Environmental Biotechnology Graduate Program - Master Degree

Bu koleksiyon için kalıcı URI

Gözat

Son Başvurular

Şimdi gösteriliyor 1 - 5 / 41
  • Öge
    Biohydrogen production from organic wastes using anaerobic membrane bioreactor
    (Institute of Science and Technology, 2012) Hasanoğlu, Aysel ; Altınbaş, Mahmut ; 335677 ; Environmental Biotechnology Programme
    Fuel production from biomass, which is an important issue nowadays is an emerging process. Biomass is generally used as substrate, to produce fuels such as ethanol, biomethane, biodiesel. Anaerobic processing is a treatment way for industrial, food processing and agricultural originated waste/wastewaters. Methane, which is produced during anaerobic treatment have an economical value utilized as heat and electricity.The aim of the present study is to biohydrogen production from dinner hall wastes by using membrane modules. For that purpose, lab-scale anaerobic membrane bioreactors operated in thermophilic temperatures. Food wastes supplied from İTÜ dinner hole, grinded by using grinders.Four different operating conditions were tested during this study. Membrane bioreactor system initially operated using two complete mixing reactors sequentially with a total volume of 10L and PP MF membranes were installed in the second stage of the reactor. In the second operating period, second reactor was discarded and PP membranes were transferred to the first stage.
  • Öge
    Çamur Azaltımına Yönelik Modifiye Aktif Çamur Sistemlerinin Modellenmesi
    (Fen Bilimleri Enstitüsü, 2017-01-16) Allı, Buşra ; Sözen, Seval ; 10135267 ; Environmental Biotechnology ; Environmental Biotechnology
    Günümüzde gerek evsel gerekse endüstriyel atıksuların arıtılmasında en yaygın kullanılan biyolojik arıtma sistemi, aktif çamur prosesidir. Aktif çamur prosesi, keşfinden bugüne kadar birçok değişikliğe uğramış ve belirli karakterdeki atıksular için modifiye edilerek kullanılmıştır. Aktif çamur prosesinde atıksu içerisindeki organik maddenin bir kısmı, su ve karbondioksite dönüştürülerek ortamdan uzaklaştırılırken bir kısmı da “çamur” adı verilen bir yan ürüne dönüşmektedir.  Oluşan bu çamurun içerisindeki yüksek organik madde ve su içeriği nedeniyle doğrudan uzaklaştırılması mümkün değildir, arıtılması ve bertaraf edilmesi zorunludur. Çamur arıtımı ve bertarafı, çevresel yükümlülüklere uygun olarak gerçekleştirilmesi gereken yüksek maliyetli bir işlemdir. Biyolojik arıtma sistemlerinde çamur arıtma ve bertaraf maliyeti toplam işletme giderlerinin yaklaşık %50-60’ını oluşturmaktadır. Çamur miktarı aktif çamur sisteminin konfigürasyonu ve çamur bekletme süresi ile ilişkilidir. Genel olarak uygulanan çamur arıtma prosedürü çamurun aktif çamur sistemi çıkışında toplanarak yoğunlaştırma işlemi ile su miktarının azaltılması, sonrasında organik madde içeriğini azaltmak üzere stabilizasyon işleminin uygulanması ve susuzlaştırma işleminden geçirilerek nihai uzaklaştırma alternatiflerinden birine uygun hale getirmektir. Stabilizasyon aerobik veya anaerobik koşullarda yapılabilmektedir. Bu uygulama ayrı ya da proses sonrası çamur arıtımı olarak nitelendirilmektedir.  Çamur miktarının işletme giderlerini çok arttırmadan proses içerisinde azaltılmasına yönelik teknolojik yaklaşımların kullanımı operasyonel açıdan büyük önem taşımaktadır. Küçük aktif çamur sistemlerinde çamur stabilizasyonunun havalandırma havuzu içerisinde yapılması bu yaklaşımın basit bir uygulamasıdır. Geçmişte, kontakt stabilizasyon (KS), günümüzde ise oksik-çöktürme-anaerobik (OÇA) sistemler proses içi çamur arıtımı ve bertarafına yönelik olarak kullanılan sistemlerin başlıcalarıdır. Bu sistemlerde, özellikle çamur arıtımının proses dışı yapıldığı aktif çamur sistemlerinden farklı olarak, aynı hacim içerisinde çamur stabilizasyonu sağlanarak hem sistemin daha verimli çalışması sağlanır hem de daha az çamur üretimi sağlanır.  Bu tez çalışması ile proses içi çamur stabilizasyonunun çamur oluşumuna etkisinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Bu kapsamda evsel nitelikli atıksu ile beslenen oksik-çöktürme-anaerobik (OÇA) ve kontakt stabilizasyon sistemleri, AQUASIM yazılımı kullanılmak suretiyle günümüz modern çevre biyoteknolojisi modelleme yaklaşımı çerçevesinde değerlendirilmiştir.  