Integrated nutrient removal and carbon dioxide sequestration by using mixed microalgae culture
Karışık mikroalg kültürünün kullanılması ile entegre besiyer madde giderimi ve karbondioksit tutulması
- Tez No: 461907
- Danışmanlar: PROF. DR. GÖKSEL NİYAZİ DEMİRER
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 178
Özet
Mikroalgler, ırmak, göl ve denizlerde ötrifikasyona neden olan, evsel ve endüstriyel atıksularda bulunan nitrojen (N) ve fosforu (P) giderebilirler. Mikroalgler, baca gazındaki karbondioksitin (CO2) tutulması için de umut verici bir alternatif olarak kabul edilmektedir. Ancak, yüksek miktarda biyokütle üretimi ve CO2 tutumu için esnek ve düşük maliyetli yetiştirme sistemlerinin geliştirilmesi ve uygun işletme koşullarının kullanılması gerekmektedir. Bu çalışmanın amaçları: (i) farklı tür atıksularda yetiştirilen mikroalg için en uygun hidrolik bekletme sürelerinin (HBS) bulunması; (ii) farklı N:P oranları için mikroalg üretim verimlerinin ve besiyer madde giderim hızlarının karşılaştırılması; (iii) mikroalg üretiminde atıksuyun ve baca gazındaki CO2'in kullanıldığı entegre bir sistem önermektir. Bu bağlamda, Türkiye'nin Karabük ilinde bulunan Araç Çayı'ndan alınan karışık alg kültürü, kesikli ve yarı kesikli işletme modlarında yetiştirilmiştir. Deneylerde iki farklı kültür ortamı kullanılmıştır; (i) Ankara Tatlar Atıksu Arıtma Tesisi'nden alınan ve ön arıtmaya tabi tutulmuş evsel atıksu ve (ii) Ankara Tatlar Atıksu Arıtma Tesisi'ne ait çamur yoğunlaştırma tanklarının süzüntü sularıyla seyreltilmiş KARDEMİR Kok Fabrikası atıksuyu. Birincil olarak arıtılmış evsel atıksu ile yetiştirilen kültürlere ortam havası (%0.03 CO2) beslenirken, endüstriyel atıksu kullanılarak yetiştirilen kültürlere CO2 yönünden zenginleştirilmiş hava (%4 CO2) sağlanmıştır. Aydınlatma ve karıştırma (havalandırma) koşulları tüm düzenekler için aynı tutulmuştur. En uygun inokulum hacmi %10 olarak belirlenmiş ve tüm çalışmalarda bu oran kullanılmıştır. Birincil olarak arıtılmış evsel atıksular için en uygun HBS'nin 2 gün olduğu tespit edilmiştir. Karışık alg kültürü, 2 günlük HBS süresinde evsel atıksudan 94.7% Toplam Amonyak Azotu (TAN) ve 93.8% ortofosfat (PO4-P) giderimi sağlayabilmiştir. Denge koşullarında, 4 ve 8 günlük bekletme süresine sahip kültürlerde besiyer madde giderimi tama yakın olduğu gözlemlenmiş olsa da, denge durumunun korunamadığı ve besiyer madde limitasyonu sebebi ile alg kültürlerinin çöktüğü gözlemlenmiştir. Seyreltilmiş endüstriyel atıksu ile kesikli modda yapılan çalışmada, TAN/PO4-P (g/g) = 6 oranı maksimum besiyer madde giderimi ile sonuçlanmıştır. Seyreltilmiş endüstriyel atıksu ile gerçekleştirilen yarı-kesikli çalışmanın sonuçları ise yüksek (>98%) TAN ve PO4-P giderimlerine ve yüksek (>2.4 mg TS/L) biyokütle konsantrasyonlarına ulaşmak için hidrolik bekletme süresinin en az 8 gün olarak seçilmesi gerektiğini göstermiştir. 12 günlük bekletme süresine sahip kültürde CO2 giderim oranının en yüksek olduğu belirlenmiş ve 0.436 g CO2/saat olarak kaydedilmiştir. Deneysel sonuçlar, evsel ve endüstriyel atıksularda bulunan besiyer maddelerin giderimi ve noktasal kaynaklı CO2 giderimi sağlayan birleştirilmiş sistemin etkinliğini ve potansiyel uygulamasını göstermiştir.
