Box-Behnken dizaynı ile maya endüstrisi atıksularından elde edilen MAP'in bitki besin elementi alımı üzerine etkisi
The effect of MAP produced from wastewaters of yeast industry through Box-Behnken design on nutrient element uptake of plant
Yazar: SİNAN DEMİR
Danışman: YRD. DOÇ. DR. AYLA UYSAL
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Ekmek mayası üretimi endüstrisi, Türkiye'de önemli bir endüstri dalıdır. Ekmek mayası endüstrisi çok çeşitli kirleticiler içermektedir ve genellikle yüksek kimyasal oksijen ihtiyacı (KOİ), toplam kjeldahl azotu (TKN), koyu renk ve biyolojik olarak parçalanmayan organik kirleticilerle karakterize edilmektedir. TKN içeriği anaerobik arıtma çıkışında amonyum azotuna (NH4-N) dönüşmektedir. Sonuç olarak, maya endüstrisi atıksuları anaerobik arıtma uygulandıktan sonra oldukça yüksek NH4-N içeriğine sahip olmaktadır. Bu sebeple, maya endüstrisi atıksularından NH4-N içeriğinin giderilmesi çevre kirliliğinin önlenmesi bakımından önem arz etmektedir. Bu çalışmada, maya endüstrisi anaerobik çıkış sularından magnezyum amonyum fosfat (MAP) çöktürmesi ile NH4-N içeriğinin MAP formunda geri kazanımı araştırılmıştır. Maya endüstrisi anaerobik çıkış suyundan elde edilen MAP çökeltisinin bitki büyümesi ve beslenmesi üzerine gübre etkisi kontrol, N ve NPK uygulamalarına göre değerlendirilmiştir. Optimum MAP formasyonu şartları, Box?Behnken dizaynı ile belirlenmiştir. Optimum durum, pH 9,0 ve Mg2+:NH4+:PO43- molar oranı 1,5:1:1 iken elde edilmiştir. Optimum koşullarda, %92,33 NH4+ ve %97,12 PO43- giderim verimleri elde edilmiştir. Bu şartlar altında, elde edilen MAP çökeltisinde, Cu hariç, ağır metal konsantrasyonları ölçüm limitinin altında kalmıştır. MAP çökeltisinin yüksek N, P ve Mg içeriği yanı sıra Ca, K, Na ve Fe besin elementlerini içerdiği EDX analizi ile belirlenmiştir. XRD analizi, çökeltide NaAl(SO4)2(H2O)12, NaMn2+Fe2(PO4)3 ve (Na2,Ca)O2(Fe,Mn)O.P2O5 kompleks yapılarını da belirtmiştir. NPK uygulamasına göre, MAP uygulamaları mısır ve domates bitkilerinin N, P, K, Ca ve Mg alımlarını artırmıştır. Farklı uygulamaların bitkilerin makro besin elementleri alımları üzerine etkisi istatistiki olarak önemli bulunmuştur (p<0,05). Yeterli beslenme ve optimum kuru ağırlık temini için, hem mısır hem de domates bitkisinde MAP×2 dozunun (5,71 g MAP/kg toprak) uygun olabileceği görülmüştür.
Anahtar Kelimeler: Amonyum azotu, ağır metal, besin elementi alımı, bitkibüyümesi, Box?Behnken dizaynı, geri kazanım, gübre, MAP çökeltisi, maya endüstrisi atıksuyu.

Abstract:
Baker`s yeast industry is an important industry in Turkey. Baker`s yeast industry effluents contain various pollutants and are generally characterized with high chemical oxygen demand (COD), total kjeldahl nitrogen (TKN), dark color and non-biodegradable organic pollutants. During the anaerobic degradation TKN is converted into ammonium nitrogen (NH4-N). Thus, the anaerobic effluent contains relatively high NH4-N even after anaerobic treatment of Baker`s yeast effluents. Therefore, NH4-N removal from Baker`s yeast effluents is of importance to prevent environmental pollution. In this study, ammonium recovery as MAP form of anaerobic effluents from Baker`s yeast industry by magnesium ammonium phosphate (MAP) precipitation was investigated. MAP precipitate obtained yeast industry anaerobic effluent was evaluated for fertilizer effect on plant growth and nutrition according to applications of N, NPK and control. Optimum MAP formation conditions were determined via Box?Behnken design. Optimum condition was obtained at pH 9.0 and Mg2+:NH4+:PO43- molar ratio of 1.5:1:1. At optimum conditions, 92.33% NH4+ and 97.12% PO43- removal efficiencies were achieved. Under these conditions, heavy metal concentrations in the obtained MAP precipitate (except Cu) were below the detection limits. In addition to high N, P and Mg content, energy-dispersive X-ray (EDX) analysis showed that the MAP also included the nutritional elements Ca, K, Na and Fe. X-ray diffraction (XRD) analysis revealed the complex structures of NaAl(SO4)2(H2O)12, NaMn2+Fe2(PO4)3 and (Na2,Ca)O2(Fe,Mn)O.P2O5 in the precipitate. According to NPK application, MAP applications increased N, P, K, Ca and Mg uptakes of maize and tomato plants. Different applications and MAP dosages significantly affected macro nutrient uptake by plants (p<0.05). For adequate nutrition and supply of optimum dry weight, MAP×2 dosage (5.71 g MAP/kg soil) was found appropriate for both maize and tomato plants.
Keywords: Ammonium nitrogen, Box?Behnken design, fertilizer, heavy metal,MAP precipitate, nutrient element uptake, plant growth, recovery, yeast industry wastewater.