Oksik-çöktürme-anaerobik (OÇA) sistemi konvansiyonel aktif çamur sisteminin bir modifikasyonudur. Atıksu öncelikle bir aerobik tankta havalandırılmakta ve sonrasında çöktürülmektedir. OÇA prosesinde çöktürme tankının üst fazı sistemden deşarj edilirken, çöken çamurun bir kısmı doğrudan aktif çamur sistemi geri devrini oluşturmak üzere havalandırma tankına geri devrettirilmekte, kalan kısmı da anaerobik stabilizasyona tabi tutulmaktadır. Anaerobik stabilizasyon havuzunda stabilize olan çamur ise yeniden havalandırma tankına beslenmektedir. OÇA sistemi çamur çıkışı olmayan bir sistem olarak işletilmektedir. Modelleme yaklaşımında aerobik olarak işletilen aktif çamur sisteminde oluşan çamurun stabilize edildiği anaerobik stabilizasyon sistemi kapsam dışında tutulmuş, bu sistemin çıkışından yapılan biyokütle geri devri aerobik reaktöre temsili aktif biyokütle girişi ile gösterilmiştir. Kontakt stabilizasyon hızlı işletilen aktif çamur sisteminin bir modifikasyonudur. Atıksu ilk olarak çok kısa süreli havalandırılan kontakt reaktörüne beslenmekte, daha sonra çöktürme tankına gönderilmektedir. Çöktürme tankının üst fazı sistemi terk ederken, çöken çamur yeniden havalandırılmak üzere stabilizasyon reaktörüne devrettirilmektedir. Burada stabilize edilen çamur yeniden kontakt reaktörüne geri beslenmektedir. Kontakt stabilizasyon prosesinin temel prensibi kontakt reaktöründe hızlı bir biyolojik arıtma ve adsorpsiyonun gerçekleşmesi, partiküler organik madde ve oluşan çamurun aerobik stabilizasyon reaktöründe giderilerek toplam çamur miktarının sistem bütününde azaltılmasının sağlanmasıdır.  Bu çalışma kapsamında konvansiyonel aktif çamur sistemi, oksik-çöktürme-anaerobik prosesi ve kontakt stabilizasyon prosesleri modelleme yaklaşımı çerçevesinde değerlendirilmiştir. Modelleme çalışmaları, belirtilen bu üç sistem için 6, 8, 10, 12 ve 15 gün çamur bekletme süreleri kullanılarak yürütülmüş, ve bu sistemler çamur üretimi açısından değerlendirilmiştir.  Konvansiyonel aktif çamur sistemi, çamur üretimi açısından karşılaştırma yapmak amacıyla incelenmiştir. Bu sistem 3350 m3 ve 2100 m3 olmak üzere iki farklı hacimde, hidrolik bekletme süreleri 8 saat ve 5 saat olacak şekilde çalıştırılmıştır. 8 saat, günümüzde bu sistem için yaygın olarak kullanılan hidrolik bekletme süresini yansıtırken, 5 saatlik hidrolik bekletme süresi sistemin limitasyonlarını görebilmek amacıyla kullanılmıştır. Gerekli geri devir ve atık çamur debisi her çamur yaşına uygun olarak hesaplanmıştır.  Konvansiyonel sistemden beklendiği üzere, çamur yaşının 6 günden 15 güne çıkması ile toplam çamur üretimi büyük bir ölçüde azalmıştır. Çamur yaşı 15 gün ile çalışan sistemin çamur üretimi en düşük seviyede olup, uzun havalandırmalı aktif çamur sistemine benzer şekilde çalıştığı saptanmıştır. Çamur yaşının 15 güne kadar çıkması, içsel solunum oranının baskın olmasından kaynaklanan en az çamur üretimini göstermektedir.  OÇA prosesinde çamur üretimi iki parametre ile değerlendirilmiştir: Bunlar çamur yaşı ve sistemin girişine beslenen aktif biyokütledir. OÇA prosesi, bu tez çalışması kapsamında konvansiyonel aktif çamur sisteminin prensipleri doğrultusunda modelleme için basitleştirilmiş, sistemin giriş akımına yapılan aktif biyokütle beslemesi ile değerlendirilmiştir. Bu basitleştirme, OÇA prosesinden çıkan fazla çamurun başka bir yerde stabilize olarak sistemin girişine geri döndüğü kabulüne dayanmaktadır. Bu sistem, hidrolik bekletme süresi 8 saat olan, 3350 m3 reaktör hacmi kullanılarak tasarlanmıştır. 6 ile 15 gün arasında değişen çamur yaşları için, sistemin girişine 50, 100, 150 ve 200 gr KOİ/m3 aktif biyokütle girişi yapılmış, üretilen çamur miktarları incelenmiştir. Değişen çamur yaşlarına uygun olarak geri devir ve atık çamur debileri belirlenmiştir.  OÇA sisteminin modelleme sonuçlarına göre, sisteme 200 gr hücre KOİ/m3 aktif biyokütle girişi ile çamur yaşı 8 gün ve sonrasında net çamur oluşumu negatif değerler almıştır. Sistemde biriken biyokütle sonucunda, içsel solunum seviyesinin çoğalma seviyesi ile karşılaştırıldığında büyük oranda artış gösterdiği saptanmıştır. Aynı etki, 150 gr hücre KOİ/m3 aktif biyokütle girişi ile çamur yaşı 10 gün ve sonrasında da sistem performansına yansıyarak, net çamur oluşumunun negatife düşmesine neden olmuştur. OÇA sistemi konvansiyonel sistem ile karşılaştırıldığında, toplam çamur üretimin önemli oranda azaldığı saptanmıştır. Çamur yaşının 6 günden 15 güne kadar çıkması ile sistemin girişine yapılan 50 ile 200 gr hücre KOİ/m3 aktif biyokütle beslemesi, toplam çamur oluşumun önemli ölçüde azalmasına hatta net üretimin negatife düşmesine sebep olmuştur.  