Arthrospira platensis Gomont 1892 ve Chlorella vulgaris Beyerinck [Beijerinck] 1890 türlerinin nütrient giderim kapasitelerinin karşılaştırılması
Comparison of nutrient removal potential between Arthrospira platensis Gomont 1892 and Chlorella vulgaris Beyerinck [Beijerinck] 1890
Yazar: REZA REZAEI
Danışman: PROF. DR. AYDIN AKBULUT ; DOÇ. DR. SELİM LATİF SANİN
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Evsel atıksularda yüksek konsantrasyonda bulunan nütrient, doğal ortama deşarj edldiğinde sucul canlılar, özellikle balıklar için tehlikeli olabilir. Atıksuyun nütrient içeriğini gidermek için kullanılan yöntemlerden birisi mikroalglerle giderimdir. Giderim sırasında, mikroalgleratıksuda bulunan nütrientleri besin kaynağı olarak kullanılır ve ortamdaki nürient konsantrasyonunu düşürür. Bu çalışma, Arthrospira platensis Gomont 1892 ve Chlorella vulgaris Beyerinck [Beijerinck] 1890 türlerinin farklı koşullarda ve yapay atıksudan nütrient (N ve P) giderim kapasiteleri karşılaştırılmıştır. Tüm deneyler kesikli reaktörde, 30 °C sıcaklığında ve sürekli hava sağlanarak yapılmıştır. Ayrıca beyaz floresan lambalar kullanılarak 16:8 oranında ışık:karanlık süreleri ayarlanmıştır. Deney sırasında alglerin üremesini izlemek için günlük klorofil a ölçümü yapılmış ve kuru ağırlık karşılığı olan değeri hesaplanmıştır. Günlük olarak azotlu bileşikler ( NO3, NO2 ve NH4), PO4, Mg, Ca, F, Cl, Br, SO4, Na ve K konsantrasyon ölçümü yapılarak pH ve çözünmüş oksijen seviyeleri de belirlenmiştir. Düşük nütrient konsantrasyonunda (genel larak evsel atıksuda bulunan nütrient konsantrasyonu) hazırlanan yapay atıksuda her iki tür de dört gün içinde N ve P gerçekleştirmişler. Deneyin dördüncü gününde Arthrospira platensis türü 93.67% N ve 84.96% PO4 giderimi yaparken Chlorella vulgaris türü 90.83% N ve 95.9% PO4 giderimi yapmıştır. Başka bir deneyde alglerin yüksek nütrient konsantrasyonu içeren atıksudaki giderim kapasiteleri araştırılmıştır. Bu deney sırasında kullnılan atıksuyun nütrient konsantrasyonu normal atıksuyun 10 katı olacak şekilde hazırlanmıştır. Sonuçlara göre Arthrospira platensis altı günde giderim işlemini sona erdirmiştir ve Chlorella vulgaris ise onuncu gününe kadar arıtımı sürdürmüştür. Deneyin altıncı gününde Arthrospira platensis 77.4% N ve 35.77% PO4 giderimini gerçekleştirmiş. Chlorella vulgaris ise deneyin onuncu gününde 44.64% N ve 86.5% PO4 giderimi yapmıştır.
Alglerin pH tolere etme kabiliyeti üzerine yapılmış deney sonuçlarına göre Arthrospira platensis türünün üremesi pH 7 ve 9 aralığında istatistiksel olarak farklılık göstermemiştir. Bu sonuç Arthrospira platensis türünün verilen aralığa tolere ettiği anlamına gelmektedir. Chlorella vulgaris için de aynı pH aralığı elde edilmiştir. Fakat bu tür, pH'sı 10 olan solüsyonda diğer türe göre biraz daha fazla üreme göstermiştir.
Chlorella vulgaris türü daha yüksek pH'leri tercih etmektedir. Bu tür, pH 7 ve 9 arasında optimum büyüme göstermektedir.
