Klorluhidrokarbonların Bıyolojık Olarak Ayrıştırılması 

Prof. Dr. Ertuğrul ERDİN

Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Çevre Mühendisliği Bölümü

Buca/İZMİR

Klorlu Hidrokarbonlar

Yılda 300 milyon ton kimyasal madde üretilmektedir. Bunun yaklatık büyük bir kısmı organik biletiklerdir. Organik biletikler üretilmesi sırasında antropojen kökenlilerinin batında da hem sayısal hem de miktarsal açıdan çok fazla olanı ise klorlu hidrokarbonlardır (Kloralifatlar, klormetanlar, diklormetan, klorfenoller, klorbenzoller, PCB'ler, v.d. ).

Klorfenoller ve klorbenzoller fizikokimyasal özellikleri nedeniyle çevresel ortamlarda çetitli konsantrasyonlarda bulunurlar. Topraktaki ve aktif çamurdaki konsantrasyonları 100 - 1000 mg/l arasındadır.

Klorfenoller ve klorbenzoller fizikokimyasal özellikleri nedeniyle de biyokütlelerde akümüle olurlar. Daha sonra da toksik etki gösterirler. Suda çözünmedikleri için de yağdokusunda yığılırlar (Dott, 1991).

Mikroorganizmaların değitik ekolojik kotullara ayak uydurabilme yetenekleri nedeniyle, doğada normal olarak biyolojik olarak ayrıması çok zor olan biletikler de aerobik ve anaerobik kotulların kombinasyonu ile rneğin klorluhidrokarbnların da ayrıttırılması mümkün hale getirilmittir (Wittich, 1992).

Akiskan Yataklarda Diklormetanin Biyolojik Olarak Ayristirilmasi

Giris

Kolay buharlasabilen klorlu didrokarbonlar ve benzeri organik bilesikler cok az patlama özelliklerine sahip oluslarindan dolayi cözücü gaz ve basinc gazi olarak olarak kullanilmaktadir. Son yillarda yapilan sayisiz arastirmalar sonucunda klorlu dihidrokarbonlarin ve benzeri maddelerin cok tehlikeli ve zehirli oldugu ortaya kanulmustur. Bu tehlikelerinden birirsi de kanserojen olmasidir. Atiksu ve atikgazlar ile cok kolay olarak ortama yayilmaktadir. Cevre sagligi icin de bir tehlike potansiyeli olusturmaktadir.

Bu tehlikeli maddelerin zararsizlastirilmasi icin bugüne kadar uygulanan fiziksel yöntemlerde (Adsorpsiyon, stripping, veya destilasyon) her seferinde özel ve tehlikeli atiklar katogerisine giren destilatlar olusmaktadir. Bunlarin bertarafi da ayrica cok pahalidir. Halbuki bu maddelerin biyolojik yöntemlerle ayristirilmasi halinde hem fazla enerji harcanmamis olacak, hem de nihai ürün olarak da toksik maddeler üretilmemis olacaktir.

Günümüzdeki bilgi birkimini ve teknolojik gelismeyi uyguluyarak bu tür maddelerin mutlak sürette zararsizlastirilmasi cok önemli bir adim olacaktir. Eski kirlenmis yerlerin sanitasyonu sirasinda bu tür maddelerin biyolojik ayrisabilir oldugu ortaya konmustur. Bu nedenle aritma camurlarindan veya kirlenmis topraklardan bazi mikroorganizmalar izole edilebilmistir. Bu izole edilen mikroorganizmlar da diklormetan, triklormetan, 1,2 dikloretan, 1,1,1-trikloretan ve trikloretilen gibi bilesikleri mineral kisimlarina dönüstürmüslerdir.

Kirlenmis yeraltisularinin ve bazi endustri sularinin icerdigi klorlu hidrokarbonlarin biyolojik ayristirilmasi icin teknik düzeyde reaktörler gelistirirlmemistir. Laboratuvar düzeyindeki akiskan yatak reaktöründe diklormetanin sürekli olarak biyolojik ayristirilmasina ve bunun gelistirilmesine calisilmistir.

