Mikroalg üretimi için laboratuvar ölçekli solar biyoreaktör tasarımı ve mikroalglerin tarımsal uygulamalarda kullanımı
Design of laboratory-scale solar bioreactor for the production of microalgae and the use of microalgae in agricultural applications
- Tez No: 797670
- Danışmanlar: PROF. DR. DİDEM ÖZÇİMEN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyomühendislik, Biyoteknoloji, Ziraat, Bioengineering, Biotechnology, Agriculture
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Biyomühendislik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 97
Özet
Mikroalg yetiştiriciliğinde kullanılan biyoreaktör sistemi ve tipi etkin mikroalg büyütülmesi için en önemli parametrelerden birisidir. Tasarım, yetiştirilen türün özelliklerine ve kültivasyon sonucunda hedeflenen amaca uygun olmalıdır. Ek olarak, mikroalg büyüme koşulları kolaylıkla izlenebilir olmalıdır. Bu tez çalışmasında Chlorella vulgaris (C. vulgaris) mikroalginin daha verimli bir şekilde yetiştirilmesi amacı ile laboratuvar ölçekli solar bir biyoreaktör tasarımı ve üretimi gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmada temel hedeflerden birisi tasarlanan biyoreaktör ile farklı açılardan gelen gün ışığının toplanması ve fiber optik kablolarla biyoreaktör ortamına aktarabilmesi ve bu sayede yetiştirilen mikroalgin maksimum düzeyde ışık yoğunluğundan faydalanmasını sağlamak oluşturmuştur. Aynı zamanda, biyoreaktörde mikroalg büyümesini takip için C. vulgaris kültivasyonunu etkileyen iki önemli faktör olan nitrat ve pH iyon-seçici elektrotlar (ISE) ile gerçek zamanlı olarak takip yapılmıştır. Ayrıca, C. vulgaris büyümesine etki eden diğer parametrelerden olan sıcaklık, çözünmüş oksijen, tuzluluk, iletkenlik, direnç ve toplam çözünmüş katı madde içeriği büyüme boyunca ölçülmüştür İlgili çalışmanın diğer kısmında ise laboratuvar ölçekli solar biyoreaktörde büyümesini tamamlayan C. vulgaris mikroalgleri hasat edildikten sonra tohum çimlenmesi ve bitki büyümesine üzerine olan etkileri incelenmiştir. Buna ilaveten, mikroalg uygulamasının toprak fizikokimyasal özellikleri üzerindeki etkisi ve rüzgâr sonucunda oluşan toprak kaybını engellemedeki etkinliği değerlendirilmiştir. Elde edilen verilere göre, C. vulgaris büyümesinde logaritmik büyüme fazının 50. güne kadar sürdüğü belirlenmiştir. Biyoreaktörde takip edilen süreç boyunca gerçekleştirilen potansiyometrik ölçümler sonucunda, besin solüsyonunda nitrat oranının OD değerinin artmasına kıyasla azaldığı belirlenmiştir. C. vulgaris mikroalginin uygulamalarının domates tohumlarının çimlenmesine ve bitki gelişimine etkisinin doz bağımlı olduğu belirlenirken, en etkin tohum çimlenmesinin ve bitki büyümesinin istatistiki olarak en yüksek sırası ile 8 mL ve 80 mLkg-1 ve üzeri toprak uygulama dozunda gerçekleştiği belirlenmiştir. Ayrıca, 9 ms-1 rüzgâr hızında oluşan toprak erozyonunu önlemede 80 mLkg-1 ve üzeri uygulamalarının etkin olduğu istatistiki olarak belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlar C. vulgaris mikroalginin solar biyoreaktörde verimli bir şekilde üretilebileceğini ve tarımsal uygulamalar için iyi bir çevre dostu alternatif oluşturacağını göstermiştir
Özet (Çeviri)
The bioreactor system and type used in microalgae cultivation is one of the most important parameters for effective microalgae growth. The design should correspond to the characteristics of the cultivated species and the purpose of cultivation. In addition, the growth conditions for microalgae should be easily observed. In this thesis, a laboratoryscale solar bioreactor was designed and fabricated to grow Chlorella vulgaris (C. vulgaris) microalgae more efficiently. In this study, one of the main goals was to collect the sunlight coming from different angles with the designed bioreactor and to transfer it to the bioreactor environment with fiber optic cables, and thus ensuring that the grown microalgae benefit from the maximum level of light intensity. At the same time, nitrate and pH, two important factors affecting C. vulgaris cultivation, were monitored in real time using ion selective electrodes (ISE) to monitor microalgae growth in the bioreactor. In addition, temperature, dissolved oxygen, salinity, conductivity, resistance, and total dissolved solids content, which are other parameters affecting the growth of C. vulgaris, were measured during the growth. In the other part of the study, after harvesting C. vulgaris microalgae that had completed their growth in a laboratory-scale solar bioreactor, their effects on seed germination and plant growth were investigated. In addition, the effects of microalgae treatments on soil physicochemical properties and their effectiveness in preventing soil loss by wind were evaluated. According to the results, it was found that the logarithmic growth phase continued in the C. vulgaris growth up to the 50th day. As a result of the potentiometric measurements performed during the process in the bioreactor, it was determined that the nitrate ratio in the nutrient solution decreased compared to the increase in the OD value. While it was determined that the effects of C. vulgaris treatments on the germination of tomato seed and plant growth were found to be dose-dependent, it was found that seed germination and plant growth were statistically most effective at 8 mL and 80 mLkg-1 and above application doses, respectively. In addition, applications of 80 mLkg-1 and above were statistically found to be effective in preventing soil erosion at wind speeds of 9 ms-1 . The obtained results showed that C. vulgaris microalgae can be efficiently produced in a solar bioreactor and will be a good environmentally friendly alternative for agricultural applications.
Benzer Tezler
- Microalgal biomass and oil production using leachate
Sızıntı suyu kullanılarak mikroalg biyokütlesi ve yağ/lipid üretimi
ZAREEN TAJ KHANZADA
Doktora
İngilizce
2018
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SÜLEYMAN ÖVEZ
- Atıksu arıtma tesisi ile entegre sürdürülebilir mikroalg biyokütle üretimi
Sustainable microalgae biomass production integrated with wastewater treatment plant
İSMAİL ŞÜKRÜ BOSTANCI
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
EnerjiYıldız Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EBRU AKKAYA
- Improving raceway reactor productivity via vortex induced vibrations for cost effective microalgae production
Maliyet etkin mikroyosun üretimi için girdap kaynaklı titreşimlerle alg havuzu performansının artırılması
MEHMET SADIK AKCA
Doktora
İngilizce
2023
Biyomühendislikİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BULENT İNANC
- Biochemical and genetic assessment of high value lipid production from local thermo-resistant green microalgae strain
Isıl dirençli yerel yeşil mikroalg suşundan yüksek değerli lipit üretiminin biyokimyasal ve genetik açılardan değerlendirilmesi
DİLAN AKIN
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
BiyoteknolojiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiBiyoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞE MERAL YÜCEL
YRD. DOÇ. DR. ÇAĞLA SÖNMEZ
- Application of random mutagenesis to enhance lipid productivity in Chlorella vulgaris
Kardeşlik mutagenesisinin kardeenli lipit verimliliğini artırılması için uygulama
EHSAN SARAYLOO
Doktora
İngilizce
2017
BiyoteknolojiKoç ÜniversitesiKimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM HALİL KAVAKLI