM). By the application of the same path, the biosorption of Zn+2 ions was studied and the optimization was performed by RSM. As a result, the optimum biosorption conditions for Cu+2 and Zn+2 from wastewater were found to be pH 5.51 and 5.74, temperature 20.13 oC and 23.91 oC, initial concentration 60.98 mg/L and 61.32 mg/L, respectively. Under these optimum conditions, maximum biosorbed amount for Cu+2 and Zn+2 were obtained as 39.87 mg Cu+2/gr and 43.83 mg Zn+2/gr, respectively. The results were applied to the most essential isotherm equations with SYSTAT and the best equations were evaluated. The activation energy and some thermodynamic parameters for biosorption of Cu+2 and Zn+2 ions were also calculated. Kinetic studies indicate that the biosorption system studied for Cu+2 and Zn+2 were obeyed to the second order kinetic model.In the second step, the biosorption of heavy metals from binary and multi component metal solutions included Cu+2 and Zn+2 ions was performed. It was determined that results were fitted well with literature.In the last step, FTIR, SEM and BET surface area analysis were performed to examine the surface characteristic and chemical structure of utilized biosorbent and results were evaluated.