Akışkan yatak biyofilim reaktörde fenol arıtımının optimizasyonu
Başlık çevirisi mevcut değil.
- Tez No: 47143
- Danışmanlar: DOÇ.DR. ABDURRAHMAN TANYOLAÇ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 1995
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 86
Özet
özet ÖZET Biyofilm reaktörler atıksulann arıtılmasında, antibiyotik ve enzim üretiminde yüksek biyokütle derişimi ve verim elde edilmesi nedeniyle uygulamalarda tercih edilir hale gelmiştir. Akışkan yatak biyofilm reaktörün kullanıldığı bu çalışmada fenol arıtımının opîimizasyonu Pseudomonas putida adlı atıksu bakterisi kullanılarak 25°C ve pH=6.8' de gerçekleştirilmiştir. Deneysel çalışmaya kesikli sistem deneyleriyle başlanmış, kültürün genel olarak üreme davranışı ve çalışma aralığı saptanmıştır. Daha sonra sürekli sistemde çalışan karıştırmak reaktörde farklı seyrelme hızlarında çalışılarak mikroorganizmanın büyüme kinetiği, verim ve yaşam faktörleri Systat® nonlineer programıyla bulunmuştur. Elde edilen model fenol ve oksijenin kısıtlayıcı olduğu bileşik bir kinetik ifade (fenol için Haldane, oksijen için Monod kinetiği) şeklindedir. Biyokinetik sabitlerin sayısal değerleri nm=0.569 sa"1, KF=18.569 mg/L, KI=99.374 mg/L, Ko=0.048 mg/L, Yx/f=0-521 mg mo/mg fenol, Yx/o=0-338 mg mo/ mg oksijen ve mo=mp *=0 olarak hesaplanmıştır. Sürekli sistemde çalışan reaktörde artan fenol derişimi 40 mg/L değerine kadar özgül üreme hızı, toplam ve özgül fenol ve oksijen tüketim hızlarını arttırmış ancak bu derişimden sonra fenolün inhibisyon etkisiyle azaltmıştır. Ancak 4 mg/L fenol derişiminden sonra mikroorganizma derişiminin azaldığı reaktörde artan seyrelme hızlan ile özgül fenol ve oksijen tüketim hızlarının doğrusal olarak artması, fenol inhibisyonunun fenol arıtım hızını etkilemediği sadece özgül büyüme hızını kısıtladığını göstermektedir. Çalışmanın son aşamasında diferansiyel akışkan yatak biyofilm reaktörde aktif karbon üzerinde biyofilm oluşturularak fenol arıtımı ve biyofilm gelişimi incelenmiştir. Bir biyopartikül üzerinde yatıştan durumda kurulan fenol ve oksijen için süreklilik denklikleri simültane olarak nümerik bir yöntemle çözümlenmiş ve değişen biyofilm kalınlığı ve yoğunluk değerlerinde fenol ve oksijenin biyofilm içindeki etkin difüzyon katsayıları hesaplanmıştır. Fenol ve oksijenin biyofilm içindeki etkin difüzyon katsayılarının su içindekine oranının biyofilm yoğunluğuna bağlı olarak fenol için 0.167-0.439, oksijen için 0.086-0.235 arasında değiştiği gözlenmiştir. Artan biyofilm kalınlığı ile biyofilm yoğunluğu azalmış ve gevşeyen yapı içindeki fenol ve oksijenin etkin difüzyon katsayıları artmıştır. Artan difüzyon katsayıları ve biyofilm kalınlığının artmasıyla çoğalan biyokütle aynı zamanda fenol ve oksijen tüketimlerinin de artmasına neden olmuştur. Diğer ilginç bir sonuç da akışkan yatakta fenol ve oksijenin yığın derişimi arttıkça oluşan biyofilmin yoğunluğunun azalmasıdır. IVözet Hesaplanan subsîrat etkin difüzyon katsayıları ile biyofiîm yoğunluğunun değişimi Systat® nonlineer regrasyon programı kullanılarak modellenmiş ve, fenol ve oksijene ait etkin difüzyon katsayılarının biyofiîm yoğunluğu ile değişimini veren eşitlikler literatüre kazandırılmıştır. Farklı biyofiîm kalınlıkları için deneysel olarak hesaplanan etkinlik faktörleri 75 jim-105 |im biyofiîm kalınlıklarında (biyofiîm yoğunluğu 60 g/L-75 g/L) birden büyük bir plato değeri vermiştir. Difüzyon kısıtlamalarına rağmen birden büyük etkinlik faktörlerinin gerçekleşmesi fenol inhibisyonundan kaynaklanmakta, biyofilmin yüzeyine yakın bölgelerde büyüme hızı inhibisyondan ötürü kısıtlanmasına rağmen iç bölgelerdeki düşen fenol derişimleri nedeniyle büyüme devam etmektedir. Ancak 105 jim den sonra azalan biyofiîm yoğunluğu nedeniyle azalan difüzyon kısıtlamaları biyofiîm içinde daha büyük bir bölgenin inhibisyona uğramasına ve etkinlik faktörünün azalmasına neden olmaktadır. Bu durumda optimum fenol arıtımını sağlamak için 75 |im-105 \im biyofiîm kalınlığı ve 60 g/L-75 g/L biyofiîm derişim değerlerinde çalışılması gerekmektedir. Ancak bu koşul, yüzey subsîrat derişimlerinin deneyde kullanılan aralıklarda olması durumunda gerçekleşebilir. Anahtar kelimeleri Biyofiîm, akışkan yatak biyofiîm reaktör, etkin difüzyon katsayısı, fenol, biyodegradasyon, çoklu substrat kinetiği, difüzyon ve reaksiyon modeli, nonlineer regrasyon^seudomonas putida..
