Çeşitli hidroliz bakterilerine kimyasal mutajen uygulamalarının metan üretim verimlerine etkilerinin belirlenmesi
Determination of the effects of chemical mutagen applications on methane production efficiencies to various hydrolysis bacteria
Yazar: RIFAT YILDIRIM
Danışman: PROF. DR. İSMAİL TOSUN ; PROF. DR. KAMİL EKİNCİ
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Biyogaz = Biogas ; Etil metan sulfonat = Ethyl methane sulphonate ; Metan = Methane ; Tank reaktörler = Tank reactors

Özet:
Biyoetanol, biyogaz, biyodizel vb. biyoyakıt elde edilme potansiyeli olan organik atıklar, artan enerji taleplerini karşılamak için kullanılan önemli bir yenilenebilir enerji kaynağıdır. Biyogaz, bu biyoyakıtlar arasında yer alan ve biyokütlenin anaerobik madde fermantasyonu sonucunda elektrik üretiminde kullanılabilen bir gaz karışımıdır. Organik içerikli atıklardan enerji üretimi gerçekleştirilmesi ile, katı atık depolama alanlarındaki fazla yük oluşturan organik atıkların miktarı azalmakta ve bu atıklardan ekonomik açıdan gelir sağlanmaktadır. Bu amaçlar doğrultusunda işletilen biyogaz tesislerinin üretim maliyetlerinin düşürülmesi için, proses süresinin kısaltılması ve/veya oluşan biyogaz içindeki özgül metan miktarının artması gereklidir.
Bu çalışmanın amacı, sürekli karıştırmalı tank reaktör (CSTR) sisteminden izole edilen mikroorganizmaların kimyasal mutajenler yardımıyla enzim üretim verimlerinin artırılması ve enzim üretim verimleri artırılan bu mikroorganizmaların biyogaz sistemine ilavesi ile mevcut biyogaz tesislerinden elde edilen biyogaz hacminin ve metan miktarının artırılmasıdır. Bu kapsamda, izole edilen mikroorganizmalara mutajen olarak MNNG, EtBr, EMS, Nitrik Asit ve Fosforik Asit kimyasalların uygulaması yapılmış ve enzim üretim verimlerinin artışları kıyaslanmıştır. Ardından, 3 Ana bakteri ve 5 ayrı kimyasal (Fosforik Asit, MNNG, EMS, EtBr ve Nitrik Asit) muamelesi sonucunda elde edilen suşlar ile birlikte toplam 18 ayrı bakteri suşu (Ana ve Mutant Bakteriler) kullanılarak BMP ve CSTR sistemlerinde bu bakterilerin biyogaz proseslerine etkileri araştırılmıştır.
Çalışmalar sonucunda; uygulanan mutajen kimyasalların enzim üretimlerine etkisinin olduğu ortaya çıkmıştır. Bazı suşlarda bu etki olumsuzken, bazılarında ise olumlu şekilde kendisini göstermiştir. BMP denemelerine başlamadan önce sistemin güvenilirliği, yapılan ön deneme ile test edilmiştir. Elde edilen veriler, Tukey testi ile analiz edilmiş ve ana denemeye başlanmıştır. Ana BMP denemelerinden alınan ölçümlerde, Saman-Ana bakterisi %15,95, Saman-MNNG bakterisi %19,35 ve S-EMS bakterisi %16,80 oranlarında artış göstermiştir. 
CSTR sisteminde ana denemeye geçilmeden önce (BMP denemesinde olduğu gibi) ön bir deneme yapılmıştır. Ön deneme sonucunda, reaktörlerden elde edilen özgül metan verileri arasında ortalama %0,45 farklılık olduğu tespit edilmiş ve bu verilere Tukey testi uygulanarak CSTR denemeleri başlatılmıştır. Bu bakterilerin etkilerinin görülebilmesi için CSTR sistemi, HRT:20 gün olacak şekilde 3 HRT (60 gün), başlangıçtan itibaren ise aralıksız 153 gün boyunca işletilmiştir. 
CSTR denemeleri sonucunda, bakteri ilavesi ile biyogaz hacmi ve özgül metan miktarı artmış olup, bu artış kümülatif metan miktarları bazında Ana Bakterinin ilave edildiği reaktörlerde %6,55 ve Mutant bakterili reaktörlerde %8,48 oranında gerçekleşmiştir. Bu durum, enzim verimleri artırılmış mutant bakterilerin biyogaz sistemine ilave edilmesinin, ana bakteri ilavesinden daha yararlı olduğu sonucunu ortaya çıkarmıştır. Ayrıca, kimyasal mutajen kullanılarak enzim üretim verimlerinin artırılabilmesinin mümkün olduğu kanıtlanmıştır.

Abstract:
Bioethanol, biogas, biodiesel etc. Organic wastes, which have the potential to obtain biofuels, are an important renewable energy source used to meet increasing energy demands. Biogas is a gas mixture among these biofuels that can be used in electricity production as a result of anaerobic fermentation of biomass. With the realization of energy production from wastes with organic content, the amount of organic wastes that create excess load in solid waste storage areas is reduced and economic income is provided from these wastes. In order to reduce the production costs of biogas plants operated for these purposes, it is necessary to shorten the process time and/or increase the specific methane amount in the biogas generated.
The aim of this study is to increase the enzyme production efficiency of microorganisms isolated from the continuous stirred tank reactor (CSTR) system with the help of chemical mutagens and to increase the biogas volume and methane amount obtained from the existing biogas plants by adding these microorganisms with increased enzyme production efficiency to the biogas system. In this context, MNNG, EtBr, EMS, Nitric Acid and Phosphoric Acid chemicals were applied to the isolated microorganisms as mutagens and the increase in enzyme production efficiency was compared. Then, the effects of these bacteria on biogas processes in BMP and CSTR systems by using a total of 18 different bacterial strains (Main and Mutant Bacteria) together with the strains obtained as a result of the treatment of 3 main bacteria and 5 different chemicals (Phosphoric Acid, MNNG, EMS, EtBr and Nitric Acid). has been researched.
As a result of the studies; It has been revealed that the applied mutagenic chemicals have an effect on enzyme production. While this effect was negative in some strains, it showed itself positively in others. Before starting the BMP trials, the reliability of the system was tested with the preliminary trial. The obtained data were analyzed with the Tukey test and the main experiment was started. In the measurements taken from the main BMP trials, Straw-Ana bacteria increased by 15.95%, Straw-MNNG bacteria by 19.35% and S-EMS bacteria by 16.80%.
In the CSTR system, a preliminary trial was conducted before the main trial (as in the BMP trial). As a result of the experiment, it was determined that there was an average of 0.45% difference between the data obtained from the reactors and CSTR trials were started as a result of the test by applying the Tukey test. In order to see the effects of these bacteria, the CSTR system was operated for 3 HRT (60 days) as HRT: 20 days, and for 153 days continuously from the beginning.
As a result of the CSTR trials, the biogas volume and specific methane amount increased with the addition of bacteria, and this increase was 6.55% in the reactors where the Mother Bacteria was added and 8.48% in the reactors with mutant bacteria, on the basis of cumulative methane amounts. This situation revealed that the addition of mutant bacteria with increased enzyme yields to the biogas system is more beneficial than the addition of the main bacteria. In addition, it has been proven that it is possible to increase enzyme production efficiencies by using chemical mutagens.