AEROBİK KESİKLİ VE ARDIŞIK KESİKLİ REAKTÖRLER KULLANILARAK 2,4-DİKLOROFENOL ÜN ARITIMI

TMMOB Çevre Mühendisleri Odası V. ULUSAL ÇEVRE MÜHENDİSLİĞİ KONGRESİ AEROBİK KESİKLİ VE ARDIŞIK KESİKLİ REAKTÖRLER KULLANILARAK 2,4-DİKLOROFENOL ÜN ARITIMI Erkan Şahinkaya (1 ve Filiz B. Dilek (2 (1 Ar. Gör., Ortadoğu Teknik Üniversitesi, Çevre Mühendisliği Bölümü, Ankara, Türkiye. E-mail: erkans@metu.edu.tr (2 Prof. Dr., Ortadoğu Teknik Üniversitesi, Çevre Mühendisliği Bölümü, Ankara, Türkiye. E-mail: fdilek@metu.edu.tr ÖZET 2,4-Diklorofenol (2,4-DKF ün arıtılabilirliliği kesikli ve ardışık kesikli reaktörler kullanılarak kolay parçalanabilen organik madde varlığında ve yokluğunda, aklime edilmemiş ve aklime edilmiş kültürler kullanılarak araştırılmıştır. Aklime edilmemiş kültürlerle arıtım gözlenmemesine rağmen, kolay parçalanabilen bir substrat varlığında, aklime edilmiş kültür kullanıldığında 148,7 mg/l 2,4-DKF konsantrasyonuna kadar tam bir arıtım gözlenmiştir. 2,4- DKF tek karbon kaynağı olarak ilave edildiğinde, aklime edilmiş kültür ile 50 mg/l 2,4-DKF konsantrasyonunda tam bir arıtım gözlenmiştir. 2,4-DKF konsantrasyonu 78,6 mg/l ye çıkarıldığı zaman 2,4-DKF giderme verimi % 40 a kadar düşmüştür. Kesikli reaktör sonuçları, 2,4-DKF ün yüksek konsantrasyonlarda (>50 mg/l arıtımı için kolay parçalanabilir bir organik madde varlığının zorunlu olduğunu göstermiştir. Kesikli reaktörlerde 2,4-DKF tek karbon kaynağı olarak ilave edildiğinde yüksek konsantrasyonlarda düşük arıtma verimi elde edilince, arıtım verimini artırabilmek amacıyla farklı bir reaktör çeşidi kullanılmasına karar verilmiş ve bu amaçla ardışık kesikli reaktörler kullanılmıştır. Ardışık kesikli reaktörlerde 157 mg/l 2,4-DKF konsantrasyonuna kadar tam bir arıtım gözlenmiştir. Sonuçlar, 2,4-DKF ün tek karbon ve enerji kaynağı olarak kullanıldığı durumda bile ardışık kesikli reaktörlerle çok yüksek konsantrasyonlara kadar arıtılabildiğini göstermiştir. HPLC analizleri arıtım sırasında herhangi bir yan ürün oluşumunun gerçekleşmediğini göstermiştir. Anahtar Kelimeler : 2,4-diklorofenol, Toksisite, kesikli reaktör, Ardışık kesikli reaktör AEROBIC TREATMENT OF 2,4-DICHLOROPHENOL USING BATCH AND SEQUENCING BATCH REACTORS ABSTRACT Treatability of 2,4-dichlorophenol (2,4-DCP was investigated in batch and sequencing batch reactors in the presence and absence of a readily degradable carbon source using both acclimated and unacclimated cultures. Although no degradation was observed in the case of unacclimated culture, in the presence of a readily degradable substrate complete removal of 2,4-DCP was observed when acclimated culture was used as an inocula. When 2,4-DCP was added to the medium as a sole carbon source complete removal of 2,4- DCP at the

concentration of 50 mg/l was observed. Removal efficiency of 2,4- DCP decreased up to 40 % when concentration of 2,4- DCP was increased to 78.6 mg/l. Based on the batch reactor experiment results, it was concluded that a readily degradable substrate is necessary for the removal of 2,4-DKF at high concentrations (>50 mg/l. In batch reactors, quite low removal efficiencies were observed at high concentrations of 2,4- DCP when it was added as a sole carbon and energy source. Therefore, different reactor configuration, namely sequencing batch reactor, was selected to use in order to increase the removal efficiency of 2,4-DKF. In sequencing batch reactor, complete removal of 2,4-DKF up to 157 mg/l was achieved. Results revealed that complete removal of 2,4- DCP at high concentrations