Kesikli biyoreaktörde kısmi denitrifikasyon ile N2 O üretimi için ortam koşullarının optimizasyonu ve bakteriyel türlerin karakterizasyonu
Optimization of bioreactor conditions for N2 O production via partial denitrification and characterization of bacterial species
Yazar: OYA GÜRHAN
Danışman: DOÇ. DR. PINAR ERGENEKON
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Denitrifikasyon = Denitrification ; Nitröz oksit = Nitrous oxide

Özet:
İklim değişimine neden olan önemli faktörlerden biri insan faaliyetleri sonucu atmosfere salınan sera gazlarıdır. Son yıllarda dünyada ve Türkiye'deki sera gazı emisyonlarının izlenmesi ve azaltılması hususunda çalışmalar artmıştır. Başlıca sera gazlarından olan N2O gazı, CO2'den çok daha uzun ömürlü olup ısınma potansiyeli CO2'nin 310 katıdır. Adipik ve nitrik asit üretimi sırasında oluştuğu gibi atık su arıtma tesisleri gibi denitrifikasyonun gerçekleştiği süreçlerden sera gazı N2O salınımı olabilmektedir. Denitrifikasyon sırasında ortam parametrelerine göre, (karbon ve azot kaynağı, besi içeriği ile O2 konsantrasyonu gibi) kısmi denitrifikasyon meydana gelmesiyle denitrifikasyonun son ürünü azot gazı yerine N2O salınımında artış ve denitrifikasyon yapan bakterilerin çeşitliliğinde değişimler olduğu bilinmektedir. Bu tezin amacı denitrifikasyon sırasında salınan bir sera gazı olan N2O gazının üretimini zenginleştiren kısmi denitrifikasyon şartlarını ve bu şartlardaki bakteri profilini belirlemektir. Böylece azot kaynağı olarak nitrik oksit gazının veya nitrat/nitrit gibi gazların denitrifikasyon ile indirgenme proseslerinde üretiminin artırılması ve enerji üretimi amacıyla kullanılmasına yönelik verimli süreçler tasarlanması mümkün olabilecektir. Tez kapsamında uzun süre nitritle sentetik olarak beslenen biyoreaktörden aşılanan 100 ml'lik kesikli reaktörde düşük ve yüksek azot/karbon oranı ile farklı fosfat miktarlarında denitrifikasyon süreci izlenmiştir. Ortama salınan N2O ve N2 gazları GC/TCD ile ölçülmüştür. Farklı koşullarda beslenen kesikli reaktörlerden alınan denitrifikasyon bakterileri izole edilerek tanımlanmıştır. Yapılan kesikli biyoreaktör deneylerinde yüksek fosfat (100 mg/l) konsantrasyonu ile düşük C: N oranı N2O üretimini artırmıştır. Nitratla ve nitritle beslenen her iki C: N oranında Pseudomonas aeruginosa bakterisi teşhis edilen tek baskın tür olmuştur. Bu sonuçlar temelinde sürekli biyoreaktörde daha uzun süreli besleme ve farklı kaynaklardan aşılama ile kısmi denitrifikasyon şartları optimize edilip daha geniş bir bakteri çeşitliliği belirlenebilir.

Abstract:
One of the important factors that cause climate change is the greenhouse gases released into the atmosphere as a result of human activities. In recent years, efforts have been made to monitor and reduce greenhouse gas emissions in the world and in Turkey. N2O gas, which is one of the main greenhouse gases, has a life time much more than CO2 and also its warming potential is up to 310 times of CO2. Adipic and nitric acid production as well as denitrification processes taking place in the wastewater treatment plants are among the main ainthropogenic N2O sources. It is known that during the denitrification, epending on the environmental conditionss partial denitifcation can occur and cause changes in N2O emission instead of the end product of denitrification (N2 gas) and in the diversity of denitrifying bacteria. The aim of this thesis to specify the conditions of partial denitrification enriching the production of N2O gasduring the intended denitrification and the profile of the bacteria in these conditions. Thus, it would be possible to design efficient processes for increasing N2O formation and subsequent use for energy production by using nitric oxide gas or nitrate/nitrite as a nitrogen source in the denitrification involving systems.  In the thesis, denitrification process at low and high C:N ratio with different phosphate concentrations was observed in a 100 ml cut-off reactor, which was inoculated from  synthetically fed by nitrite for a long time for produced N2O and N2 gas concentrations from the reactor was determined by GC/TCD. Denitrification bacteria profile from cut-off reactors fed on different conditions have been identified by isolating them. In the batch bioreactor experiments the low C:N ratio with high phosphate (100 mg/l) concentration increased N2O production. Pseudomonas aeruginosa bacteria was identified as the only predominant species in both C:N ratios fed with  both nitrate and nitrite. Based on these results, the conditions of partial denitrification and diversity of denitrifiers can be further investigated in the continuous bioreactor systems inoculated from different sources.