Tez Arşivi

Tez aramanızı kolaylaştıracak arama motoru. Yazar, danışman, başlık ve özete göre tezleri arayabilirsiniz.


İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Anabilim Dalı / Çevre Bilimleri, Mühendisliği ve Yönetimi Bilim Dalı

Aktif çamur sistemlerinde farklı işletme koşullarının biyopolimer üretimine etkisi

The effect of different operating conditions onbiopolymer production in activated sludge systems

Teze Git (tez.yok.gov.tr)

Bu tezin tam metni bu sitede bulunmamaktadır. Teze erişmek için tıklayın. Eğer tez bulunamazsa, YÖK Tez Merkezi tarama bölümünde 574368 tez numarasıyla arayabilirsiniz.

Özet:

Günümüzde yaygın olarak kullanılmakta olan petrol türevli plastikler, hammaddelerinin sınırlı, yenilenemez olması ve doğada uzun süreler bozunmadan kalabilmeleri gibi kanıtlanmış pek çok çevresel sorun ve dezavantajlarına rağmen kolay şekil alma, elastikiyet gibi fiziksel özellikleri sebebiyle bugün halen en yaygın kullanıma sahip plastik türüdür. Petrol bazlı plastikler yüksek dayanıklılık ve düşük maliyete sahip olmalarına rağmen doğal ekosistemlere olan olumsuz etkileri, petrol türevli plastiklere alternatif sağlayabilecek, plastiklerden beklenen fiziksel ve kimyasal özellikleri taşıyan, ekolojik yönden yararlı, karbon ayakizi düşük, biyobozunur materyallerin geliştirilmesini ve yeni kaynak arayışlarını gündeme getirmiştir. Biyo-bazlı polimerler ve bunlardan elde edilen biyoplastikler, petrol kökenli plastiklerin alternatifleri olarak değerlendirilmektedir. Dünya genelinde yaklaşık 325 milyon ton fosil kaynaklı plastik üretilirken, yüksek maliyetleri nedeniyle biyoplastikler yıllık toplam plastik üretiminin sadece yüzde 1,5‟ini oluşturmaktadır. Bu sebeple bu yüksek lisans tez projesinin amacı biyoplastiklerin dünyada halen yeterli endüstriyel üretim seviyesine ulaşamama sebebi olan yüksek üretim maliyetini düĢürmeye yönelik alternatifler geliştirerek, atıkların faydalı ürüne dönüştürülmesidir. Bu amaca yönelik olarak biyoplastiklerin hammaddesi olan polihidroksialkanoat (PHA) üretiminde, evsel ve endüstriyel nitelikte atıksulara aklime olmuş aktif çamur sistemlerinden elde edilen PHA depolayan mikroorganizmalar kullanılarak, yüksek maliyet kalemlerinden biri olan karbon kaynağının atıksudan sağlanması ile PHA üretiminde optimum koşulların belirlenmesi amaçlanmıştır. Çalışma 2 aşamada yürütülmüştür. Çalışmanın ilk aşamasında evsel nitelikteki sentetik atıksu ile beslenen, çamur bekletme süreleri değişiklik gösteren (5, 10 ve 20 gün) laboratuvar ölçekli kontrol reaktörlerinden ve endüstriyel atıksu ile beslenen (ƟX= 6 gün) laboratuvar ölçekli kontrol reaktöründen alınan çamurlar ile kesikli PHA depolama deneyleri ve respirometrik analizler gerçekleştirilmiştir. Deneysel çalışmanın ikinci bölümü ise Marmara Bölgesi‟nde yer alan 4 farklı ileri biyolojik atıksu arıtma tesislerden alınan çamurlar ile depolama mekanizmalarının belirlenmesi için respirometrik deneyler gerçekleştirilmiştir. PHA üretiminde en yüksek verim karbon kaynağı olarak asetatın kullanıldığı sentetik atıksuya aklime olmuş biyokütlenin 0,78 mg PHB(KOİ)/mg KOİ içeriği olmuştur. Evsel nitelikteki sentetik atıksu (pepton karışımı) ile beslenen reaktörlerden alınan çamur bekletme süreleri 5, 10, ve 20 gün olan çamurlarda depolamanın olmadığı görülmüştür. Yüksek KOİ içeriğine sahip endüstriyel atıksuya aklime olmuş kontrol reaktöründen alınan çamurlara asetik asit, laktik asit, propiyonik asit ve endüstriyel atıksuyu eklenerek yürütülen kesikli deneylerde ise sırasıyla 0,70; 0,49; 0,60 ve 0,52 mg PHB(KOİ)/mg KOİ‟lik depolama verimi hesaplanmıştır. Dört farklı atıksu arıtma tesisinden alınan çamurlarla yürütülen kesikli deneylerde ise depolama görülmemiştir. Bu çalışmada, organik asit içeriği yüksek atıksuların hammadde kaynağı olarak kullanılmasıyla, PHA depolama kabiliyeti olan aktif çamurun bulunduğu atıksu arıtma tesislerinde biyopolimer üretimi yapılabileceği gösterilmiştir.