KS sistemi; çok küçük bir hacimde çok kısa bir hidrolik bekletme süresine sahip, sadece çözünebilir substratın giderildiği bir kontakt tank ve çamur azaltımındaki olası etkilerini incelemek üzere geri devir hattında bulunan bir satbilizasyon tankından oluşmaktadır. Öncelikle, konsanviyonel sistemle işletme koşulları açısından karşılaştırma yapabilmek amacıyla higrolik bekletme süresi, 45 dakikası kontakt tanka ait olmak üzere toplam 8 saat olarak seçilmiştir. Reaktör hacimleri 300 m3 kontakt ve 3000 m3 stabilizasyon tankı olmak üzere toplam 3300 m3 olarak belirlenmiştir. İkinci modelleme, sistemin çamur üretim performansındaki değişkliği görmek üzere hidrolik bekletme süresi 5 saate indirilerek yapılmıştır. Toplam hidrolik bekletme süresi 30 dakika ve 4.5 saat olacak şekilde sırasıyla kontakt ve stabilizasyon tanklarına dağıtılmıştır.  Öncelikle iki farklı hidrolik bekletme ile KS prosesi çamur üretimi açısından karşılaştırılmıştır. Daha sonra, her iki KS konfigürasyonu çamur azalma oranının değerlendirilmesi amacıyla konvansiyonel sistem ile karşılaştırılmıştır. Toplam hidrolik bekletme süreleri 5 saat ve 8 saat olan KS prosesi, çamur üretimi bakımından 8 saatlik hidrolik bekletmeye sahip konvansiyonel sistem ile karşılaştırılmıştır. Değerlendirmede, reaktörde üretilen kütlenin klasik çöktürme tankında çökelemeyeceği öngörülerek 5 saat hidrolik bekletmeli konvansiyonel sistem dikkate alınmamıştır. Toplam çamur üretimi, başka bir deyişle çamur arıtma tesisinde daha fazla arıtılması gereken fazla çamur, 8 saatlik konvansiyonel sistem ile 8 saatlik ve 5 saatlik kontakt stabilizasyon sistemine göre yaklaşık olarak aynı oranda bulunmuştur. Konvansiyonel ve kontakt stabilizasyon sistemlerinde çoğunlukla aynı çamur miktarının bulunmasının nedeni, kontakt stabilizasyonda azaltılmış hacimde konsantrasyonun artması nedeniyle üretilen çamur miktarının aynı olmasıdır. Yani, hidrolik bekletme süresinin azaltılması, daha düşük hacimde partiküler maddenin daha konsantre olmasıyla, aynı miktarda çamurun üretilmesine neden olmuştur.  Gelecekte yapılacak çalışmalara öneri olarak, çamurun azaltımı yapan için aktif çamur sistemlerinin modifikasyonları, modelleme çalışmaları ile birlikte deneysel çalışmalarla desteklenebilir/geliştirilebilir.
  • Öge
    Antibakteriyel Özelliğe Sahip Ters Osmoz Membranların üretimi Ve Karakterizasyonu
    (Fen Bilimleri Enstitüsü, 2015-06-11) Yılmaz, Şeyma ; İmer, Derya Yüksel ; 10076022 ; Environmental Biotechnology ; Environmental Biotechnology
    Temiz ve içilebilir su kaynakları her geçen gün kirletilerek kullanılamaz hale  getirilmektedir. Bunun bir sonucu olarak Dünya üzerindeki mevcut tatlı su kaynakları  ihtiyaçları karşılayamayacak hale gelmektedir. Alternatif su kaynaklarına ilişkin  teknolojilere yönelinmesi su sıkıntısının etkilerinin azaltılmak için Dünya’da gittikçe  yaygınlaşmaktadır.Dünyadaki toplam suyun % 96’dan daha fazlasını tuzlu sular  oluşturmaktadır, tatlı su ise Dünya’daki suyun sadece %2.5’lik kısmını oluşturur ve  bunun çoğu buzullar ve buz tabakaları içerisinde donmuş haldedir.  Mevcut durum göz önünde bulundurulduğunda tuzlu sudan desalinasyon teknolojisi  ile ekonomik ve güvenli bir şekilde kullanma suyu elde edilebilmesi büyük bir avantaj  sağlamaktadır. Desalinasyon tesisleri Dünya’da 120’den fazla ülkede işletilmektedir  ve suyun üretim maliyeti genellikle enerji tüketimi, kullanılan ekipmanın,  membranların ve iş gücünün maliyeti ile orantılı olarak değişmektedir. Desalinasyon tesislerinden etkin bir sonuç alabilmek için çözülmesi gereken bazı  konular bulunmaktadır. Bunlardan birisi ve en önemlisi olan tıkanma problemleri,  membran filtrasyon sistemlerinin işletilmesi esnasında sorun teşkil etmektedir. Bu  problemi çözebilmek için çeşitli yollar ve yaklaşımlar geliştirilmekte ve  denenmektedir. Ters osmoz membranlarında meydana gelen biyotıkanma temel olarak  akıyı düşürmektedir. Akının düşmesi daha fazla enerji harcanması ve tuz tutunumunda  azalma gibi olumsuz etkiler göstermektedir. Bu sebeple oluşmadan müdahale etmek  biyotıkanmayı engellemek için en etkili ve iyi yol olarak düşünülmektedir. Müdahale  çeşitli şekillerde yapılabilmektedir. Bunlardan birisi de membranların üretimi  sırasında üretim materyallerine antibakteriyel maddelerin ilavesidir. İlave edilen  maddeler ile membran filtrelerin daha dayanıklı ve biyotıkanmaya dirençli olmaları  sağlanmakta, böylece kirlenme ve tıkanma oluşumunun en aza indirgenmesi  sağlanmaktadır.  