Alglerin atıksu ortamına alışıklığının giderim sürecine olan tkisi de araştırılmıştır. Bu deney sonucuna göre ortama alışmış Arthrospira platensis düşük konsantrasyonlu atıksuyu iki günde arıtmıştır. Aynı koşullarda alışmış Chlorella vulgaris giderim işlemini üçüncü günde bitirmiştir. Başka deyişle alışmış Arthrospira platensis alışmamış Arthrospira pletensis'e göre iki gün ve alışmış Chlorella vulgaris alışmamış Chlorella vulgaris'e göre bir gün daha erken arıtım işlemini bitirmişlerdir. Alışmamış alglerle yapılan tüm deneylerde giderim sırasında atıksuyun pH'sı ciddi oranda artış göstermiştir. Bu artış alglerin üremesi üzerinde negatif ve nütrient giderimi üzerinde ise pozitif etki bırakmaktadır. Ayrıca çalışma sırasında pH artışı ve Mg ve Ca konsantrasyonları arasındaki ilişki araştırılmıştır. Sonuçlara göre pH artışı ve Ca konsantrasyonu arasında ilişki bulunmamaktadır. Yapılan regrasyon testine göre pH artışı ve Mg konsantrasyonundaki azalma arasında pozitif bir ilişki bulunmuştur.

Abstract:
The excess nutrient content of domestic wastewater causes serious problems for aquatic organisms, especially for the fishes. Algal nutrient treatment is one of the nutrient removal methods. During the removal process, the nutrient content of the wastewater was used as a nutrient source by the algae cells in their growth and reduce nutrient concentration of the medium. This study investigates the nutrient treatment potential of Arthrospira platensis Gomont 1892 and Chlorella vulgaris Beyerinck [Beijerinck] 1890 in the different conditions. All the experiments are carried out at 30 °C and continuous aeration. The 16:8 hours light/dark cycles are provided by the white florescent lamps. To monitor the growth of the algae, chlorophyll-a values have been measured at the period of days. Moreover, the concentration of nitrogenous compounds (NO3, NO2 and NH4), PO4, Mg, Ca, F, Cl, Br, SO4, Na, K and pH and dissolved oxygen have been measured. Nitrogen and phosphorus were treated at the four days in low concentration containing wastewater using two species. After four days, Arthrospira platensis removed 93.67% of the nitrogen and 84.96% of the phosphorus content of the wastewater. At the similar period Chlorella vulgaris removed 90.83% of the nitrogen and 95.9% of the phosphorus content of the solution. In the other experiment, the nutrient removal potential of two species are investigated in the wastewater with the high nutrient concentration. The wastewater used in this experiment is 10 times more concentrated than the previous one. According to the achieved results, Arthrospira platensis completed the removal process at six days, whereas Chlorella vulgaris continued the process until the experiment's final day (10 days). Until the sixth day Arthrospira platensis removed 77.4% of the nitrogen and 35.77% of the phosphorus content of the wastewater. On the other hand, Chlorella vulgaris treated 44.64% of the nitrogen and 86.5% of the phosphorus content of wastewater. In the results of pH tolerance experiment, the growth rate of Arthrospira platensis did not show any differences at the pH 7 to 9. Thus, it can tolerate this pH range. Based on the results, Chlorella vulgaris partially prefers the high pH values. This species can be grown at the pH 7 to 10 range. At the other experiment, the effect of acclimation to the wastewater environment is studied on the removal process. The results indicated that acclimated Arthrospira platensis can remove nutrient content at smaller period of time than the non-acclimated (e.g. 2 days for this case). At the similar conditions, Chlorella vulgaris treated it at three days. In all of the experiments, the pH of the solution was raising during the removal process. Increment in the pH can affect the growth of the algae negatively and removal percentages positively. Also, the relationship between the pH rise and Ca and Mg had investigated. According to the results, there is no statistical relationship between the pH rise and Ca concentration. But the relationship between the rise of pH and Mg removal has proven by a regression test.