is possible in sequencing batch reactor even it was added as a sole carbon and energy source. No by-product formation was detected during the HPLC analysis. Key Words : 2,4-dichlorophenol, Toxicity, batch reactor, sequencing batch reactor GİRİŞ Fenol ve fenolün klorlanmış formları pestisit olarak yoğun bir şekilde kullanılmaktadır. Fenol ve klorofenoller; klorofenol üretimi, kağıt ağartma işlemi sırasında, suların dezenfeksyonu ve organik maddelerin yakılması sırasında oluşmaktadır (Puhakka vd., 1992; Ha vd., 2000. Klorofenollerin buşekilde yoğun olarak kullanımları, yeraltı ve yüzeysel sularda değişik konsantrasyonlarda klorofenol kirliliğine neden olmuştur. Artan endüstrileşmeye parelel olarak, daha sıkı deşarj standartları uygulanmaya başlamış ve içme suyunda klorfenol konsantrasyonu dünya sağlık örgütü tarafından 1 mg/l olarak belirlenmiştir. Dolayısıyla, doğal kaynak sularının kalitelerinin korunması amacıyla, atıksulardan klorofenollerin giderilmesi şarttır (Ha vd., 2000. Şimdiye kadar klorofenol arıtımıyla ilgili çalışmalar yapılmış olsa da yapılan çalışmaların çoğunda gelişmiş reaktör tipleri kullanılmış ve düşük klorofenol konsantrasyonlarında (<100 mg/l oldukça iyi neticeler elde edilmiştir (Ettala et al., 1992; Valo et al., 1990; Jarvinen et al., 1994; Armenante et al., 1999; Puhakka et al., 1994; Puhakka et al., 1995; Wang et al., 2000. Aktif çamur prosesinin kullanıldığı bazı çalışmalar olmakla birlikte, bu çalışmaların çoğunda kağıt hamuru atıksularından klorofenollerin giderilmesi üzerinde durulmuş (Ettala vd., 1992; Cespedes vd., 1996; Hall ve Randle, 1994 ve genellikle düşük arıtım değerleri elde edilmiştir. Hem yeraltı sularından hem de kağıt hamuru atıksularından klorofenolleri gidermede karşıklaşılan en önemli problemlerden biri bu sularda kolay parçalanabilen organik maddelerin eksikliğidir. Bazı araştırmacılar klorofenollerin tek karbon kaynağı olarak kullanılabildiklerine işaret etmelerine rağmen (Puhakka vd., 1992, 1994, 1995, bazıları klorlu organik bileşiklerin tek başlarına hücrenin karbon ve enerji ihtiyaçlarını karşıklayamadıkları için genellikle hücrenin karbon ve enerji ihtiyacını karşılamak amacıyla kullanılan bir başka organik maddenin varlığına ihtiyaç duyulduğunu (kometabolizma rapor etmektedirler (Speitel vd., 1995. Wang ve Loh (2000 P. Putida nın yüksek konsantrasyonlarda 4- klorofenol (4-KF arıtabilmesi için kolay ayrışabilir bir maddeye ilave olarak 4-KF arıtımını başlatacak enzimlerin salgılanmasını sağlayacak fenolün de büyüme ortamında bulunması gerektiğini vurgulamıştır. Fakat fenolün kendisi toksik bir madde olup, ilave bir kirlenme problemine yol açabilmektedir. Dolayısıyla, korofenollerin biyolojik arıtımlarıyla ilgili tam anlamıyla bir fikir birliğine varılmış değildir. Bazı araştırmacıların özellikle mono- ve diklorofenollerin aerobik ortamda kolayca giderilebildiğini vurgulamalarına rağmen, bazıları klorofenol arıtımı için kolay parçalanabilen bir maddenin varlığının zorunlu olduğunu vurgulamaktadır. Fakat, bu çalışmalarda kullanılan mikroorganizmaların ve reaktör tiplerinin farklı olmasından dolayı farklı sonuçlar elde edilmiş olabileceği düşünülmelidir. Ardışık kesikli reaktörlerin organik madde ve nütrient gidermede etkili bir yol olduğu kanıtlanmasına rağmen (Hall ve Randle, 1994; Lora vd., 2000; Dockhorn vd., 2001; Carucci vd., 1999; Ng vd., 2001, literatürde ardışık kesikli reaktör kullanılarak klorofenol arıtımı üzerine yeterli bilgi mevcut değildir. Literatürde mevcut iki çalışmada (Ha vd., 2000 ve Lora vd., 2000 birincil substrat olarak fenol varlığında klorofenol arıtımı çalışılmış, fakat 390

