Zeytinyağı fabrikas ısıvı atığının Rhodotorula glutinis ve Debaryomyces hansenii maya ları ile biyoarıtımının incelenmesi
Investigation of the biological treatment of olive mill wastewater by Rhodotorula glutinis and Debaryomyces hansenii yeasts
Yazar: ALPER KARAKAYA
Danışman: PROF. DR. SERPİL TAKAÇ
Ankara Üniversitesi / Biyoteknoloji Enstitüsü / Temel Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology
Dizin: Biyolojik arıtma = Biological treatment ; Rhodotorula glutinis = Rhodotorula glutinis ; Zeytin karasuyu = Olive waste water

Özet:
Gerçekleştirilen yüksek lisans çalışmasında, zeytinyağı fabrikalarının sıvı atığı zeytin karasuyunun (ZK) arıtılarak özelliklerinin iyileştirilmesi için bir biyoproses geliştirilmesi amaçlanmıştır. Aromatik hidrokarbonları metabolize edebilen Rhodotorula glutinis ve halofilik Debaryomyces hansenii biyoproseste kullanılacak model mayalar olarak seçilmiştir. Tez kapsamında öncelikle her iki maya da ZK içeren besi ortamlarına adapte edilmiş ve R. glutinis'in karasu ortamında daha dayanıklı olduğu ve ortamın kirletici özelliklerini daha iyi giderdiği belirlenerek bu maya ile ileri biyoarıtım çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Bu kapsamda, R. glutinis'in kesikli ve sürekli sistemlerde çoğalması ve zeytin karasuyunun başlıca toplam fenol (TF) derişimi, kimyasal oksijen ihtiyacı (KOİ) ve pH'ını nasıl değiştirdiği izlenmiştir. Zeytin karasuyunun kesikli sistemde biyolojik arıtımında incelenen parametreler, karasuya uygulanan santrifüj ve sterilizasyon, ZK seyreltme oranı, çoğalmaya destek besi maddesi maya özütünün varlığı, azot kaynağı tür ve derişimi, başlangıç pH değeri, sıcaklık, karıştırma hızı ve zamandır. Kesikli sistemde elde edilen bulgular değerlendirilerek, zeytin karasuyunun kesikli-beslemeli ve sürekli işletmeler ile biyoreaktörde arıtımı da incelenmiştir. Çalışmalar sonucunda, R. glutinis'in uygun bir adaptasyon işleminden sonra seyreltilmemiş ZK ortamında çoğaldığı ve fenolik bileşenleri parçalayarak ortamın pH'ını artırdığı, TF derişimi ve KOİ'de azalma sağladığı belirlenmiştir. R. glutinis ile karasuyun biyoarıtımında en uygun kesikli işletim koşulları azot kaynağı olarak üre kullanımı ile yükseltilmiş başlangıç pH değeri, 30 °C ve 150 rpm'dir. Ayrıca maya özütünün, sterilizasyon ve santrifüjün biyoarıtım üzerine etkisi gözlenmemiştir. Toplam fenol parçalanması açısından en iyi koşullarda, zeytin karasuyunun TF içeriği %89, KOİ içeriği ise %18 giderilmiştir. Biyoarıtım sonucunda zeytin karasuyuna has keskin koku kaybolmuştur. Biyoreaktörde ise ortama ham ZK beslemesi ile sağlanan statik pH koşullarında kesikli-beslemeli ve sürekli işletimler ile arıtımlar yapılmıştır. Kesikli-beslemeli işletimde pH=8.0 statik koşulu süresince %19 TF giderimi sağlanmıştır. Bu süre sonunda pH kontrolü kaldırılan sistemde pH=8.3'e ulaştığı anda ise TF giderimi %80'dir. Sürekli beslemeli işletimde TF giderimi açısından (%89) en iyi koşul statik pH=9.35 olarak belirlenmiştir. Çalışmada ayrıca, R. glutinis zeytin çekirdeğine tutuklanarak karıştırmalı sistemde ZK arıtımında kullanılmıştır. Ham ZK kullanılarak zeytin çekirdekleri ile birlikte yapılan inkübasyonda 0.023 g hücre/g çekirdek tutuklama sağlanmıştır. Tutuklanan hücreler ile 30 °C ve 150 rpm koşullarında 68 st biyoarıtım sonunda 5.2 olan başlangıç pH'ı 8.3'e yükselerek hücresel aktivite ve biyoarıtım gerçekleştiği görülmüştür.

Abstract:
This study aimed at developing a bioprocess that remediates olive mill wastewater (OMW), which represents a severe environmental problem. Rhodotorula glutinis that metabolizes aromatic hydrocarbons and Debaryomyces hansenii that is a modetare halophile were used as model yeasts in the bioprocess. First of all, both yeasts were adapted to OMW medium before being employed in bioremediation. R. glutinis was found to be more resistant towards OMW medium and to provide higher degree of reductions in total phenol (TP) concentration and chemical oxygen demand (COD); therefore, further bioremediation experiments were performed with this strain. In this context, growth of yeast as well as the variations in the characteristics of OMW such as TP concentration, COD and pH were followed in batch, fed-batch and continuous systems. The effects of centrifugation and sterilization, dilution rate, the presence of nutrient supplement yeast extract, nitrogen source and concentration, initial medium pH, temperature, agitation rate and time were investigated with batch-wise experiments. It was found that R. glutinis was capable of surviving, decreasing TP and COD levels and increasing pH of undiluted OMW medium after an appropriate pre-adaptation period. The best bioremediation conditions for batch operation were found to be high initial medium pH provided by urea as nitrogen source, 30°C and 150 rpm. No effects of yeast extract introduced in the growth medium as well as sterilization and centrifugation on bioremediation process were observed. Under the best conditions for TP removal, 89% reduction in TP content and 18% reduction in COD level were achieved. Characteristic intense odor of OMW disappeared after bioremediation. According to the results of batch experiments, bioremediation was also carried out in bioreactors with fed-batch and continuous operations under static pH conditions provided by feeding undiluted OMW to the system. In the fed-batch operation performed at pH=8.0 static condition, %19 reduction in TP content was obtained. When medium pH of 8.3 was approached after switching off the pH control in the system, 80% removal of TP content was achieved. The highest removal of TP content (89%) was achieved at pH=9.35 static condition in the continuous system. In the study, R. glutinis cells were also used in bioremediation after immobilization on olive stones. Immobilization of the yeast was performed in undiluted OMW medium by incubation with olive stones and resulted in 0.023 g cells/g stone. After performing a bioremediation of undiluted OMW medium with immobilized cells in shake-flasks for 68 h, initial pH of 5.2 was increased up to 8.3 which was an indicator of cellular activity and bioremediation.