Investigating the methane production efficiency of single- and two-phase anaerobic digestion and population dynamics of a second-phase anaerobic digestion

Bu yüksek lisans tezinin amacı kesikli ve anaerobik ardışık kesikli reaktörlerde tek aşamalı ve iki-aşamalı anaerobik çürütmenin metan üretimi verimi üzerine etkisini araştırmaktır. Ayrıca, mikrobiyal populasyon dinamiği ve asetiklastik metan üreticilerin nicel değişiminin iki aşamalı anaerobik sistemin ikinci aşaması olan AAKR'de araştırılması da amaçlanmıştır. Kesikli Reaktör Seti- 1 ve Kesikli Reaktör Seti- 2 olmak üzere iki farklı kesikli reaktör deney seti kurulmuştur. Kesikli Reaktör Seti-1'in amacı, başlangıç sübstrat derişimin başlangıç mikroorganizma oranının (S/X0) metan üretim verimine etkisini araştırmaktır. Bu amaçla, başlangıç S/X0 oranı 0,5, 1, 2, 3, ve 4 g KOİ/g UAKM olan kesikli reaktörler kurulmuştur. Sonuçlar, en yüksek metan üretim veriminin (267 5 mL CH4/g KOİeklenen) ve anaerobik arıtılabilirliğin 1 g KOİ/g UAKM S/X0 oranında elde edildiğini göstermiştir. Bu sonuç, kullanılan anaerobik aşı çamurunun ve 1 g KOİ/g UAKM S/X0 oranının takip eden çalışmalar için de uygulanabilir olduğunu göstermiştir. Kesikli Reaktör Seti-2, tek-aşamalı AD ve iki-aşamalı AD'nin metan üretim verimlerinin karşılaştırılması amacıyla gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla, sukroz ve sübstrat olarak sukrozun kullanıldığı bir karanlık fermentatif ardışık kesikli reaktörün çıkış suyu (Tunçay, 2015) bu çalışmanın bir diğer sübstratı olarak kullanılmıştır. En yüksek metan üretim verimi ve metan yüzdesi, sırasıyla, 344 20 mL CH4/g KOİeklenen ve %83 olarak iki-aşamalı AD'nin ikinci aşamasında elde edilmiştir. İki-aşamalı AD, tek-aşamalı eşleniğine kıyasla %39 daha fazla metan üretim verimi sağlamıştır. AAKR çalışması, hidrolik bekletme süresi ve katı bekletme süresi'nin metan üretimi, ve archaeal ve bakteriyel popülasyon dinamiğine etkisini araştırmak amacıyla kurulmuştur. Popülasyon dinamiği, denaturant gradyan jel elektroforezi ile araştırılmıştır. Asetiklastik metan-üreticiler olan Methanosaeta ve Methanosarcina türlerinin değişen KBS ve HBS değerlerine göre nicel değişimleri de, eş zamanlı polimeraz zincir reaksiyonu analizleri ile araştırılmıştır. Bu amaçla, bir AAKR, KF-AKR çıkış suyu ile işletilmiştir. Sonuçlar, en yüksek ortalama metan üretim veriminin 343 17 mL CH4/g çKOİeklenen ile 20 gün KBS ve 6 gün HBS değerlerinde elde edildiğini göstermiştir. En yüksek ortalama metan üretim hızı ise 2362 mL CH4/L/gün ile, sırasıyla, 10 gün KBS ve 0,7 gün HBS'de gözlenmiştir. Methanosaeta concilii türü, archaea türleri içinde, çalışılan tüm HBS ve KBS kombinasyonları süresince (10- 20 gün KBS ve 0,7- 6 gün HBS) baskın tür olarak belirlenmiştir. Sekans analizlerinde gözlemlenmemiş olmasına rağmen, qPCR sonuçları tüm işletim süresince Methanosarcina türünün var olduğunu göstermiştir. Ancak, Methanosaeta, çalışılan tüm HBS ve KBS kombinasyonları için AAKR'yi domine etmiştir. KBS 20 gün iken, HBS'nin kademeli olarak 6 günden 0,7 güne düşürülmesi, Methanosaeta (9,5x1014'den 3,1x 1014 gen kopyası/g UAKM'ye) türünün derişiminin üç katı azalmasına, Methanosarcina türünün derişiminin ise beş kat artmasına (9,4x1012'den 5,1x 1013 gen kopyası/g UAKM'na) sebep olmuştur. Öte yandan, KBS'nin 20 günden 10 güne düşürülmesi, Methanosaeta and Methanosarcina türlerinin derişimlerinde herhangi önemli bir değişime yol açmamıştır.