klorofenollerin tek karbon kaynağı olarak kullanılması halinde ardışık kesikli reaktörlerde klorofenol arıtımı üzerine literatürde bir bilgiye rastlanamamıştır. Ayrıca şimdiye kadar yapılan çalışmaların çoğunda özel mikrorganizma türleri kullanılmış olup (Wang ve Loh, 1999 ve 2000, bu çalışmalar oldukça spesifik ve kontaminasyon probleminden dolayı gerçek boyutlarda bir sisteme uygulanması pratikte oldukça zor görünmektedir. Dolayısıyla, uygulanabilirlik gözönüne alındığında karışık kültür kullanılmasının daha anlamlı olacağı düşünülmekte olup yapılan bu çalışmada karışık kültür kullanılması uygun görülmüştür. Dolayısıyla bu çalışmanın amacı, 2,4-Diklorofenol (2,4-DKF arıtılabilirliliğini kesikli ve ardışık kesikli reaktörler kullanılarak kolay parçalanabilir bir organik madde varlığında ve yokluğunda araştırmaktır. Ayrıca arıtım çalışmalarında aklime edilmemiş ve aklime edilmiş kültürler kullanılarak 2,4-DKF arıtmadaki verimleri birbiriyle kıyaslanmıştır. YÖNTEM Kültür Aklime edilmemiş ve aklime edimiş kültürler aynı şartlarda parelel olarak işletilen kesikli beslemeli (yarı-sürekli reaktörlerden elde edilmiştir. Bu reaktörlerde günde bir defa karışık sıvıdan atılan fazla çamur uygulaması ile çamur bekleme zamanı 8 gün olarak ayarlanmıştır. Fazla çamurun atılmasını takiben reaktörler yaklaşık 2 saat kadar çökelmeye bırakılmış ve üsteki duru su atılarak reaktörler yeniden beslenmiştir. Besin çözeltisinin kompozisyonu Tablo 1 de verilmiş olup, besin çözeltisinde yeralan pepton hem karbon hemde azot kaynağı olarak kullanılmıştır. Kesikli beslemeli reaktörlerin ilk kurulma aşamasında Ankara Büyük Şehir Belediyesi Atıksu Arıtma Tesisi nden getirilen çamur aşı olarak kullanılmıştır. Tablo1. Sentetik Atıksu Kompozisyonu (Dilek vd., 1998 İçerik Konsantrasyon (mg/l Proteose-peptone 407 (KOİ= 500 mg/l NaCl 407.4 Na 2 SO 4 44.6 K 2 HPO 4 44.6 MgCl 2.6H 2 O 3.7 FeCl 2.2H 2 O 3.7 CaCl 2.2H 2 O 3.7 MnSO 4 0.057 ZnSO 4 0.046 CoSO 4 0.049 CuSO 4 0.076 2,4-DKF e aklime edilmiş kültür ise aklime edilmemiş kültürün elde edildiği kesikli beslemeli reaktöre benzer şekilde çamur yaşı 8 gün olan bir reaktörlerden elde edilmiştir. 2,4-DKF e aklime edilmiş kültür elde etmek için kurulan reaktöre Tablo 1 de gösterilen besin çözeltisine ek olarak kademeli olarak artan dozlarda 2,4-DKF verilmek suretiyle 5 ay süresince aklimasyon çalışmaları yürütülmüş ve bu süre sonunda 75 mg/l 2,4-DKF e aklime edilmiş kültür elde edilmiştir. 391

Kesikli Reaktör Deneyleri Kesikli deneyler toplam hacmi 500 ml olan ve ağızları pamukla kapatılan erlenlerde yürütülmüştür. Erlenlere toplam sıvı hacim 250 ml olacak şekilde besin çözeltisi ve kesikli beslemeli reaktörlerden alınan aşı kültür ilave edilerek çalkalama hızı 200 rpm olan inkübatörde 25 C de durağan faza ulaşıncaya kadar inkübe edilmiştir. 0.01 N NaOH çözeltisinde hazırlanan stok 2,4-DKF çözeltisi kullanarak seyreltmeyle reaktörlerde istenilen 2,4-DKF konsantrasyonları elde edilmiştir. 2,4-DKF konsantrasyonu; aklime edilmemiş kültürle aşılanan reaktörlerde 22 ile 100 mg/l arasında; aklime edilmiş kültürle aşılanan kesikli reaktörlerde ise 76.6 ile 194.5 mg/l arasında değişmektedir. Çalışmada, her 2,4-DKF konsantrasyonu için paralel reaktörler çalıştırılmış ve sonuçların aritmetik ortalaması alınmıştır. Ayrıca 2,4-DKF ün fiziksel yollarla arıtım derecesini ölçmek amacıyla kültür içermeyen reaktörler de aynı şartlarda inkübe edilmiştir. Kesikli reaktörler hem kolay parçalanabilen bir organik madde varlığında hemde 2,4-DKF ün tek karbon kaynağı olarak kullanıldığı durumda işletilerek kolay parçalanabilen organik madde varlığının 2,4-DKF giderimi üzerindeki etkisi araştılmıştır. 