Atıksu arıtma tesisi ile entegre sürdürülebilir mikroalg biyokütle üretimi

Mikroalgler; algal biyodizel, yüksek değerli ürünler, gübre veya endüstriyel kimyasalların üretiminde kullanılabilecek önemli potansiyele sahip organizmalardır. Özellikle atıksuyun besin kaynağı olarak kullanımıyla elde edilen algal biyodizel, yenilenebilir ve karbon nötr olması nedeniyle üretimi giderek önem kazanmaktadır. Atıksu ile mikroalg üretimi konusunda yapılan literatürdeki çalışmaların çoğu, mikroalgin kültür ortamının yetiştirilme şartlarının optimize edilmesi veya mikroalgelerin kısa dönem deney periyodlarında büyüme ve besin giderim kapasitelerinin belirlenmesine odaklanmıştır. Bu çalışmanın amacı 90 günlük bir çalışma periyodunda, kullanılan atıksuyun sterilize edilmeden ve filtre edilmeden, sürdürülebilir mikroalg biyokütle üretimini sağlamaktır. Bu çalışmada, üçüncül arıtma çıkış suyu ve anaerobik çürümüş çamur susuzlaştırma dekantörü sentrat atıksuları besin kaynağı olarak kullanılmıştır. Farklı oranlarda karıştırılarak kullanılan atıksular, Chlorella vulgaris mikroalg biyokütlesi üretmek amacıyla, laboratuvar ölçekli parkur tipi 60 litre hacmindeki reaktöre beslenmiştir. Kültür ortamında kullanılan çalışma koşulları literatürde ve daha önce yapılmış çalışmalarda elde edilen optimum şartlara göre düzenlenmiştir. Bu çalışmanın ön hazırlıkları safhasında; düzenli analiz takibi yapmadan kısa süreli deneme reaktör işletme çalışmaları ve düzenli analiz takibi yaparak 23 günlük reaktör işletme çalışması yapılmıştır. Böylece uzun süreli işletme safhasında ortam şartlarından kaynaklanabilecek olası problemler belirlenmiştir. Belirlenen problemler; biyokütlenin reaktör içinde çökelmesi, sıcaklığın kontrolsüz olarak yükselmesi veya düşmesi, pH değerinin mikroalglerin anabolik aktiviteleri nedeyle yükselmesi, sürekli CO2 verildiğinde pH'nın düşmesi, zaman kontrollü aydınlatma ihtiyacı, amonyum giderimi sonucu alkalinitenin tükenmesidir. Belirlenen problemlerin çözümü ve sistemin optimum şartlarda uzun süreli algal biyokütle üretimi sağlayacak şekilde çalışması için reaktör tasarımı yapılmıştır. Reaktörde yapılan düzenlemeler; yeterli karışımı sağlayacak karıştırma ekipmanı seçimi, otomatik sıcaklık kontrol düzeneği, pH'ya bağlı otomatik çalışan CO2 temin sistemi, belirlenen zamanda açılıp kapanan aydınlatma sistemi ve alkalinite dozlama (NaHCO3) düzeneğidir. Böylece kültür ortamının optimum şartlarda tutulması sağlanmıştır. Ayrıca ön hazırlık safhasında; üreyen biyokütlenin hasat problemini çözmek amacıyla 'Devridaimli Çöktürme' sistemi geliştirilmiştir. Ayrıca Devridaimli Çöktürme sisteminin sürdürülebilir biyokütle üretimini kolaylaştıracak büyük bir potansiyele sahip olduğu anlaşılmıştır. Biyokütle üretimi aşamasında, ortam şartlarından kaynaklı problem dışında biyolojik prosesten kaynaklı problemler oluşabilmektedir. Devridaimli Çöktürme sisteminin biyolojik tabanlı problemlere etkisini değerlendirmek için çalışmanın işletme süreci üç faz olarak tasarlanmıştır. Reaktörün işletmesinin yapıldığı 90 günlük süreçte, Devridaimli Çöktürme sistemin günlük olarak uygulanmasıyla elde edilen kazanımlar şunlardır; Reaktörün tüm hacimi günlük olarak 5 kez Devridaimli Çöktürme'den geçirilerek kültür ortamda kontaminasyona neden olabilecek mikroorganizmalar uzaklaştırılmıştır. 3 günde biyofilm oluşumu gözlemlenirken bu süre 7 güne çıkmıştır. Böylece reaktörün iç duvarlarındaki biyofilm oluşum hızı düşürülmüştür. Kültür ortamında bakterilerin çoğalması bastırılabilmiştir. Nitrifikasyon bakterilerinin amonyum gideriminde baskın hale gelmesi engellenmiştir. Açık tip reaktörün askıda biyokütle tutma kapasitesi iyileştirilerek, literatürde kabul edilen maksimum 500 mg L-1 değerinden 770 mg L-1 değerine çıkarılmıştır. Amonyum giderim hızı yaklaşık 30 mg L-1 gün- 1 olarak bulunmuştur.