Bu çalışma kapsamında; içme suyu eldesi amacıyla ters osmoz membran üretimi,  karakterizasyonu ve biyokirlenme özelliğinin iyileştirilmesi çalışmaları  gerçekleştirilmiştir. Çalışmanın amacı su temininde ileri teknolojilerin kullanılarak,  biyokirlenme performansında iyileştirme çalışmaları yapılması, membranların  özelliklerinin geliştirilmesi ve halen tümüyle dışa bağımlı durumda olduğumuz  membran sistemlerinin ülkemiz koşullarında üretilebilir hale getirilmesidir. Bu amaç  doğrultusunda ters osmoz membranları üretimi yapılmıştır. Deneylerin ilk aşamasında  destek tabakası ultrafiltrasyon düzeyinde evre dönüşümü yöntemiyle polisülfon (PSF)  polimeri ile farklı polimer çözeltileri hazırlanarak destek tabaka üzerine dökülerek  üretilmiştir. Membran üretiminde ilk olarak homojen dağılımı sağlanmış membran  çözeltisi cam yüzey üzerine belirli hacimde dökülmüş ve dökme bıçağı (casting knife)  sabit kalınlığa ayarlanarak bu çözeltinin üzerine yerleştirilmiştir. Ardından laboratuar  ölçekli dökme makinesinin gerekli ayarlamaları yapılarak belirlenen hızda cam  yüzeyinde polimer film oluşturulmuştur. Bu esnada oluşturulmak istenen membranın  özelliğine bağlı olarak polimer filmler belirli bir solvent buharlaşma süresinde  bekletilmişlerdir. Bu çalışmada buharlaşma süresi 10 sn. olarak sabit tutulmuştur.  Buharlaşmanın ardından polimer filmlerinin olduğu camlar destile suyun bulunduğu  koagülasyon banyosuna daldırılmışlardır. Bu esnada en az 5 dakika membranın  oluşması beklenmiş ve ardından oluşan membranlar destile suyun bulunduğu temiz bir  kaba aktarılmışlardır. Biyolojik büyümenin olmaması ve reaksiyona girmeyen polimer  veya solventin membrandan uzaklaşması için üretilen membranlar en az 1 hafta süre  ile +40C’de soğuk odada saklanmışlardır. Üretilen bu membranlarda başta geçirgenlik  deneyleri olmak üzere karakterizasyon çalışmaları yapılmıştır. Filtrasyon  performanslarından önce ilk olarak literatürde sıkıştırma deneyi olarak isimlendirilen  ön işleme tabi tutulmuştur. Bu işlemde, yüksek basınç altında membranların saf su ile  yıkanması sağlanmış ve bu esnada reaksiyona girmemiş polimer/ıslatıcı/solvent  kalıntılarının membranlardan yıkanması ve membran gözeneklerinin son halini alması  sağlanmıştır. Bu deneyin ardından klasik filtrasyon deneyleri sırayla  gerçekleştirilmiştir. Cihaz analizleri için membran numunelerinin hazırlanmasında  sıkıştırma ön işlemi yapılmayan membranlar kullanılmıştır. Membranlara temas açısı,  mekanik dayanıklılık testleri uygulanmış ve taramalı elektron mikroskobu, optik  profilometre, porometre, elektrokinetik ölçer kullanarak yüzey morfolojileri  tanımlanmıştır. Destek tabakası membranı olarak üretilen UF destek tabakasının yüksek basınçlara dayanıklı olması için süngerimsi yapıda olması yapılan çalışmalarla  optimize edilmiştir. Karakterizasyon testlerinin sonuçlarına bakıldığında %18PSF  %4.5PVP10 %1.5 PVP40 kullanılarak üretilen membranlar aktif tabakada kullanılmak  üzere destek tabakası olarak seçilmiştir. Deneylerin ikinci aşamasında ters osmoz  membranı için aktif tabakası üretim çalışmaları yapılmıştır. Aktif tabaka ince film  poliamid olarak ara yüzey polimerizasyon yöntemiyle üretilmiştir. Membranlara  antibakteriyel özellik kazandıracak, güçlü antibakteriyel özelliğe sahip bizmut  tiyollerden biri olan BisBAL maddesinin ilavesi aktif tabaka üretimi kısmında  gerçekleştirilmiştir ve antibakteriyel özelliği edinmesi amaçlanmıştır.Tez çalışmasının  son aşamasında membranların antibakteriyel özelliklerini belirlemek için İTU  Moleküler Biyoloji-Biyoteknoloji ve Genetik Araştırmalar Merkezi’ nden alınan E.  coli suşu ile çalışmalar yapılmıştır. BisBAL ilaveli membranların üzerinde, saf membranlara nazaran daha az büyüme görülmüştür. Antibakteriyel testler  karşılaştırmalı olarak incelendiğinde BisBAL ilaveli membranların antibakteriyel  özellik kazandığı ve BisBAL’ın etkili olarak ters osmoz membranlarında  kullanılabileceği görülmüştür.
