Atıksu kullanılarak düz plaka fotobiyoreaktörde mikroalg 
kültivasyonu
Microalgae cultivation in flat plate photobioreactor using 
wastewater
Yazar: UZEYLE ELCİK
Danışman: PROF. DR. BESTAMİ ÖZKAYA
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Mikroalgler = Microalgae

Özet:
Fosil yakıtların hızla tükenmesi ve çevreye olumsuz etkileri sebebiyle alternatif ve çevre dostu enerji kaynakları giderek önem kazanmaktadır. Son yıllarda mikroalgal biyokütle özellikle biyodizel olmak üzere biyoyakıt üretimi için alternatif bir ham madde kaynağı olarak görülmektedir. Mikroalgler bünyelerinde yüksek miktarda lipit biriktirebilmeleri ve karasal bitkilere göre daha hızlı büyümeleri sebebiyle biyodizel üretimi için umut verici bir ham madde kaynağıdır. Ancak, mikroalgal biyokütleden biyodizel üretim maliyetleri hala oldukça yüksektir. 
Düşük maliyetli mikroalgal biyodizel üretimi için alternatif birçok yöntem sunulmuştur. Bu yöntemler içerisinde en önemlilerden bir tanesi mikroalg kültivasyonunda atıksuların kullanılmasıdır. Mikroalglerin atıksu kullanılarak kültivasyonu, atıksular içerisinde bol miktarda besin maddesi bulunması sebebiyle, besin maddesi kullanımı açısından maliyet tasarrufu sağlar. Bunun yanı sıra mikroalg kültivasyonunda atıksu kullanılması, inorganik kirleticilerin (amonyum, nitrat ve fosfat gibi) mikroalgal biyokütle içerisinde özümsenmesi ile, atıksuyun arıtılmasını sağlar.
Bu çalışmada düşük maliyetli biyodizel üretimi için mikroalg kültivasyonunda besin kaynağı olarak arıtılmış çöp sızıntı suyunun kullanılabilirliği ve atıksu içerisinde bulunan kirleticilerin mikroalgal hücreler tarafından giderilebilirliği araştırılmıştır.
Kültivasyon çalışmalarında tek hücreli mikroalglerden Chlorella vulgaris kullanılmıştır. Mikroalgal hücrelerin kültivasyonu özel olarak imal edilen düz plaka fotobiyoreaktörde farklı oranlarda hazırlanan arıtılmış çöp sızıntı suyu ile gerçekleştirilmiştir. Mikroalgal kültür ortamında belirli zaman aralıklarıyla optik yoğunluk, kuru ağırlık, NH4+-N, NO3--N ve PO4-3-P analizleri gerçekleştirlmiştir. Kültür ortamının pH, çözünmüş oksijen, sıcaklık, iletkenlik değerleri belirli zaman aralıklarıyla ölçülmüştür. Ayrıca, mikroalglerin spesifik büyüme hızları, ikilenme süreleri ve CO2 kullanım miktarları belirlenmiştir. 
Çalışma sonuçlarına göre en iyi mikroalgal büyüme %25 oranında hazırlanan arıtılmış çöp sızıntu suyu ile gerçekleşmiştir. %25 oranında hazırlanan atıksu ile yapılan çalışmada mikroalglerin spesifik büyüme hızı 0.095 gün-1, ikilenme süresi 7.29 gün ve CO2 kullanım miktarı 0.191 g CO2/L gün olarak belirlenmiştir.  
%25, %50 ve %100 oranlarında hazırlanan arıtılmış atıksularda mikrolgal hücrelerin azot giderim verimleri sırasıyla %28, %75 ve %8.5 olarak analiz edilmiştir. Aynı oranlarda mikroalgal hücrelerin fosfor giderme verimleri sırasıyla %95, %47 ve %2.5'dir.  
Çalışma sonuçları, arıtılmış çöp sızıntı suyunun mikroalg kültivasyonunda kullanılabilirliğinin uygun olduğunu göstermiştir. Bununla birlikte arıtılmış çöp sızıntı suyunda bulunan yüksek konsantrasyonlardaki amonyumun mikroalgal büyümeyi yavaşlattığı belirlenmiştir.

Abstract:
Due to the rapidly depletion of fossil fuels and their the adverse environmental impacts, alternative and environmentally friendly energy resources becomes increasingly important. In recent years, microalgal biomass has been recognized as a alternative source of raw material in biofuel production especially for biodiesel. Microalgae are a promising raw material source for biodiesel production due to their ability to accumulate high amounts of lipids and faster growth compared to terrestrial plant. However, biodiesel production costs from microalgal biomass are still quite high. 
Low cost alternative methods for microalgal biodiesel production has been presented. One of the most important of these methods is the use of wastewater in microalgae cultivation. The cultivation of microalgae using wastewater saves cost of nutrients supplement since nutrients are in abundance in wastewater. Besides that wastewater usage for microlgae cültivation provides the treatment of the wastewater by assimilating inorganic pollutants (such as ammonium, nitrate and phosphate) into their biomass.
In this study, the availability of treated landfill leachate as a nutrient source in microalgae cultivation for low-cost biodiesel production and the treatability of pollutants in wastewater by microalgal cells were investigated.  
Chlorella vulgaris from unicellular microalgae was used in cultivation studies. Cultivation of microalgal cells was carried out in specially manufactured flat-plate photobioreactor with treated landfill leachate prepared in different proportions. In the microalgal culture medium, optical density, dry weight, NH4+-N, NO3--N and PO4-3-P analysis were periodically performed. pH, dissolved oxygen, temperature and conductivity values of the culture medium were measured at certain time. Furthermore, the specific growth rate, doubling time and the amount of CO2 usage of microalgae were determined.
According to study results, the best microalgal growth happened with contains 25% of treated landfill leachate. In the study prepared with 25% of the wastewater, specific growth rate, doubling time and the amount of CO2 usage of microalgae were determined 0.095 day-1, 7.29 day and 0.191 g CO2/L day, respectively.
Nitrogen removal efficiencies of the microalgal cells in 25%, 50% and 100% of treated landfill leachate were analysed as 28%, 75% and 8.5%, respectively. In the same proportions, phosphorus removal efficiency of microalgal cells are 95%, 47% and 2.5%, respectively.
Study results showed that the availability of treated landfill leachate in microalgae cultivation is suitable. However, the inhibition of microalgal growth was determined at high ammonium concentrations in the treated landfill leachate.