Dönen biyolojik disk reaktör kullanarak klorofenol içeren atıksuların arıtılması

Yıl 2007, Cilt: 17 Sayı: 1, 15 - 24, 31.12.2007

Erkan Şahinkaya Filiz B. Dilek

Öz

Bu çalışmada pepton, 4-klorofenol (4-KF) ve 2,4-Diklorofenol (2,4-DKF) içeren sentetik olarak hazırlanmış, bir numunenin arıtımı, 5 rpm’de çalıştırılan iki kademeli Dönen Biyolojik Disk (DBD) reaktör kullanılarak araştırılmıştır. Ayrıca, biyolojik olarak kolay ayrışabilen bir maddenin (pepton) reaktör performansı üzerine etkileri de araştırılmıştır. Yüksek verimde klorofenol ve KOİ giderimi ancak reaktörün ilave havalandırıcılarla havalandırılması durumunda mümkün olmuştur. Aklimasyon sırasında giriş 4-KF konsantrasyonu 200 mg/L’ye, 2,4-DKF konsantrasyonu ise 100 mg/L’ye yükseltilmiştir. Reaktörün birinci kademesinde yüksek klorofenol (>%98) ve KOİ (>%94) giderimleri gözlenmiş ve ikinci kademe giderim verimini kısmen artırmıştır. 260 günlük bir işletmeyi takiben, reaktör 3.5 ay boyunca sadece pepton ile beslenerek, biyokütle deaklime edilmiştir. Deaklimasyonu takiben,16 gün içerisinde giriş 4-KF konsantrasyonu 200 mg/L’ye, 2,4-DKF konsantrasyonu ise 100 mg/L’ye yükseltilmiştir. Mikroorganizmanın 16 gün içersinde tekrar yüksek konsatrasyonlarda beslenen klorofenollere aklime olduğu ve reaktör girişinden peptonun ani olarak çekilmesinin performansı üzerine olumsuz bir etkisinin olmadığı gözlenmiştir. 2,4-DKF, 4-KF arıtımını yarışçıl (competitive) olarak inhibe ettiği için, şok 4-KF (822.7±1.4 mg/L) ve 2,4-DKF (424.6±1.9 mg/L) yüklemesi reaktörün hem birinci hem de ikinci kademesinde 4-KF konsantrasyonunun 2,4-DKF konsantrasyonuna kıyasla 4 kat artmasına neden olmuştur. Şok yükleme sırasında reaktörler tek karbon ve enerji kaynağı olarak klorofenoller ile beslenmiş ve reaktörün birinci kademesinde maksimum 4-KF giderim hızı 2305 mg/L·gün (18.3 g/m 2 ·gün), 2,4-DKF giderim hızı ise 1202 mg/L·gün (9.5 g/m 2 ·gün) olarak gözlenmiştir.