  • Öge
    İleri Osmoz Membran Biyoreaktörün Atıksu Arıtım Performansı
    (Fen Bilimleri Enstitüsü, 2015-06-29) Ghasemzadeh Momen, Hajar ; Övez, Süleyman ; 10077456 ; Environmental Biotechnology ; Environmental Biotechnology
    Su sıkıntısı dünyamızın en kritik problemlerinden birisi olarak gün geçtikçe kendisini göstermektedir. Suya olan ihtiyaç gün geçtikçe artan nüfus ve azalan temiz su kaynaklarının azalması ile 21.nci yüzyılın en önemli problem olarak ortaya çıkmaktadır. Kullanılabilir yüzey sularının arıtımı ve tekrar kullanımı önemli hayati önem taşıyan konuların başında gelmektedir. Bu problem ilave olarak, suyun kontaminasyonu onun amacına uygun olarak kullanımında yeni problemler ve eksiklikler meydana getirmektedir. Bu problemin giderilmesi, suyun arıtılarak yeni teknolojilerin, metotların ve buluşların, örneğin ters osmoz ve membran biyoreaktör prosesleri gibi, su sıkıntısını gidermede kullanılması büyük önem taşımaktadır. Günümüzde membran teknolojilerdeki gelişmeler ile membranların atıksuyun tekrar kullanılmasında istenmeyen kirletici parametrelerin atıksudan uzaklaştırılmasında etkili ve verimli olarak kullanılabileceğini göstermektedir. Bu yeni uygulamalar içerisinde ileri osmoz membran biyoreaktör (Forward Osmosis Membrane Bioreactor, FO-MBR) ileri osmoz (FO) ile membrane biyoreaktör (MBR) proseslerinin bir karışımıdır ve bu tez çalışmasında kullanılmıştır. İleri osmoz doğal bir proses olarak konvansiyonel ters osmoz membran biyoreaktöre göre daha az enerji gereksinimi gösterir. Bu tez çalışmasında ozmotik basınç ile çalışan membran proses üzerine yoğunlaşılmıştır. İleri osmoz (FO) bir membran proses olup doğal osmozu kullanarak suyun az yoğun bir ortamdan daha yoğun bir ortama doğru oldukça seçici bir membrandan geçirerek taşınmasıdır. FO ile MBR proseslerinin bir karışımı olan FO-MBR prosesi daha az enerji ihtiyacı ve konvansiyonel ters osmoz membranlarına göre daha az tıkanma göstermesi bakımından bu çalışmada tercih edilmiştir. Ters osmoz suyu emme gücünü kullanarak taşımasına karşılık, FO-MBR suyu ileriye doğru osmozu kullanarak taşır ve membrandan geçirir. Suyun taşınması draw çözeltisinin (suyun taşındığı çözelti kısmı, çıkış suyu) konsantrasyonunun azalmasına neden olur. Draw çözeltisinin (çıkış suyunun) kalitesi istendiği seyrelme durumuna geldiğinde işlem amacına ulaşmış olmaktadır. Bu çalışmada ters osmoz çıktı çözeltisi FO sisteminde draw çözeltisinin yoğunlaştırılmasında kullanılmak aynı zamanda çıkış suyu çözeltisi içerisinde konsantrasyon azaltılarak istenilen kaliteye ulaşılmaktadır. Suyun yeniden kullanımında yeni uygulanan ileri ozmotik membrane biyoreaktör (FO-MBR) sisteminin taslak yapısı burada verilmektedir. Deneysel sonuçlar draw çözeltisinden aktif çamura doğru oldukça iyi kalitede çıkış suyuna ulaşılabildiğini ve katıların tersine difüzyonunun normal olarak sağlanmadığını göstermiştir. Bu çalışmada 50 mS/cm iletkenlik değerine sahip NaCl çözeltisi draw çözeltisi olarak, TFC-FO düz tabaka membranı FO bölümünde ve Filmtec Dow XLE 4440 RO membranı RO bölümünde kullanılmıştır. Laboratuvar ölçekli pilot FO-MBR sistemi 13 devir (cycle) işletilmiş ve her bir devirde 42 saat FO prosesi ve 2 saat RO prosesi olarak işletilmiştir. Burada herhangi bir atık veya süzüntü suyu çıkmaması önemli olup süzüntü suyu (permeate) tekrar RO sistemine döndürülerek sirküle edilmektedir. Burada amaç hem süzüntü suyu çıktısını önlemek hemde DS (draw solution) konsantre edilerek akının kendisine doğru osmoz ile yönlenmesi FO prosesinde tekrar kullanımı sağlanmakta ve böylece daha yüksek kalitede su temin edilmektedir. FO-MBR sistemi mikrobiyal çeşitliliği mikroskobik olarak izlenmiş ve tanımlanmıştır. Gram negatif ve gram pozitif bakterilerin sistemde baskın olduğu ve tuzlu ortamda hayatiyetlerini sürdürebildiği anlaşılmıştır. Aktif çamurda ayrıca ökaryotik hücrelerinde varlığı tespit edilmiş özellikle silli ve saplı protozoalar, nematodlar ve rotiferlerin sistemde bulunduğu izleme çalışmalarında görülmüşlerdir. Bu mikroorganizmaların 5-7 mS/cm iletkenlik değerlerinde yaşayabildiği, organik karbon, nitrat ve fosfatı yüksek verimlilikle arıtabildiği ölçülerek bulunmuştur. Bu organizmalara farklı ve geniş tuzluluk değerlerine dayanarak yaşayabildiklerinden geniş tuzluluk değerlerinde yaşayabilen mikroorganizmalar (euryhaline) denebilir. Aktif çamur içerisinde filamentli bakteriler ve filamentli mantar hücreleride tespit edilmiş özellikle Nostocoida limicola bakterisi ve bazı filamentli mantarlar seçici koşullarda sistemde gözlenmiştir. Aktif çamur floklarının yapısı oldukça düzgün, sıkı ve iyi çöken özelliklere sahip olduğu tespit edilmiştir. Yüksek iletkenlik değerlerinde flokların daha sıkı ve büyük olması membran porlarının üstüne bu flokların bir ağ gibi kapatması ve porların içinin biyolojik olarak tıkanmaya sebep olmamışlardır. Bu çalışma ile belirli seçilmiş koşullarda membran performansı FO çıkış suyu kalitesinin ölçülerek izlenmesi ve aynı zamanda biyoreaktördeki aktif çamur mikroorganizmaların yapısı, koşullara uyum ve adaptasyonu ve membranların tıkanmasına neden olan etkilerinin araştırılması hedeflenmiştir. Bu araştırma sonucunda FO-MBR sisteminin organik karbonun % 85’ini, fosfatın % 96’sını ve nitratın % 79’unu giderdiği bulunmuştur. Ayrıca FO membranının bu işletim koşullarında önemli bir biyolojik tıkanıklılık (biyofouling) belirtisi göstermediği yapılan membran analiz sonuçlarından anlaşılmıştır.