2,4-DKF ün tek karbon kaynağı olarak kullanıldığı durumda pepton büyüme ortamından çıkarılmış ve azot kaynağı olarak ortama NH 4 CI eklenmiştir. Reaktörlereden düzenli aralıklarla numuneler alınarak 2,4- DKF ölçümleri yapılmıştır. Ayrıca, peptonun organik madde kaynağı olarak bulunduğu durumlarda, ilave olarak kimyasal oksijen ihtiyacı (KOİ analizi de yapılmıştır. Her bir deney en az iki defa tekrarlanarak sonuçların aritmetik ortalaması alınmıştır. Ardışık Kesikli Reaktör Deneyleri Kesikli beslemeli reaktörlerlere ilave olarak, 2,4-DKF arıtımı ardışık kesiklikli reaktörler kullanılarakta gerçekletirilmiştir. Bu deney setinde klorofenol tek karbon ve enerji kaynağı olarak kullanılmıştır. Büyüme ortamından pepton çıkarılınca azot kaynağı olarak NH 4 CI kullanılmıştır. Ardışık kesikli reaktörler günde bir döngü olacak şekilde beslenmiştir. Bu döngü; besleme (8 saat, reaksiyon (14 saat ve çökme (2 saat den oluşmaktadır. Reaktörler 24 gün boyunca işletilmiş ve klorofenol konsantrasyonları artan bir şekilde ilave edilmiştir. Belli aralıklarla alınan numunelerde klorofenol ve MLVSS ölçümleri yapılmıştır. Analitik Teknikler MLVSS ve KOİ ölçümleri Standart Yöntemler e (APHA, 1995 göre yapılmıştır. 2,4-DKF ölçümünde, fotometrik (APHA, 1995 ve HPLC olmak üzere iki farklı yöntem kullanılmıştır. Fotometrik yöntem ile kaydadeğer bir arıtım gözlenmesi durumunda ortaya çıkan yan ürünleri, eğer varsa, belirleyebilmek amacıyla HPLC (Shimadzu, LC-10AT vp; Nucleosil C18 (4.6 mm 250 mm kolon; SPD-10Avp UV-VIS detektör (280 nm kullanılarak ölçümler tekrarlanmıştır. HPLC ölçümleri için kullanılan hareketli faz % 60 metanol, % 38 saf su ve % 2 asetik asitten oluşmaktadır (Haggblom ve Young, 1990. Hareketli fazın akış hızı 1 ml/dakika olup bu şartlarda 2,4-DKF e ait pik, 10.8 inci dakikada gözlenmiştir. MLVSS ve KOİ ölçümleri için varyasyon katsayısının % 10 dan düşük, 2,4-DKF ölçümleri için ise % 5 den düşük olduğu gözlenmiştir. BULGULAR VE TARTIŞMA Kesikli Reaktörlerde 2,4-DKF ve KOİ Arıtımı 2,4-DKF ün KOİ Giderim Verimine Etkisi Aklime edilmemiş ve aklime edilmiş kültürler kullanılarak yapılan deneylerde elde edilen KOİ giderim verimleri Tablo 1 de sunulmuştur. Tablo da görüldüğü gibi aklime edilmemiş kültür kullanıldığında 2,4-DKF ilave edilmediği durumda % 64 lük bir KOİ giderim verimi elde edilmiş ve çok düşük konsantrasyonlarda 2,4-DKF ilavesiyle KOİ giderim veriminde 392

önemli derecede düşüşler gözlenmiştir. Tablodan görüldüğü gibi 22 mg/l 2,4-DKF ilave edilmesiyle KOİ giderimi % 44 e düşmüş ve klorofenol konsantrasyonu artırıldıkça KOİ giderim verimi düşerek 100mg/L 2,4-DKF konsantrayonunda % 28 e varmıştır. Aklime edilmiş kültür kullanıldığı durumda 76.6 ile 150 mg/l arasında KOİ giderim veriminde çok fazla bir değişiklik gözlenmeyerek % 70 e yakın bir KOİ giderim verimi elde edilmiştir (Tablo 1. 