Summary:

Petroleum-derived plastics are still the most widely used plastic types due to their physical properties such as easy forming and elasticity despite their proven environmental problems and disadvantages such as their raw materials being limited, non-renewable and long-term degradation in nature. Although petroleum-based plastics have high durability and low cost, due to their negative effects on natural ecosystems, biodegradable materials that can provide alternative to petroleum- derived plastics, which have the expected physical and chemical properties of plastics, have been brought to the agenda for new resources. Bioplastics derived from bio-based polymers are considered as alternatives to petroleum-based plastics. While around 325 million tons of fossil-based plastics are produced worldwide, bioplastics account for only 1.5 percent of total annual plastic production due to their high cost. Biopolymers used in the production of bioplastics can be synthesized by chemical methods or produced biotechnologically from microorganisms or plants. In the production of commercial PHA, expensive raw materials and chemicals are used as organic material sources. Many laboratory-scale study alternatives have been proposed to increase the profitability of the system and facilitate its application in the plastic market. One of the most promising alternatives is the use of industrial by- products or waste water as a carbon source for PHA production. Using waste as a carbon source, PHA is considered as an environmentally friendly management method. Since raw material is the main carbon source for PHA synthesis and bacterial growth, the use of organic wastes as a source of organic material is a promising alternative to a reduction in PHA production costs. In the literature, it is proposed to integrate PHA production with biological wastewater treatment and also provide benefits such as resource recovery and sludge minimization. Today, activated sludge systems are a widely used technology in biological wastewater treatment. The main approach in activated sludge systems is to remove contaminants from wastewater by biochemical reactions as in other biological treatment systems. In biological systems, the removal of these pollutants originating from wastewaters is carried out by microorganisms that take up pollutants to produce cell main components and use the resulting energy. In the absence of the organic carbon required for growth and energy, the internal respiration phase is also carried out, where many biochemical activities are performed. In addition to the removal of organic matter in the design and modeling of activated sludge systems, the storage of recently developed organic carbon as a polymer in the cell is considered as an important process. For this reason, the aim of this master thesis project is to convert wastes into useful products by developing alternatives to reduce the high production cost, which is the reason why bioplastics still do not reach a sufficient level of industrial production in the world. For this purpose, in the production of polyhydroxyalkanoate (PHA), which is the raw material of bioplastics, it is aimed to determine optimum conditions in PHA production by providing carbon source, which is one of the high cost items, by using microorganisms which are obtained from activated sludge systems obtained from domestic and industrial wastewaters. The study was conducted in 2 stages. In the first stage of the study, batch PHA storage experiments and respirometric analyzes were performed with sludges taken from laboratory scale control reactors fed with domestic synthetic wastewater and whose sludge retention times varied (5, 10 and 20 days) and laboratory scale control reactor fed with industrial wastewater. In the second part of the experimental study, respirometric experiments were carried out to determine the sludges and storage mechanisms taken from 4 different advanced biological wastewater treatment plants in the Marmara Region. The highest yield in PHA production was 0.78 mg PHA(COD)/mg COD content of biomass which was acclimate to synthetic wastewater using acetate as carbon source. It was observed that there was no PHA storage in sludges with sludge retention times of 5, 10, and 20 days taken from reactors fed with domestic synthetic wastewater (peptone mixture). In batch experiments carried out by adding acetic acid, lactic acid, propionic acid and industrial wastewater to the sludges taken from the control reactor which has been acclimated in industrial wastewater with high COD content, storage efficiency of 0.70, 0.49, 0.60 and 0.52 mg PHA(COD)/mg COD were calculated respectively. In this study, it has been shown that biopolymer production can be realized in wastewater treatment plants with active sludge having PHA storage capacity by using wastewater (especially high acetate content) as raw material source.