Anahtar Kelimeler

4-Klorofenol, 2, 4-Diklorofenol, dönen biyolojik disk reaktör

Kaynakça

• Bali, U. ve Şengül, F. (2002). Performance of a fed-batch reactor treating a wastewater containing 4-chlorophenol, Process Biochemistry, 37, 1317-1323.
• Chen, J., Rulkens, W.H. ve Bruning, H. (1997). Photochemical elimination of phenols and COD in industrial wastewaters, Water Science and Technology, 35, 231–238.
• Contrerasa, S., Rodriguez, M., Al Momania, F., Sansa, C. ve Esplugasa, S. (2003). Contribution of the ozonation pre-treatment to the biodegradation of aqueous solutions of 2,4-dichlorophenol, Water Research, 37, 3164–3171.
• Eker, S. ve Kargi, F. (2006). Impacts of COD and DCP loading rates on biological treatment of 2,4-dichlorophenol (DCP) containing wastewater in a perforated tubes biofilm reactor, Chemosphere, 64, 1609-1617.
• Farrell, A. ve Quilty, B. (1999). Degradation of mono-chlorophenols by a mixed community via a meta- cleavage pathway, Biodegradation, 10, 353-362.
• Grady, C.P.L. Jr., Daigger, G.T. ve Lim, H.C. (1999). Biological Wastewater Treatment, 2 nd Edition, Revised and Expanded, Marcel Dekker, Inc., New York, NY.
• HACH, (1992). Water Analysis Handbook, 2 nd ed., Loveland, HACH Company. Hao, O.J., Kim, M.H., Seagren, E.A, Kim, H. (2002). Kinetics of phenol and chlorophenol utilization by Acinetobacter species, Chemosphere, 46, 797-807.
• Hill, G.A., Milne, B.J. ve Nawrocki, P.A. (1996). Cometabolic degradation of 4-chlorophenol by Alcaligenes eutrophus, Applied Microbiology and Biotechnology, 46, 163-168.
• Hu, Z., Ferraina, R.A., Ericson, J.F. ve Smets, B.F. (2005). Effect of long-term exposure, biogenic substrate presence, and electron acceptor conditions on the biodegradation of multiple substituted benzoates and phenolates, Water Research, 39, 3501-3510.
• Kargi, F. ve Eker, S. (2006a). Effect of sludge age on performance of an activated sludge unit treating 2,4 dichlorophenol-containing synthetic wastewater, Enzyme and Microbial Technology, 38, 60-64.
• Kargi, F. ve Eker, S. (2006b). COD, para-chlorophenol and toxicity removal from para-chlorophenol containing synthetic wastewater in an activated sludge unit, Journal of Hazardous Materials, 132, 226-231.
• Kargi, F. ve Uygur, A. (1997). Biological treatment of saline wastewater in a rotating biodisc contactor by using halophilic organisms, Bioprocess Engineering, 17, 81-85.
• Kim, M.H. ve Hao, O.J. (1999). Cometabolic degradation of chlorophenols by Acinetobacter species, Water Research, 33, 562-574.
• Mangat, S. ve Elefsiniotis, P. (1999). Biodegradation of the herbicide 2,4-dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D) in sequencing batch reactors, Water Research, 33, 861-867.
• Metcalf and Eddy (1991). Wastewater engineering, New York: McGraw-Hill.
• Puhakka, J.A. ve Jarvinen, K. (1992). Aerobic Fluidized-Bed Treatment of Polychlorinated Phenolic Wood Preservative Constituents, Water Research, 26, 765-770.
• Radwan, K.H. ve Ramanujam, T.K. (1997). Studies on organic removal of 2,4-dichlorophenol wastewaters using modified RBC, Bioprocess Engineering, 16, 219-223.
• Saéz, P.B. ve Rittmann, B.E. (1991). Biodegradation kinetics of 4-chlorophenol, an inhibitory cometabolite, Research Journal of Water Pollution Control Federation, 63, 838-847.
• Saéz, P.B. ve Rittmann, B.E. (1993). Biodegradation kinetics of a mixture containing a primary substrate (phenol) and an inhibitory co-metabolite (4-chlorophenol), Biodegradation, 4, 3–21.
• Sahinkaya, E. ve Dilek, F.B. (2002). Effects of 2,4-Dichlorophenol on activated sludge, Applied Microbiology and Biotechnology, 59, 361-367.
• Sahinkaya, E. ve Dilek, F.B. (2005). Biodegradation of 4-chlorophenol by acclimated and unacclimated activated sludge-evaluation of biokinetic coefficients, Environmental Research, 99, 243-252.
• Sahinkaya, E. ve Dilek, F.B. (2006). Effect of biogenic substrate concentration on the performance of sequencing batch reactor treating 4-CP and 2,4-DCP mixture, Journal of Hazardous Materials, 128, 258-264.
• Shieh, B.W.K., Puhakka, J.A., Melin, E. Ve Tuhkanen, T. (1990). Immobilized-cell degradation of chlorophenols, Journal of Environmental Engineering, 116, 683-697.
• Surampalli, R.Y. ve Baumann, E.R. (1997). Role of supplemental aeration in improving overloaded first-stage RBC performance, Water, Air, and Soil Pollution, 98, 1–15.
• Swaminathan G. ve Ramanujam T.K. (1999). Effect of substrate concentration on biodegradation of 2,4-dichlorophenol using modified rotating biological contactors, Bioprocess Engineering, 21, 169-173.
• Tarighian, A., Hill, G., Headley, J. ve Pedras, S. (2003). Enhancement of 4-chlorophenol biodegradation using glucose, Clean Techn. Environmental Policy, 5, 61-65.
• Uysal, A. ve Turkman, A. (2005). Effect of biosurfactant on 2,4-dichlorophenol biodegradation in an activated sludge bioreactor, Process Biochemistry, 40, 2745-2749.
• 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. ve Loh, K.C. (2000). New cell growth pattern on mixed substrates and substrate utilization in cometabolic transformation of 4-chlorophenol, Water Research, 34, 3786-3794.
• Wang, S.J. ve Loh, K.C. (2001). Biotransformation kinetics of Pseudomonas putida for cometabolism of phenol and 4-chlorophenol in the presence of sodium glutamate, Biodegradation, 12,189-199.