2,4-DKF ilave edilmeden yapılan deneyde ise KOİ arıtım verimi % 52 olarak bulunmuştur. Görüldüğü gibi aklime edilmiş kültür kullanıldığı durumda; belli bir konsantrasyona kadar 2,4-DKF varlığında elde edilen KOİ giderme verimi 2,4-DKF yokluğunda elde edilen KOİ giderme veriminden daha yüksek olarak bulunmuştur. Ayrıca kültürün sadece 75 mg/l 2,4-DKF e aklime edilmesine rağmen yaklaşık olarak 150 mg/l 2,4- DKF konsantrasyonuna kadar 2,4-DKF ün KOİ giderim verimi üzerine olumsuz yönde bir etki gözlenmemiştir. Tablo 1. Aklim Edilmemiş ve Aklime Edimiş Kültürlerle Yapılan Deneylerde Elde Edilen %KOİ Giderim Verimleri Aklime Edilmemiş Kültür Aklim Edilmiş Kültür 2,4-DKF (mg/l % KOİ Giderimi 0 64 22 44 47.5 36 77 30 100 28 0 52 76.6 71 101.2 67 148.7 68 194.5 54 2,4-DKF ün Kesikli Reaktörlerde Arıtılabilirliliği 2,4-DKF arıtılabilirliği kolay parçalanabilien bir organik madde varlığında ve yokluğunda araştırılmıştır. a- Kolay Parçalanabilen Organik Madde Varlığında 2,4-DKF Arıtılabilirliliği 2,4-DKF arıtımı hem aklime edilmemiş hemde aklime edilmiş kültür kullanarak araştırılmıştır. Aklime edilmemiş kültür kullanıldığında 2 gün boyunca hiçbir arıtım gözlenememesine rağmen (sonuçlar gösterilmemiştir, aklime edilmiş kültür kullanıldığında 2,4-DKF ün etkili bir şekilde arıtıldığı gözlenmiştir (Şekil 1. 2,4-DKF başlangıç konsantrasyonu 76.6 ve 101.2 mg/l olduğu durumda 4 gün içerisinde yaklaşık olarak tam bir arıtım gözlenmiştir. Başlangıç 2,4-DKF konsantrasyonu 148.7 mg/l ye yükseltildiğinde 6 gün içerisinde % 92 ye varan bir giderim gözlenmesine rağmen, 2,4-DKF konsantrasyonu 194.5 mg/l ye yükseltiğinde 6 gün içerisende sadece %43 oranında bir arıtım gözlenmiştir (Şekil 1. Sonuçlardan görüldüğü gibi aklime edilmemiş kültür kullanıldığı durumda arıtım gözlenmemesine rağmen, aklime edilmiş kültür kullanıldığında oldukça yüksek konsantrasyonlarda dahi yüksek oranda arıtım gözlenmiştir. Ayrıca kültürün sadece 75 mg/l 2,4-DKF e aklime edilmesine rağmen, yaklaşık olarak 150 mg/l konsantrasyonuna kadar 2,4- DKF ün etkili bir şekilde giderilebildiği gözlenmiştir. Daha yüksek konsantrasyonlarda 2,4- DKF arıtımı için kültürün daha yüksek 2,4-DKF konsantrasyonlarına aklime edilmesi gerekmektedir. Konsantrasyona bağlı olarak maksimum 2,4-DKF giderme hızları Şekil 2 da verilmiştir. Şekilden görüldüğü gibi maksimum 2,4-DKF giderme hızı, 2,4-DKF konsantrasyonu artıkça doğrusal olarak azalmaktadır. 76.6 ve 194.5 mg/l 2,4-DKF 393

konsantrasyonlarında maksimum 2,4-DKF giderme hızları sırasıyla sırasıyla 226.5 ve 129 mg 2,4-DKF/(g MLVSS.gün olarak bulunmasına rağmen, Valelcillo vd. (2000 tarafından yapılan bir çalışmada farkı başlangıç konsantrasyonlarında 2,4-DKF giderme hızının 1.2-1.7 mg 2,4-DKF/(g MLVSS.gün arasında değiştiği rapor edilmiştir. Ayrıca yine aynı çalışmada birinci ve ikinci beslemede 2,4-DKF giderme hızında herhangi bir değişiklik olmadığı vurgulanmıştır. Valecillo vd. (2000 tarafından yapılan çalışmada elde edilen verilerle bu çalışmada elde edilen veriler kıyaslandığında; bu çalışmada çok daha yüksek 2,4-DKF giderme hızlarına erişildüği görülmüş ve uygun aklimasyon çalışmaları elde edilen yüksek giderme hızının nedeni olarak düşünülmüştür. 2,4-DKF (mg/l 250 200 150 100 50 0 76.6 mg l-1 2,4-DKF 101.2 mg l-1 2,4-DKF 148.72 mg l-1 2,4-DKF 194.47 mg l-1 2,4-DKF 0 50 100 150 zaman (gün Şekil 1. Pepton Varlığında Aklime Edilmiş Kültür Kullanıldığı Durumda 2,4-DKF Konsantrasyonun Zamanla Değişimi 250 2,4-DCP Giderim Hızı (mg (g.d-1 200 150 100 50 y = -0,8212x + 290,56 R 2 = 0,99 0 0 50 100 150 200 250 2,4-DKF (mg/l Şekil 2. Farklı 2,4-DKF Konsantrasyonlarında Maksimum 2,4-DKF Giderim HIzları 394