Akiskan Yatak Reaktörü

Sekil 1 'de akiskan yatak reaktörü ve islem akis semasi görülmektedir. Bu deney düzeneginin kalbini akiskan yatak ünitesi teskil etmektedir. Cevrimde memran oksijen absorplayicisi vardir. Bu sayede ayrisma icin gerek duyulan oksijen suya verilmektedir. Bu oksijen verilisi sirasinda da hic bir sekilde kabarciklar olusmamaktadir. Burada bu islevi yerine getirmek icin gözeneksiz doku ile takviye edilmis silikon hortumlar kullanilmaktadir. Bu sekilde cok iyi gerceklesen oksijen beslemesi sayesinde ucucu organik maddelerden hic bir kisme atmosfere gecememektedir (Desorpsiyonu frenlenmektedir).

Bakteriler Fotograf1 'de görüldügü gibi akiskan yatakta pelet olusturmaktadir. Bu peletler de reaktürün devaminda tutulmaktadir. Bu reaktörde 15 g KM/l 'ye kadar bakteri konsantrasyonuna ulasilmaktadir. Bu sayede de reaktör sistem cikisinda katimaddesi kalmamis dnecek düzeye kadar suyu aritabilmektedir.

Sekil 1 : Akiskan yatak reaktörü ve islem akis semasi

Fotograf 1: Akiskan yatakta bakterilerin pelet olusturmasi

Sonuclar

Yapilan deneyler sonucunda baslangicta giris degeri 1,4 gDCM/l olan bir suyu, 1 saatlik bir bekleme süresinden sonra sistem cikisinda 0,01 gDCM/l degerine kadar ayristirmistir.

Diklormetanin aerobik oksidasyonla ayrismasi thiolytik parcalanma ile gerceklesmektedir:

1. CH₂Cl₂ + H₂O ---------> 2HCl + CH₂O

2. CH₂O + O₂ ---------> CO₂ + H₂O

Bu durumda diklormetan bakteriler icin karbon ve enerji kaynagi olarak islev görmektedir. Ancak bakterilerin optomal gelisebilmelri icin ortamda diger besin maddelerinbin de bulunmasi gerekmektedir: azot, fosfor ve bazi izelementleri.

Diklormetanin ayrismasi sirasinda her mol DCM icin iki mol hidroklorikasit aciga cikmaktadir. Bu durum karsiisnda ortamin sodyumhidroksit veya potasyumdidroksitle nötralize edilmesi gerekmektedir. Oksijen de belirli oranda ayristirilan diklormetan icin kullanilmaktadir.

Oksijen tüketiminin ve sodyumhidroksit tüketiminin On-line ölcümleri ve klörürü olusumunun izlenmesi sayesinde diklormetanin ayrismasi hakkinda karar verilebilmektedir. Böylece gazkromotografisinde diklormetanin Off-line ölcümlerini yapmadan dogrudan proses kontrolü yapilabilmektedir.

Bu deneyler sirasinda diklormetanin cesitli Pseudomonade ve Hyphomicrobiae türleri tarafindan ayristirildigi saptanmistir.

Diklormetanin biyolojik ayrisma kinetigi Haldane kinetik ile aciklanabilir. Sekil 2'de aciklanmasi görülmektedir. Bu kinetigin parametreleri ise,

K_s = 30 mgDCM/l

K_i = 300 mg DCM/L

r_smax = 0,14 gDCM/(g oKM h)

Y_02/DCM = 0,54 mol O₂/mol DCM

olarak bulunmustur.

Sekil 2 : Substrat konsantrasyonuna bagli olarak DCM - ayrisma hizi

Kaynaklar

Wiesmann, U. (1992): Taetigkeitsbericht. Institut für Verfahrenstechnik. TU Berlin.

Wiesmann, U. (1993): Broschüre zur Abwasserreinigung. Institut für Verfahrenstechnik. TU Berlin.

Breithaupt, Tobias (1993): Persönliche Gespreche und Begehen im Labor und Pilotversuche in Falkenberg. Berlin.

Dott, Wolfgang (1992) :" Chlorierte Kohlenwasserstoffe-Produktion, Anwendung und Toxizitaet" SFB - Biologische Abwasserreinigung 1. der TU BERLİN .S.3-16.

Wittich, R.-M. (1992) : " Möglichkeiten des biologischen Abbaus halogenaromatischer Verbindungen".SFB - Biologische Abwasserreinigung 1. der TU BERLİN .S.59-77.