Geri Dön

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

Tek ve iki-aşamalı anaerobik çürütmede metan üretim veriminin ve ikinci aşama anaerobik çürütmede popülasyon dinamiğinin araştırılması

PDF İndir

  1. Tez No: 416516
  2. Yazar: ENGİN KOÇ
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. TUBA HANDE BAYRAMOĞLU, PROF. DR. METİN DURAN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Archaea, bakteri, DGGE, hidrolik bekletme süresi, metan üretim verimi, moleküler analiz, populasyon dinamiği, katı bekletme süresi, qPCR, Archaea, bacteria, DGGE, hydraulic retention time, methane yield, molecular analysis, population dynamics, productivity, solid retention time, qPCR
  7. Yıl: 2015
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 153

Özet

Bu yüksek lisans tezinin amacı kesikli ve anaerobik ardışık kesikli reaktörlerde (AAKR) tek aşamalı ve iki-aşamalı anaerobik çürütmenin (AD) 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 (KF-AKR) 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 (HBS) ve katı bekletme süresi (KBS)'nin metan üretimi, ve archaeal ve bakteriyel popülasyon dinamiğine etkisini araştırmak amacıyla kurulmuştur. Popülasyon dinamiği, denaturant gradyan jel elektroforezi (DGGE) ile araştırılmıştır. Asetiklastik metan-üreticiler olan Methanosaeta ve Methanosarcina türlerinin değişen KBS ve HBS değerlerine göre nicel değişimleri de, eş zamanlı polimeraz zincir reaksiyonu (qPCR) 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 (9,5×1014'den 3,1×1014 gen kopyası/g UAKM'ye) türünün derişiminin üç katı azalmasına, Methanosarcina türünün derişiminin ise beş kat artmasına (9,4×1012'den 5,1×1013 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.

Özet (Çeviri)

The aim of this thesis study was to investigate the methane production efficiency of single-phase and two-phase anaerobic digestion (AD) in batch reactors and anaerobic sequencing batch reactor (ASBR). It was also aimed to monitor the population dynamics and change in the quantity of aceticlastic methane-producers of the second-phase of a two-phase ASBR. Two sets of batch reactors were conducted, namely, Batch Reactor Set-1 and Batch Reactor Set-2. The aim of Batch Reactor Set-1 was to investigate the effect of initial substrate concentration to initial microorganism concentration ratio (S/X0) on methane yield. To this purpose, batch reactors were conducted at different initial S/X0 ratios of 0.5, 1, 2, 3 and 4 g sCOD/g VSS. Results revealed that the highest methane yield (267±5 mL CH4/g CODadded) and anaerobic treatability were observed at S/X0 ratio of 1 g COD/g VSS. The results also indicated the applicability of the anaerobic seed sludge and 1 g COD/g VSS as the optimum S/X0 ratio for the following experiments. Batch Reactor Set-2 was conducted to investigate and compare the methane production efficiency of a single-phase AD and the second phase of a two-phase AD system. To this purpose, sucrose and effluent of a dark fermentative sequencing batch reactor (DF-SBR) operated with sucrose (Tunçay, 2015) were used as substrates. The highest methane yield and content in biogas were observed as 344±20 mL CH4/g CODadded and 83%, respectively, in the second phase of the two-phase AD. Two-phase AD resulted in 39% increase in methane yield compared to its single-phase counterpart. ASBR study was conducted to investigate the effect of hydraulic retention time (HRT) and solid retention time (SRT) on methane production, and archaeal and bacterial population dynamics, the latter performed with denaturating gradient gel electrophoresis (DGGE). The change in the quantity of aceticlastic methane-producers, namely, Methanosaeta and Methanosarcina sp. with respect to the changing SRT and HRT conditions was also investigated with quantitative polymerase chain reaction (qPCR) analysis. Thus, an ASBR fed with the effluent of the DF-SBR was operated. Results showed that the highest average methane yield was achieved at 20 days of SRT and 6 days of HRT as 343±17 mL CH4/g CODadded. The highest average methane productivity was observed as 1794±279 mL CH4/L/day at SRT and HRT values of 10 and 0.7 days, respectively. Methanosaeta sp. was found to be the dominant specie among the archaeal group during all HRT and SRT combinations (10-20 days of SRT and 0.7 to 6 days of HRT). Although Methanosarcina species was not found in sequence analysis, qPCR results revealed the existence of Methanosarcina species through the whole operation period. Yet, Methanosaeta dominated the ASBR for all HRT and SRT combinations studied. Gradual decrease in HRT from 6 days to 0.7 days resulted in three fold decrease in Methanosaeta (9.5×1014 to 3.1×1014 gene copy/g VSS) and nearly five fold increase in Methanosarcina concentration (9.4×1012 to 5.1×1013 gene copy/g VSS) at 20 days of SRT. On the other hand, decrease in SRT from 20 days to 10 days did not lead any significant change in the concentration of Methanosaeta and Methanosarcina species in the ASBR.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    606647

    Farklı yanma odası geometrilerinin doğal gaz ve benzin yakıtı ile incelenmesi

    Investigation of different combustion chamber geometries with natural gas and gasoline fuel

    HÜSEYİN EMRE DOĞAN

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ OSMAN AKIN KUTLAR

  2. Tez No

    559082

    Anaerobic processing of and nutrient recovery from source separated human urine

    Kaynakta ayrılmış idrarın anaerobik yollarla işlenmesi ve nutrient geri kazanımı yolu ile değerlendirilmesi

    MUSTAFA NAWZAD TAHER TAHER

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. AYŞE BİLSEN BAYKAL

  3. Tez No

    119693

    Evaluation of different processes for the treatment of high strength toxic synthetic wastewater

    Yüksek kirliliğe sahip toksik sentetik atık suların arıtımında farklı proseslerin değerlendirilmesi

    ULUSOY BALİ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2002

    Çevre MühendisliğiDokuz Eylül Üniversitesi

    Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. FÜSUN ŞENGÜL

  4. Tez No

    426747

    Aerobik metan oksidasyonu ile denitrifikasyon performansını etkileyen faktörlerin membran biyofilm reaktörde araştırılması

    Investigation the factors affecting the aerobic methane oxidation coupled to denitrification performance in a membrane biofilm reactor

    DİLEK AKMAN

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2016

    BiyomühendislikKahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi

    Biyomühendislik ve Bilimleri Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. KEVSER CIRIK

  5. Tez No

    710329

    Microbial nitrate reduction induced autonomous self-healing in concrete

    Betonda mikrobiyal nitrat indirgenmesi ile gerçekleşen otonom kendini onarma

    YUSUF ÇAĞATAY ERŞAN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2016

    BiyoteknolojiGhent University

    Biyomühendislik ve Bilimleri Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. NICO BOON

Geri Dön