  • Öge
    Ön Arıtılmış Deponi Sızıntı Suyunda Mikroalg Büyütülmesi
    (Fen Bilimleri Enstitüsü, 2015-08-27) Metin, Umut ; Altınbaş, Mahmut ; 10085921 ; Environmental Biotechnology ; Environmental Biotechnology
    Günümüzde, modern Dünya’nın yüzleşmek zorunda olduğu en büyük sorunlar atıkların bertaraf edilmesi süreçlerinin sürdürülebilir kalkınma hedefini sağlanaması için gittikçe yetersiz hale gelinmesi vedurmadan artmaya devam eden enerji ihtiyacını karşılayacak uygun bir kaynağa sahip olunamamasıdır. Günümüzde içinde yaşadığımız çevrenin dengesinin korunarak sürdürülebilirliğin sağlaması, alıştığımız hayat tarzının devam ettirilebilmek için önemlidir. Bu sebeple doğal kaynakların korunması büyük önem teşkil etmektedir. Özellikle sınırlı su kaynaklarının korunması dikkat edilmesi gereken bir konudur. Bu sebeple hali hazırda kirlenmiş suların temiz su kaynaklarına doğrudan verilmemektedir. Kirlenmiş sular, başta içersindeki organik karbondan, bulanıktan, askıdaki katı maddedelerden, renkten, kokudan, azot, fosfordan ve ağır metalden arındırılmaktadır. Fakat her ne kadar organik karbon giderimi belli standartlara oturtulmuş olup neredeyse tamamen giderimi gerçekleştirilmesine rağmen, azot ve fosfor için böyle bir standarttan bahsetmek mümkün değildir. Azot ve fosfor giderimi 3. aşama arıtım olarak adlandırılmakta olup birçok artım tesisi bu gelişmişlikte olmadığı gibi olan tesislerde ise bu arıtım süreçleri karmaşık olup arıtım maliyetlerini yükseltmektedir. Biyoljik azot ve fosfor giderim sistemleri karmaşık olup, kimyasal giderim süreçleri ise daha farklı kirlenmelere sebep olabilmektedir. Bu maddelerin temizlenmeden alıcı ortamlara alınması ise alıcı ortamlarda ötrofikasyona sebep olmaktadır. Bunun sonucunda sınırlı su kaynakları kirlenerek hem içme ya da diğer amaçlar sebebiyle kullanılmasını engellemekte, hem de alıcı ortaın ekosistemini yok ederek bizi doğrudan ya da dolaylı olarak ekonomik kayba sebepolmaktadır. Dolayısyla bu maddelerin kirlenmiş sulardan daha etkili ve eknomik bir yöntem ile gideriminin yönteminin bulunması gerekmektedir. 2010 yılı verilerine göre Dünya enerji ihtiyacının %79,7'si fosil yakıtlardan sağlanmaktadır. 2011 yılı verilerine göre, tahminler eğer yeni bir kaynak bulunmadığı takdirde petrolün 35 yıl, doğalgazın 37 yıl, kömürün ise önümüzdeki 107 yıl içinde tükeneceğini göstermektedir. Tükenmeye yüz tutmuş bu kaynakların yerine yenisi konunması şarttır. Bu enerji açığının giderilebilmesi için yenilenebilir ve çevre dostu enerji kaynakları geliştirilmesi gerekmektedir. Ayrıca, fosil yakıt kullanımı atmosferde CO2 birikmesine, ve dolayısyla sera etkisine sebep olması ve bu etkinin iklim değişikline yol açması büyük bir sorun teşkil etmektedir. Yenilenebilir birçok farklı enerji kaynağı olmasına rağmen biyoyakıtlar üretilmesi için yüksek teknoloji gerekmemesi ve hali hazırda kullanımda olan sistemler değişikliğe gidilmeden ya da çok az değişiklik gerekterimesi sebebiyle diğer kaynaklardan 1 adım öne çıkmaktadır. Birçok farklı biyoyakıt tipi vardır. Bunlara örnek olarak biyohidrojen, bioyogaz, singaz, biyoethanol ya da diğer biyoalkoller, biyodizel veya yeşil dizel örnek verilebilir. Bu farklı kaynaklar 3 farklı grupta yoğunluklarına göre gaz biyoyakıtlar, düşük yoğunluklu (ve düşük moleküler ağırlıklı) sıvı biyoyakıtlar ve yüksek yoğunluklu (ve yüksek moleküler ağırlıklı) sıvı biyoyakıtlar olarak sınıflandırılabilir. Gaz biyoyakıtlar birim kütle başına en fazla enerji içeriğini sahip olmasına rağmen, depolamanın ve taşımanın sorunlu olması bunları biyoyakıtlar arasında ilk tercih olmasına engel olur. Düşük yoğunluklu sıvı biyoyakıtlar birim kütle başına üç tip biyoyakıt arasından en az enerji içeriğine sahip olması sebebiyle tercih edilebilirliğini azaltır. Yüksek yoğunluklu biyoyakıtlar hem birim kütle başına düşük yoğunluklu sıvı biyoyakıtlardan daha yüksek enerji sahip olması ve gaz biyoyakıtların doğasında olan sorunlara sahip olmaması sebebiyle, biyoyakıt çeşitleri arasından en tercih edilebilcek olandır. Yüksek yoğunluklu sıvı biyoyakıtlar arasından biyodizel en geniş kullanım alanı olan ve gelecek vaad eden bir yakıt türüdür.  