b- Kolay Parçalanabilen Organik Madde Yokluğunda 2,4-DKF Arıtılabilirliliği 2,4-DKF arıtımı tek karbon kaynağı olarak 2,4-DKF kullanıldığı durumda da, 2,4-DKF arıtımı aklime edilmemiş ve aklime edilmiş kültürler kullanılarak araştırılmıştır. 2,4-DKF e aklime edilmiş kültüre ilave olarak 4-KF e aklime edilmiş kültür de kullanılarak yapısal olarak benzer bir maddeye aklimasyonun 2,4-DKF arıtımı üzerine etkisi araştırılmıştır. Şekil 3 den görüldüğü gibi aklime edilmemiş kültür kullanıldığı durumda 14 gün içerisinde 24 ve 50 mg/l 2,4-DKF konsantrasyonlarında hiçbir arıtım gözlenmezken, aklime edilmiş kültür kullanıldığında 7 gün içerisinde 50 mg/l 2,4-DKF konsantrasyonunda 100% e varan bir arıtım gözlenmiştir. 2,4-DKF konsantrasonu 78.6 mg/l ye çıkarıldığında arıtım verimi % 40 a düşmüştür. 2,4-DKF tek karbon kaynağı olarak eklendiğinde 78.6 mg/l 2,4-DKF konsantrasyonunda 10 gün içerisinde sadece % 40 lık bir arıtım gözlenmesine rağmen (Şekil 3, birincil besi kaynağı olarak pepton varlığında 76.6 mg/l 2,4-DKF konsantrasyonunda 4 gün içerisinde tam bir arıtım gözlenmiştir (Şekil 1. 2,4-DKF (mg/l 80 60 40 50 mg/l 2,4-DKF( 2,4-DKF e aklime edilmiş kültür ile 78.6 mg/l 2,4-DKF(2,4-DKF e aklime edilmiş kültür ile 77 mg/l 2,4-DCP (4-KF e aklime edilmiş kültür ile 50 mg l-1 (aklime edilmemiş kültür ile 25 mg l-1 aklime edilmemiş kültür ile 20 0 0 2 4 6 8 10 12 14 Zaman (gün Şekil 3. Tek Karbon Kaynağı Olarak 2,4-DKF Eklendiği Durumda 2,4-DKF Konsantrasyonunun Zamanla Değişimi Bu sonuçlardan görüldüğü gibi; kolay parçalanabilen bir organik madde varlığında 2,4-DKF giderme hızı ve verimi artmaktadır. Dolayısıyla, bu sonuçlar ışığında, yüksek konsantrasyonlarda 2,4-DKF için asıl giderme mekanizmasının kometabolizma olduğu söylenebilir. 4-KF e aklime edilmiş kültür 2,4-DKF arıtımında kullanıldığında; 10 gün içerisinde 77 mg/l 2,4-DKF konsantrasyonunda % 85 e varan bir arıtım verimi elde edilmiştir (Şekil 3. 2,4-DKF e aklime edilmiş kültürle kıyaslandığında; Şekil 3 den görüldüğü gibi yaklaşık olarak aynı konsantrasyonda (78.6 mg/l 2,4-DKF sadece % 40 civarında bir atım verimi edilmiştir. Dolayısıyla bu sonuçlar; 2,4-DKF tek karbon kaynağı olarak ilave edildiği durumda, 4-KF e aklime edilmiş kültürün 2,4-DKF gideriminde 2,4-DKF e aklime edilmiş kültüre kıyasla daha etkili olduğunu göstermiştir. Klorofenollerin yoğun olarak bulunduğu bir çok endüstriyel atıksuları ve yeraltı suları kolay parçalabilen organik madde içermeye bilir, dolayısıyla daha yavaş olmasına rağmen kolay parçalabilen bir organik madde ilavesinden kaçınmak amacıyla özellikle düşük konsantrasyonlarda aklime edilmiş kültür kullanılarak 2,4- DKF ün arıtımını başarabileceğimiz sonucuna varabiliriz. Yüksek 2,4-DKF konsatrasyonlarında (>50 mg/l ise artımı hızlandırmak ve yüksek verimler elde etmek amacıyla kolay parçalanabilen bir organik madde varlığına ihtiyaç duyulmaktadır. 395

Şekil 4 de pepton varlığında ve yokluğunda seçilen 2,4-DKF konsantrasyonları için giriş ve çıkış HPLC sonuçları gösterilmiştir. Kontrol reaktörüne (2,4-DKF içermeyen reaktör ait HPLC sonucu, 2,4-DKF içeren reaktörlere ait giriş ve çıkış HPLC sonuçlarıyla kıyaslandığında; arıtım sırasında oluşan herhangi bir yan ürün oluşmadığı gözlenmektedir. Bu sonuç hem pepton varlığında hem de 2,4-DKF ün tek karbon kaynağı olarak eklendiği reaktör için geçerlidir. Ardışık Kesikli Reatör (AKR lerde Klorofenol Arıtımı Kesikli reaktörlerde 2,4-DKF tek karbon kaynağı olarak kullanıldığı durumda yüksek konsantrasyonlarda düşük arıtma verimi elde edilince, arıtım verimini artırabilmek amacıyla farklı bir reaktör çeşidi kullanılmasına karar verilmiş ve bu amaçla ardışık kesikli reaktör kullanılmıştır. Ardışık kesikli reaktörlerün kurulması amacıyla daha önce kesikli beslemeli reaktörlerde kolay parçalanabilen bir organik madde varlığında 2,4-DKF e aklime edilmiş kültür kullanılmıştır. AKR ler