Özet (Çeviri)
Abstract vi ABSTRACT Biofilm reactors have been widely used in wastewater treatment, antibiotic and enzyme production due to enhanced biomass concentration and product yield. In this study, biodegradation of phenol by Pseudomonas putida, a wastewater bacterium, at 25°C and pH=6.8 in a fluidized bed biofilm reactor was optimized. Experimental work was started with batch system runs to observe the growth cycle and operational range. Then continuous runs were carried out for different dilution rates and growth parameters, yield and maintenance factors of the culture were determined with nonlinear regression analysis through Systat® canned program. The dual-substrate growth model derived contained combined Haldane inhibition (for phenol) and Monod (for oxygen) kinetics. Through the calculations, biokinetic parameters were assessed as ^im=0.569 hr1, Kp= 18.569 mg/L, Ki=99.374 mg/L, Kq=0.048 mg/L, Yx/f=0-521 mg mo/mg phenol, Yx/o=0-338 mg mo/ mg oxygen and mo=mp=0, respectively. Increasing phenol concentration in the continuous reactor up to 40 mg/L increased specific growth rate, total and specific phenol and oxygen consumption rates, but these parameters decreased after this critical concentration due to inhibition effect of phenol. This inhibition affected the reactor biomass content after 4 mg/L phenol concentration, however specific phenol and oxygen consumption rates linearly increased with increasing dilution rate. Conclusively, inhibition only hindered the specific growth rate of the culture, not phenol and oxygen utilization rates. In the last phase of the study, a differential fluidized bed biofilm reactor was designed and biofilm propagation on activated carbon particles was investigated. Simultaneous continuity equations for phenol and oxygen were set over a single bioparticle and solved simultaneously with a numerical method to obtain effective diffusion coefficients of phenol and oxygen within the biofilm at various biofilm thickness and density values. The ratio of effective diffusion coefficient in the biofilm to that in water were varied between 0.167-0.439 and 0.086-0.235 for phenol and oxygen, respectively. During biofilm development, increasing biofilm thickness caused biofilm density decrease, resulting in less dense biofilm structure and in turn higher substrate consumption rates. Another interesting conclusion derived was decreasing trend of biofilm density with increasing surface substrate concentrations. Calculated effective diffusion coefficients in the active biofilm were modeled as a function of biofilm density using Systat®, appearing for the first time in literature.Abstract vii Experimentally calculated effectiveness factor values were realized greater than unity for the bioparticle in biofilm thickness range 75 p.m-105 p.m (corresponding biofilm density 60 g/L-75 g/L). This unusual case were solely due to dominating effect of phenol inhibition on the outer surface of the biofilm, but not on the inner regions. Nevertheless, after 105 ^im biofilm thickness, biofilm density dropped and increasing phenol concentration gradient in the biofilm caused a decrease in effectiveness factor. Thus for optimum phenol treatment performance, optimum ranges of biofilm thickness and density should be maintained for the bioparticle, if appropriate concentation range is established in the fluidized bed. Keywords Biofilm, fluidized bed biofilm reactor, effective diffusion coefficient, phenol, biodegration, multiple substrate kinetics, diffusion and reaction model, nonlinear regression, Pseudomonas putida.
Benzer Tezler
- Akışkan yatak biyofilm reaktörde (AYBR) peyniraltı atık suyunun arıtılması ve sistem performansının modellenmesi
Treatment of whey wastewater in a fluidized bed biofilm reactor (FBBR) and modeling of system performance
NAHİT AKTAŞ
Doktora
Türkçe
2003
Kimya MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDURRAHMAN TANYOLAÇ
- Kesikli-serbest sistemde ve akışkan yatak biyofilm reaktörde manyetik alan uygulamasının atıksu arıtımına etkileri
Effects of magnetic field application on wastewater treatment in suspended batch system and fluidized bed biofilm reactor
HÜLYA YAVUZ
Doktora
Türkçe
1999
Çevre MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiÇevre Bilimleri Ana Bilim Dalı
PROF.DR. SERDAR SUUD ÇELEBİ
- Atık suların arıtılmasında kullanılan akışkan yataklı biyofilm reaktörlerde etkin substrat difüzyon katsayılarının dinamik olarak saptanması ve sistemin modellenmesi
Başlık çevirisi yok
HALUK BEYENAL
Yüksek Lisans
Türkçe
1993
Kimya MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ABDURRAHMAN TANYOLAÇ
- Biyofilm reaktörlerin analiz ve tasarımı
Analysis and design of biofilm reactors
HALUK BEYENAL
Doktora
Türkçe
1997
Kimya MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ABDURRAHMAN TANYOLAÇ
- Treatment of wastewaters by 3-F (Fluidised-fixed and filter) reactor
Atıksuların 3F (Akışkan-sabit ve filtre) reaktör ile arıtımı
DENİZ DÖLGEN
Doktora
İngilizce
1998
Çevre MühendisliğiDokuz Eylül ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. M. NECDET ALPASLAN