Biyodizel, petrol kaynaklı  dizele eşdeğer olarak kullanılabilir bir yakıttır. Günümüzde, biyodizel günümüzde büyük çoğunlukla yağ içeriği yüksek kültür bitkilerinden elde edilir. Ayrıca mikroalgal ve selülozik bir biyokütleden de biyodizel üretimi vardır. Fakat bunlardan yapılan üretim daha çok pilot ölçekli olup, toplam biyodizel üretimi içindeki hacmi %1’den azdır. Yağ içeriği yüksek kültür bitkilerinin biyodizel üretiminde kullanılması yukarıda bahsedilen sorunlara çözüm olmasına rağmen yeni bir sorun ortaya çıkarmaktadır. Bu sorun, gıda kaynağı olabilecek olan kaynaklar yakıt olarak kulanılması sorunudur. Dahası Dünya genelinde sadece taşımacıklıkta kullanılan yakıta eşdeğer biyodüzel üretmek için Dünya’daki bütün tarım alanları bile yetersiz gelmektedir. Dolayısıyla yağ içeriği yüksek kültür bitkilerinin biyodizel üretiminde kullanılması karşılaştığımız sorunu çözmekte yetersizdir. Fakat, eğer biyodizel üretiminde mikroalgal biyokütlenin kullanılması durumunda bu sorun ortadan kaldırabilmekte, ayrıca mikroalglerin kültür bitkilerinden çok daha hızlı büyüme yeterliliğine sahip olması, yetişitirilmesinde verimli tarım alanlarına ihtiyaç duyulmaması, atık ve kirlenmiş sularda büyüyebilme yetenekleri gibi karakteristik sahip olduğu birçok faklı özellikten dolayı mikroalgal biyokütledenbiyodizel üretimini çok daha verimli hale getirmektedir. Bütün bu sahip olduğu avantajlara ve 1960’lardan beri süre gelen iyileştirme çalışmalarına rağmen, mikroalgal kütleden ekonomik olarak petrol kaynaklı dizelden ile rekabet edebilir biyodizel  üretimi gerçekleştirilememiştir. Bunun başarılamasının en asıl sebebi ise teknik olmaktan ziyade mikroalgal biyokütleden biyodizel üretim maliyetlerinin yüksek olmasıdır. 1960 yılınden beri yapılan çalışmalar göstermiştir ki hali hazırda birçok farklı etmenden kaynaklanan yüksek maliyet sorunu, sorunların sadece biri ya da bir kısmının çözülerek aşılamıyacağını göstermiştir. Bu maliyet sorununun çözülebilmesi  çözülmesi gereken sorunlar şöyle sıralanabilir. İlk olarak mikroalg üretim sürecinde besi yerinde kullanılcak besin maddelerinin daha ucuza temini ve yine mikroalg üretimin içinde gerçekleştiği fotobiyoreaktörin yüksek büyüme verimini yüksek olmayan maliyetler gerçekleştirilebilcek şekilde tasarımlanması  sağlanmalıdır. İkinci olarak biyodizel üretiminde kullanılacak mikroalgal biyokütlenin hasat ve yağ çıkarılması işlemlerinin, dahası bu yağın biyodizele dönüşümünü sağlayan transesterifikasyon maliyetlerinin düşürülmesi sağlanmalıdır. Üçüncü olarak, biyorafineri üretim modeli uygunlmalı yani düşük değerlikli bir ürün olan biyodizel üretimi yapılırken, mikroalglerin sentezlediği bilindiği birçok farklı yüksek değerlikli madde yağ hasadı yapıldıktan sonra  kalan biyokütleden katma değer üretme amacıyla bu yüksek değerlikli maddelerin saflaştırması gerçekleştirilmedilir. Dördüncü olarak ise tümleşik tesis yaklaşımın gerçekleştirimesi gerekmektedir. Yani, örneğin, mikroalg üretimi yapılırken, mikroalglerin büyümesi olan CO2 kaynağı tümleşik tesiste bulunan termik santralin baca çıkış gazından karşılanmalı, böylelikle besi yerinde kullanılcak besin maddedis olan CO2 elde edilmiş olacak iken,  aynı zamanda tesis baca filtreleme masrafların kurtulacak ve dolayı bu duruda biyodizel maliyetlerinin düşmesine katkıda bulunacaktır. Son olarak ise, mikroalglerin kendi doğalarından kaynaklanan  sınırlandırmalar genetik mühendisliği yöntemleri aşılarak çok daha verimli suş elde edilmesi gerekmektedir. Yukarıda değilen sorunla çözüm üretebilme amacıyla geniş kapsamlı bir çalışmanın ilk aşaması olarak Synechocystis sp. PCC 6803 alg türü değişik oranda seyreltilmiş ön arıtımı gerçekleştirilmiş sızıntı suyunda büyümesi gözlemlenmiş, kültürleme işleminin bitiminden sonra azot ve fosfor giderim oranları tespit edilmiştir. Burda besi ortamı olarak ön arıtılmış sızıntı suyu seçimiyle üretim sürecinde besi yerinde kullanılcak besin maddelerinin masrafsız temini sağlanmış, ayrıca bu kirlenmiş suda bulunan azot