sadece 2,4-DKF ile beslenerek kolay ayrışabilir bir organik madde ilave edilmemiştir. Kültür daha önceden 152 gün boyunca klorofenolle maruz kaldıklarından dolayı, AKR deneyleri başladığında mikroorganizmalar klorofenole daha önceden aklime olduklarından klorofenol dozlamaları direk olarak yüksek bir konsantrasyondan başlamıştır (80 mg/l 2,4-DKF. İlk 8 gün için reaktörlede klorofenol konsantrasyonu sabit tutulmuştur. Bu 8 gün boyunca 2,4-DKF için tam bir arıtım gözlenmiş ve arıtım veriminde herhangi bir bozulma gözlenmemiştir (Şekil 4. 2,4-DKF konsantrasyonu zamanla artırılmış ve 18.günde 157 mg/l ye ulaşılmıştır. Şekil 5 den de görüleceği gibi 2,4-DKF konsantrastonu 85 mg/l den 157 mg/l ye yükseltildiğinde arıtım verimi %100 den %96 ya düşmüştür. Reaktör 20. günde 305 mg/l 2,4-DKF ile beslendiğinde ise klorofenol arıtım verimi % 37 ye kadar düşmüştür. 24. günde klorofenol giriş konsantrasyonu tekrar 255 mg/l ye düşürülerek tekrar reaktörün eski verimine ulaştırılmasına çalışılmışsa da; klorofenol arıtımı %12 ye kadar düşmüştür. Kesikli reatör deneylerinde 50 mg/l 2,4-DKF konsantrasyonun üzerinde arıtım veriminde önemli düşüşler gözlenmesine rağmen, ardışık kesikli reaktörler kullanıldığında, çok daha yüksek konsantrasyonlardaki 2,4-DKF ün arıtılabildiği gözlenmiştir. 396

(a (a (b (b (c (c (d (d (e Şekil4. Giriş ve Çıkış Sularına Ait HPLC Sonuçları a Pepton varlığında 148.7 mg/l 2,4-DKF Giriş Suyu b Pepton Varlığında 148.7 mg/l 2,4-DKF Çıkış Suyu c Pepton Yokluğunda 50 mg/l 2,4-DKF Giriş Suyu d Pepton Yokluğunda 50 mg/l 2,4-DKF Çıkış Suyu e Kontrol Reaktörüne Ait Çıkış Suyu 397

350 120 2,4-DKF (mg/l 300 250 200 150 100 50 0 100 2,4-DKF giriş 80 % 2,4-DKF giderim 60 40 20 0 0 5 10 15 20 25 30 zaman (gün %2,4-DKF giderimi Şekil 5. AKR kullanıldığında Farklı 2,4-DKF Konsantrasyonlarında Elde Edilen Arıtım Verimleri SONUÇLAR Bu çalışmada aklime edilmiş ve aklime edilmemiş kültürler kullanılarak Kolay parçalanabilir bir organik madde varlığında ve yokluğunda 2,4-DKF arıtımı araştırılmıştır. Buna yönelik olarak, aklimasyon koşullarında, 2,4-DKF arıtımı hem kolay parçalanabilir bir organik madde varlığında hem de tek karbon kaynağı olarak bulunduğu durumda kesikli reaktörler kullanılarak incelenmiştir. Kolay parçalanabilen bir substrat varlığında, aklime edilmemiş kültürlerle hiçbir arıtım gözlenmemesine rağmen, aklime edilmiş kültür kullanıldığında 148,7 mg/l 2,4-DKF konsantrasyonuna kadar tam bir arıtım gözlenmiştir. Kültür sadece 75 mg/l 2,4-DKF konsantrasyonuna kadar aklime edilmesine rağmen aklime edilen konsantrasyonun yaklaşık 2 katına kadar tam bir arıtım gözlenmiştir. 2,4-DKF tek karbon kaynağı olarak kullanıldığında düşük konsantrasyonlarda (50 mg/l ye kadar tam bir arıtım gözlenebilmesine rağmen, daha yüksek konsantrasyonlarda 2,4-DKF arıtımı için kolay parşalanabilen bir organik maddenin ilave edilmesinin zorunlu olduğu gözlenmiştir. Ardışık kesikli reaktörlerde 2,4-DKF arıtımı 2,4-DKF2ün tek karbon kaynağı olarak bulunduğu durumda araştırılmış ve yaklaşık olarak 157 mg/l konsantrasyonuna kadar tam bir arıtım gözlenmiştir. Kesikli reatör deneylerinde 50 mg/l 2,4-DKF konsantrasyonun üzerinde arıtım veriminde önemli düşüşler gözlenmesine rağmen, ardışık kesikli reaktörler kullanıldığında, çok daha yüksek konsantrasyonlarda (157 mg/l 2,4-DKF ün arıtılabildiği gözlenmiştir. 2,4-DKF tek karbon kaynağı olarak beslendiği durum için, bu kadar yüksek konsantrasyonda klorofenol arıtımı daha önce rapor edilmemiştir. KAYNAKLAR APHA, (1995. Standard methods for the examination of water and wastewater, 19 th ed. American Public Health Association/American Water Works Association/Water Environment Federation, Washington, DC, USA. Armenante P. M., Kafjewitz D., Lewandowski A. and Jou C. (1999. Anaerobic-aerobic treatment of halogenated phenolic compounds, Wat. Res.,33/3: 681-692. 398