Özet (Çeviri)
Microalgae can remove nitrogen (N) and phosphorus (P) in domestic and industrial wastewaters, which cause eutrophication in rivers, lakes and seas. Microalgae have also been recognized as a promising alternative for carbon dioxide (CO2) sequestration from flue gas. However, it is necessary to design flexible and low-cost cultivation systems and, use suitable operating conditions to achieve enhanced biomass productivities and high CO2 fixation efficiencies. The aims of this study were: (i) to determine optimum hydraulic retention times (HRTs) for cultivation of microalgae in different types of wastewaters; (ii) to compare the microalgal productivities and nutrient removal rates at different N:P ratios (iii) to propose an integrated system for the utilization of wastewater and CO2 in flue gas for the production of microalgae. Within this context, a mixed microalgae culture collected from Araç Creek in Karabük Province in Turkey was grown under batch and semi-continuous operation modes. Two types of culture mediums were used in the experiments: (i) primary treated domestic wastewater from Ankara Tatlar WWTP and (ii) KARDEMIR Coke Plant wastewater diluted with supernatant of sludge thickener tanks of Ankara Tatlar WWTP. While ambient air (0.03% CO2) was supplied to the cultures grown with primary treated domestic wastewater, CO2 enriched air (4% CO2) was sparged into the cultures grown with diluted industrial wastewater. Light and mixing (aeration) conditions were the same in all set-ups. The optimum inoculum volume was determined as 10% (v/v) conducting a batch study and was used in all experiments. The optimum HRT was found to be 2 days for cultivation of microalgae in primary treated domestic wastewater. Mixed microalgae culture was able to remove 94.7% of Total Ammonia Nitrogen (TAN) and 93.8% of orthophosphate (PO4-P) from domestic wastewater at a HRT of 2 days. Although almost complete nutrient removal efficiencies were observed during steady conditions of the cultures with 4- and 8-day HRT, the steady-state conditions could not be maintained and cell washout was observed in the reactors due to nutrient limitation. The TAN/PO4-P (g/g) ratio of 6 resulted in the maximum nutrient removal efficiency when the diluted coke plant wastewater was used in the batch-mode operation. Results of the semi-continuous study conducted with diluted coke plant wastewater revealed that HRT should be kept 8 days at minimum in order to achieve efficient TAN and PO4-P removal (>98%) and high steady-state biomass concentrations (>2.4 mg TS/L). The CO2 removal rates were highest in the culture with 12 day-HRT and, it was obtained as 0.436 g CO2/h. The results demonstrated both effectiveness and potential application of the coupled system to remove nutrients from domestic and industrial wastewaters and simultaneous CO2 removal from a point source.
Benzer Tezler
- Integrated carbon dioxide mitigation and nutrient removal from municipal and industrial wastewater using microalgal systems
Mikroalg sistemleri ile entegre karbondioksit azaltımı ve evsel ve endüstriyel atıksulardan nütriyent giderimi
GECE CANSU KILIÇ
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Çevre MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TUBA HANDE BAYRAMOĞLU
PROF. DR. SİBEL ULUDAĞ DEMİRER
- Enrichment of denitrifying anaerobic methane oxidation (DAMO) and anaerobic ammonium oxidation (Anammox) co-culture for the treatment of anaerobic digester effluent
Anaerobik çürütücü çıkış suyunun arıtımı için denitrifiye anaerobik metan oksidasyonu (DAMO) ve anaerobik amonyum oksidasyonu (Anammox) birleşik kültürünün zenginleştirilmesi
RAYAAN HARB
Doktora
İngilizce
2023
Çevre MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TUBA HANDE BAYRAMOĞLU
- Membrane bioreactor (MBR) assisted bacterial contamination removal from bioethanol fermentation system
Membran biyo-reaktor yardımıyla biyoetanol fermantasyon sisteminde bakteri kontaminasyonu giderimi
BERAY ÇAYLI
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TUĞBA ÖLMEZ HANCI
PROF. DR. MOHAMMAD J. TAHERZADEH
- Kentsel atıksu arıtma tesisi anaerobik çamur çürütücülerinin dinamik proses modelleme yaklaşımı ile analizi
Analysis with dynamic process modeling approach of anaerobic sludge digesters of the urban wastewater treatment plant
KERİM EKİCİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAYRETTİN GÜÇLÜ İNSEL
- Investigation of the factors affecting membrane bioreactor performance during volatile fatty acid production from food waste
Yemek atıklarından uçucu yağ asidi üretimi sırasında membran biyoreaktör performansını etkileyen faktörlerin incelenmesi
BEGÜM BİLGİÇ
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OSMAN ATİLLA ARIKAN
PROF. DR. MOHAMMAD TAHERZADEH