ve fosforun giderilmesi için yeni bir yöntem önerilmiş olmaktadır. Ayrıca, tümleşik tesis yaklaşımı çerçevesine uygun olarak hem biyodizel üretimi hem de atık giderimin gerçekleştirilip gerçekleştirilemiyeceği gözlenmesi amaçlanmıştır. Yüksek büyüme yeteneğine sahip, genetik haritası hali hazırda çıkartılmış, uyum sağlama yeteneği yüksek olan ve genetik müdahele için kullanılması gereken araçları iyi tanımlanmış Synechocystis sp. PCC 6803 türü suş iyileştirilmesi amacının daha kolay gerçektirilebilesine olanak sağladığı için seçilmiştir. Synechocystis sp. PCC 6803 türü %20, %40, %60, %80 ve %100 oranın derişimlerde ön arıtılmış sızıntı suyu içeren besi ortamlarında büyütülmüştür. Kültürlerimiz 32±2°C sıcklığında, içerisine 1 L/dk miktarında hava verilerek, 100-300 değerleri arasında değişen soğuk beyaz led ışık altında 24 saat kesintisiz aydınlatma altında 500 saat süreyle büyütülmüştür. Karıştırma, kültür içersine verilen havalandırmanın şiddetiyle sağlanılmıştır. Kültürler 1’lik erlenler içersinde büyütülmüş olup başlangıç kültür hacmi ise 500 ml’dir. Her farklı derişim 4’lü tekrar yapılarak çalışılmıştır. Büyüme 680 nm’de optik yoğunluk ölçülerek yapılmıştır. Her farklı derişim için optik yoğunluk-zaman grafiği çıkartılmıştır. Ayrıca, her farklı derişim için özgül büyüme hızı ve ikiye katlanma süresi hesaplanmıştır. Ayrıca “optik yoğunluk-toplam askıda katı madde (TAKM)” grafiğinden elde edilen değerler ile her bir besi yerinde üretien teorik TAKM değeri hesaplanmıştır. Ön arıtımı yapılmış sızıntı suyunun ve besi yerlerinin büyütmenin başlangıcında ve bitişinde olmak üzere karakterizasyonu yapılmıştır. Total kjeldahl azotu, amonyok azotu, ortofosfat, toplam askıda katı madde, uçucu askıda katı madde, pH ve alkanite değerleri hesaplanmıştır. Total kjeldahl azotu, amonyok azotu ve ortofosfat tayini standart yöntemler kullanılarak gerçekletirildi.  Yapılan çalışmaların sonuçlarına göre artan sızıntı suyu derişimi ile birlikte kültürlerde gözlmelenen büyümenin azaldığı gözlemlenmiştir. Seyreltilmemiş sızıntı suyunda (%100 derişim) ise büyümenin nerdeyse tamamen baskılandığı gözlemlenmiştir. Dolayısıyla bu derişimdeki ölçümler sonuçlara katılmamıştır. %20 derişimde en yüksek gözlemlenen OD680 değeri 1,816, %40 derşimde en yüksek gözlemlenen OD680 değeri 1,0893, %60 derşimde en yüksek gözlemlenen OD680 değeri 0,8146 ve %80 derşimde en yüksek gözlemlenen OD680 değeri 0,578’dir. %20 derişimde bulunan özgül büyüme hızı 0,00753 h-1 ve ikiye katlanma süresi ise 91,95 saat, %40 derişimde bulunan özgül büyüme hızı 0,008868 h-1 ve ikiye katlanma süresi ise 78,35 saat, %60 derişimde bulunan özgül büyüme hızı 0,00937 ve ikiye katlanma süresi ise 73,95 saat, ve %80 derişimde bulunan özgül büyüme hızı 0,014088 ve ikiye katlanma süresi ise 49,19 saattir. %20 derişimde gözlemlenen TKN giderim oranı %51,819, amonyak ozanı giderim oranı %28,855 ve organik azot giderim oranı ise 90,33’dir. %40 derişimde gözlemlenen TKN giderim oranı %44,57, amonyak ozanı giderim oranı %19,36 ve organik azot giderim oranı ise 86,85’dir. %60 derişimde gözlemlenen TKN giderim oranı %40,603, amonyak ozanı giderim oranı %14,88 ve organik azot giderim oranı ise 83,72’dir. %80 derişimde gözlemlenen TKN giderim oranı %20,196, amonyak ozanı giderim oranı %7,473 ve organik azot giderim oranı ise 41,53’dir. %20 derişimde gözlemlenen ortofosfat giderim oranı %94,88, %40 derişimde gözlemlenen ortofosfat giderim oranı %96,69, %60 derişimde gözlemlenen ortofosfat giderim oranı %89,22, ve %80 derişimde gözlemlenen ortofosfat giderim oranı %88,08’dir. Yapılan çalışmalrın sonuçlarına göre sonuçlara göre ön arıtıma tabi tutulmuş sızıntı suyunda gözlemlenen büyüme oranlı istenilen seviyede olmadığı gözlemlenmiştir. Yüksek fosfat giderimi gözlemlenmiştir. Fakat başlangıç fosfor derişim düşük olduğun gözlemlenen değerlerin yüksek olması beklenen bir durumdur. Yeterince büyüme olmadığı için tam olarak azot giderimi gerçekleştirilememiştir. Organik azot giderimin yüksek olmasının sebebi olarak ise heterotrofik büyümenin varlığı olduğu düşünülmektedir.