Carucci A., Chiavola A., Majone M. and Rolle E. (1999. Treatment of Tannery Wastewater in a Sequencing Batch Reactor, Wat. Sci. Tech., 40/1, 253-259. Cespedes R., Maturana A., Bumann U. Brofman M. (1996. Microbial Removal of Chlorinated Phenols during Aerobic Treatment of Effluents From Radiata Pine Kraft Pulps Bleached With Chlorine-Based Chemicals with or without Hemicellulases, Appl. Microbiol. Biotechnol, 46: 631-637. Dilek F. B. Gokcay C. F. and Yetis U. (1998. Combined effects of Ni (II and Cr (VI on activated sludge, Wat. Res., 32/2: 303-312. Dockhorn T., Dicthi N. and Kayser R. (2001. Comparative investigations on COD-removal in sequencing batch reactors and continuous flow plants, Wat. Sci. Tech. 43/3: 45-52. Ettala M., Koskela and Kiesila A. (1992. Removal of chlorophenols in a municipal sewage treatment plant using activated sludge, Wat. Res., 26/6: 797-804. Ha s. R. Qishan L. and Vinitnantharat S. (2000. COD removal of phenolic wastewater by biological activated carbon-sequencing batch reactor in the presence of 2,4-DCP, Wat. Sci. Tech, 42/5-6, 171-178. Haggblom, M.M ve Young, L.Y., (1990. Chlorophenol degradation coupled to sulfate reduction. Appl Environ Microbiol 56/11: 3255-3260. Hall E. R. and Randle W. G. (1994. Chlorinated Phenolics Removal From Bleached Kraft Mill Wastewater in Three Secondary Treatment Process, Wat. Sci. Tech., 29/5-6: 177-186. Jarvinen K. T., Melin E. S. And Puhakka J. A. (1994. High-rate Bioremediation of Chlorophenol-Contaminated Groundwater at Low Temperatures, Environ. Sci. Technol. 28: 2387-2392. Lora P. O. Sjölund M., Tracol C. and Morvan J. (2000. Adaptation of an inoculum to 2,4,6- trichlorophenol biodegradation in an activated-sludge bioreactor, Wat. Sci. Tech., 42/5-6: 179-183. Ng W. J., Ong S.L. and Hu J.Y. (2001. Denitrifying Phosphorus Removal by Anaerobic/anoxic sequencing Batch Reactor, Wat. Sci. Tech. 43/3, 139-146. Puhakka, J.A., Shieh, W.K., Jarvinen, K., Melin, E., (1992. Chlorophenol degradation under oxic and anoxic conditions. Water Sci. Tech 25/1, 147-152. Puhakka J. A., Makinen P. M., Lundin M. And Ferguson J. F. (1994. Aerobic and anaerobic biotransformations and treatment of chlorinated pulp bleach waste constituents, Wat. Sci. Tech., 29/5-6, 73-80. Puhakka J. A., Melin E. S., Jarvinen K. T., Koro P. M., Rintala J. A., Hartikainen P., Shieh W. K. and Ferguson J. (1995. Fluidized-Bed biofilms for chlorophenol mineralization, Wat. Sci. Tech. 31/1, 227-235. Speitel jr. Ge, Thompson RC.ve Veissman D, (1993. Biodegradation kinetics of Methylosinus trihosporium OB3b at low concentrations of chloroforms in the presence and absence of enzyme competition by methane. Water Res. 27, 15-24. Valo R. J., Haggblom M. M. And Salkinoja-Salonen M. (1990. Bioremediation of chlorophenol containing simulated ground water by immobilized bacteria, Wat. Res., 24/2: 253-258. Wang, S.J. ve Loh, K.C., (1999. Facilitation of cometabolic degradation of 4-chlorophenol using glucose as an added growth substrate. Biodegradation 10, 261-269. Wang S. J. and Loh K.C. (2000. New cell growth pattern on mixed substrates and substrate utilization in cometabolic transformation of 4-chlorophenol, Wat. Res., 34/15, 3786-3794. 399