Ekolojik yakıt hücresi entegre yapay sulak alan sistemlerinde bitkilerin biyoelektrik üretme ve atık su arıtma performanslarına etkisinin araştırılması
Investigation of the effect of ecological fuel cell integrated artificial wetland plants on bioelectricity production and wastewater treatment performance
Yazar: ÇAĞDAŞ SAZ
Danışman: PROF. DR. CENGİZ TÜRE ; DR. ONUR CAN TÜRKER
Anadolu Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Biyoloji = Biology

Özet:
Bu çalışmada, mikrokozm ölçekli tasarlanmış yapay sulak alan entegre ekolojik yakıt hücresi modülleri içerisindeki bitki örtüsünün atık suyun arıtım sürecine etkisi ve biyoelektrik üretim potansiyellerinin belirlenmesi amaçlanmaktadır. Çalışma için arazi koşulları altında farklı türde bitki türlerine (Typha latifolia L., Typha angustifolia L. (Typhaceae), Phragmites australis (Cav.) Trin. ex Steud. (Poaceae), Juncus gerardii Loisel. subsp. gerardii (Juncaceae) ve Carex divisa Hudson. (Cyperaceaea))sahip iki tekrarlı olarak 4 adet bitkili ve 1 adet bitkisiz kontrol modülü olmak üzere 5 adet (toplamda 10 adet) YSA-EYH modülü kurulmuş ve araştırmalar bu modüller üzerinden gerçekleştirilmiştir. YSA-EYH modülleri üzerinde 88 gün boyunca gerçekleştirilen biyoremediasyon ve biyoelektrik üretim potansiyeli deneyleri sonucunda, bitkili YSA-EYH modüllerinin bitkisiz YSA-EYH modülüne kıyasla daha yüksek arıtım verimliliğine sahip olduğu ve bitkili YSA-EYH modüllerinde ortalama KOİ, NH4+ ve toplam fosfor arıtım verimliliği sırasıyla, % 85-88, % 95-97 ve % 95-97 arasında değiştiği bulunmuştur. Bununla birlikte, en yüksek NO3- giderimi (% 63), bitkisiz kontrol modülünde olduğu saptanmıştır. Modüllerin ortalama çıkış voltajı, güç yoğunluğu ve kolumbik verimliliği sırasıyla 1,01±0,14 V, 7,47±13,7 mWatt/m2 ve % 8,28±10,4 olan Typha angustifolia bitkisine sahip yapay sulak alan ekolojik yakıt hücresi modülünde tespit edilmiştir. Sonuçlar, YSA-EYH matrisinde bitki örtüsünün varlığının arıtım verimliliği ve biyoelektrik üretimi için yararlar sağladığını göstermektedir. Ayrıca, organik bileşiklerin biyolojik olarak parçalanmasından sorumlu olan ve anottan, katotta doğru elektron akışını katalize olan mikrobik etkenleri arttırdığını tespit edilmiştir. Sonuç olarak, bu tür sulak alan sistemleri tasarlayacak mühendislerin, arıtım verimliliğini ve biyoelektrik üretimini en üst düzeye çıkarmak için YSA-EYH modülünde bitkili yapay sulak alan ekolojik yakıt hücresi dizayn etmeleri önerilmektedir.

Abstract:
In this study, it is aimed to determine the bioelectrical production potential and the effect of the plants cover on the treatment process of wastewater in the microcosm scale constructed wetland integrated ecological fuel cell modules. For the study under the terrain conditions, 4 modules with different plants(Typha latifolia L., Typha angustifolia L. (Typhaceae), Phragmites australis (Cav.) Trin. ex Steud. (Poaceae), Juncus gerardii Loisel. subsp. gerardii (Juncaceae) and Carex divisa Hudson. (Cyperaceaea)) and 1 unplanted control module with 2 repeats (totaly 10 modules) have been designed. Experiments were carried out in these modules. Potential experiments of bioremediation and bioelectric production continued for 88 days. As a result, it has been determined that planted CW-EFC modules have higher treatment efficiency than unplanted control module. The average COD, NH4+ and total phosphorus removal efficiencies in planted CW-EFC modules were found to be 85-88 %, 95-97 % and 95-97 %, respectively. However, the highest NO3- removal (63 %) was found to be in the unplanted control module. The average output voltage, power density, and coulombic efficiency of the modules were determined in CW-EFC modules with Typha angustifolia of 1.01±0.14 V, 7.47±13.7 mWatt/m2 and 8.28±10.4 %, respectively. The results show that the presence of plant cover in the CW-EFC matrix provides benefits for the yield efficiency and bioelectric production. It has also been found that organic compounds are responsible for the biodegradation and increase the microbial agents that catalyze electron flow towards to the anode. As a result, engineers designing such wetland systems are advised to design a constructed wetland ecological fuel cell in the CW-EFC module to maximize the treatment efficiency and bioelectricity production. As a result, engineers who design such wetland systems need to maximize the efficiency of their treatment and bioelectric production, it is recommended that the CW-EFC module design a planted constructed wetland ecological fuel cell.