Mikroalgal batık membran fotobiyoreaktör ile biyokütle üretimi ve nütriyent giderimi
Biomass production and nutrient removal by using micoalgal submerged membrane photobioreactor
Yazar: ALPER SOLMAZ
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA IŞIK
Aksaray Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Membranlar = Membranes ; Mikroalgler = Microalgae

Özet:
Bu çalışmada mikroalgal batık fotobiyoreaktörde (mbMfBR) karışık mikroalg kültürü ve 0,45 µm hollow fiber (HF) membran ile atıksudan nütriyent giderimi ve biyokütle üretimi incelenmiştir. Sentetik atıksuda 24 saat hidrolik bekletme süresi (HBS) sabit tutularak 3, 6, 12 ve 24 günlük çamur yaşlarında (ÇY) çalışılıp optimum ÇY belirlenmiş ve ayrıca bu ÇY'de 48, 60 ve 72 saatlik HBS'ler çalışılarak optimum HBS belirlenmiştir. Belirlenen optimum şartlarda gerçek atıksu ile çalışılmalar yapılmıştır. Tüm çalışmalarda hacimsel mikroalg üretim verimleri ve nütriyent giderim hızları belirlenmiştir. Ayrıca üretilen biyokütlenin yağ ve protein içeriği saptanmış ve her bir çalışmanın belirli zamanlarındaki baskın kültürlerin tayinleri yapılmıştır. Buna göre sentetik atıksuda optimum değerler ÇY 3 gün ve HBS ise 24 saat olarak tespit edilmiştir. Bu çalışmada kararlı şartlarda askıda katı madde (AKM) ve klorofil-a derişimleri sırasıyla 354 mg/L ve 11,54 mg/L olarak ölçülmüştür ve hacimsel mikroalg üretim hızı ise 0,118 gr/L-gün olarak hesaplanmıştır. Giderim hızları ise toplam azotta (TN) 5,55 mg/L-gün, fosfat fosforunda (PO4-P) 0,40 mg/L-gün olarak bulunmuştur. Ayrıca kararlı şartlarda %45-50 civarında Chaetophora sp., %45-50 civarında Navicula sp. gözlemlenmiş ve kuru biyokütledeki yağ oranı %8,90, protein oranı ise %30 olarak ölçülmüştür. Gerçek bir arıtılmış evsel atıksuda ise nütriyent giderim hızları TN ve PO4-P'de sırasıyla 1,37 mg/L-gün ve 0,40 mg/L-gün olarak bulunmuştur. Hacimsel mikroalg üretim hızı ise 0,037 gr/L-gün olarak bulunmuş ve biyokütlede %14,33 oranında yağ ve %32,2 oranında protein ölçülmüştür. Bu sonuçlara göre, bu çalışmada membranlar sayesinde reaktördeki biyokütlenin kaçışı engellenerek yüksek derişimlere ulaşılabilmiştir. Ayrıca karışık mikroalg kültürü ile elde edilen biyokütle verimlerinin ve nütriyent giderim hızlarının tek tip kültüre nazaran kabul edilebilir nitelikte olduğu ortaya konulmuştur. Diğer taraftan elde edilen kuru biyokütlede yapılan protein ve yağ analizi ile ham besin ya da alternatif biyoyakıt ürünleri için (biyodizel, etanol, biyoelektrik, hidrojen, metan vs.) karışık mikroalg kültürünün potansiyeli gelecekteki araştırmacılar için bilgi kaynağı olacaktır.

Abstract:
In this study, nutrient removal and biomass productivity from wastewater with mixed microalgae culture and 0.45 µm hollow fiber (HF) membrane were investigated at microalgae submerged membrane photobioreactor (msMpBR). 24 hours of hydraulic retention time (HRT) was kept constant and 3, 6, 12 and 24 days of sludge retention time (SRT) were studied and optimum SRT was determined by synthetic wastewater and also 48, 60 and 72 hours of HRT were studied in this SRT to determine the optimum HRT. The real wastewater has been studied with the optimum conditions. Volumetric microalgae production efficiency and nutrient removal rates were determined in all studies. In addition, the lipid and protein content of the produced biomass was determined and the predominant cultures at set times of each study were determined. According to this, the optimum values in synthetic wastewater were determined as 3 days of SRT and 24 hours of HRT. In this study, mixed liquid suspended solids (MLSS) and Chlorophyll-a concentrations in stable conditions were measured as 354 mg/L and 11.54 mg/L, respectively, and the volumetric microalgae production rate was calculated as 0.118 gr/L-day. Removal rates were found to be 5.55 mg/L-day in total nitrogen (TN) and 0.40 mg/L-day in phosphate phosphorus (PO4-P). In addition, in stable conditions approximately 45-50% Chaetophora sp. and 45-50% Navicula sp. were observed and lipid ratio was 8.90% and protein ratio was 30% in dry biomass. In real treated domestic wastewater, nutrient removal rates were found to be 1.37 mg/L-day and 0.40 mg/L-day in TN and PO4-P, respectively. The volumetric microalgae production rate was found to as 0.037 gr/L-day and %14.33 lipid and 32.20% protein were measured in dry biomass. According to all these results, in this study, high concentrations were achieved by preventing the escape of biomass in the reactor. In addition, obtained biomass yields and nutrient removal rates by mixed microalgae culture were found to be acceptable compared to one type culture. On the other hand, the potential of mixed microalgae culture for dry biomass protein and oil analysis and raw food or alternative biofuel products (biodiesel, ethanol, bioelectric, hydrogen, methane etc.) will be a source of information for future researchers.