Geri Dön

Production and biomineralization performance assessment of biogranules simultaneously conducting urea hydrolysis and denitrification

Simültane olarak üre hidrolizi ve denitrifikasyon yapabilen biyogranüllerin üretimi ve biyomineralizasyon performanslarının değerlendirilmesi

PDF İndir

  1. Tez No: 896597
  2. Yazar: BEYZA KARDOĞAN
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. YUSUF ÇAĞATAY ERŞAN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2024
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 138

Özet

Biyomineralizasyon, özellikle mikrobiyal yollarla kalsiyum karbonat çökelmesi, biyoremediasyon, biyokonsolidasyon ve biyo-bazlı malzemelerin üretimi gibi çeşitli uygulamalar için çevre dostu bir alternatif olarak ilgi görmektedir. Kalsiyum karbonat çökelmesi, doğada üre hidrolizi ve nitrat indirgenmesi gibi çeşitli metabolik yollarla gerçekleşebilmektedir. Ancak, çoğu çalışma saf kültürler ve tekil metabolik süreçler üzerine odaklanmış olup, birleştirilmiş metabolik aktivitelerin potansiyelini araştırmamıştır. Tekil metabolik yollar ve aksenik kültürlerin kullanılması ya aerobik ya da anoksik koşullar altında biyomineralizasyon performanslarının elde edilmesiyle sonuçlanmıştır. Üre hidrolizi ve nitrat indirgenmesi hem aerobik hem de anoksik koşullar altında biyomineralizasyonu gerçekleştirmek için tamamlayıcı yollardır. Bu kombinasyonun araştırılması, genel biyomineralizasyon performansını artırmak için önem arz etmektedir. Bu tez çalışması, üre hidrolizi ve nitrat indirgeme metabolizmalarını kullanabilen aksenik olmayan biyogranüllerin üretimini sunmaktadır. Bu biyogranüller, biyomineralizasyon sürecinin hem aerobik hem de anoksik koşullarda gerçekleşmesini sağlayarak genel kalsiyum karbonat çökeltme miktarını artırabilmektedir. Bir AKR (Ardışık Kesikli Reaktör), değişen anoksik-aerobik periyotlar altında 560 gün boyunca işletilmiş ve minimal besin koşullarında biyogranül üretimi optimize edilmiştir. Üretilen biyogranüller, mikrobiyal aktivite ve biyomineralizasyon performansı açısından daha önce raporlanan nitrat indirgeyen granül kültürü ile karşılaştırılmıştır. İşletim günleri 270 ile 560 arasında 0.2-0.7 mm aralığında biyogranüllerin kararlı üretimi sağlanmıştır. Metagenomik analizler, biyoreaktörden farklı zaman aralıklarında alınan örneklerde, ürolitik ve denitrifikasyon yapan bakterilerin baskın olduğu tutarlı bir mikrobiyal topluluğu ortaya koymuştur. Üretilen biyogranüller, sırasıyla 232 mg üre.sa-1.g-1 UAKM ve 9,25 mg NO3-N.sa-1.g-1 UAKM maksimum spesifik üre hidrolizi ve nitrat indirgeme aktivitelerine ulaşmıştır. Biyomineralizasyon testlerinde 9 gün içerisinde, biyogranüller kalsit formunda maksimum 642,5 mg CaCO3 çökeltirken, referans nitrat indirgen granül kültürü maksimum 137 mg CaCO3 çökeltmiştir. Kurutulmuş biyogranüller, biyomineralizasyon testinde ortalama %73 nitrat indirgeme ve %67 üre hidrolizi verimliliği gösterirken, referans nitrat indirgen granül kültürü ortalama %34 nitrat indirgeme ve %2 üre hidrolizi verimliliği göstermiştir. MICP performansına raf ömrünün etkisini görmek için kurutulmuş biyogranüller 1,5 yıl saklandıktan sonra başka bir biyomineralizasyon testi yapılmıştır. Test sonucunda saklama süresinin, kurutulmuş biyogranüllerin MICP performansını olumsuz etkilediği gözlemlenmiştir Maya özütü içeren B1 ve C1 ile maya özütü içermeyen B3 ve C3 grupları karşılaştırıldığında, biyogranüllerin ikinci biyomineralizasyon testinde referans nitrat indirgen granül kültürüne göre sırasıyla %30 ve %164 daha yüksek MICP performansı sergilediği bulunmuştur. Genel olarak, tamamlayıcı mikrobiyal metabolizmaların, tek bir uygulamada çökeltilen toplam CaCO3 miktarını artırarak biyomineralizasyon uygulamalarının verimliliğini artırabileceği ortaya konulmuştur.

Özet (Çeviri)

Biomineralization, particularly calcium carbonate precipitation through microbial pathways, is gaining attention as an environmentally friendly alternative for various applications, including bioremediation, bioconsolidation, and the production of bio-based materials. Calcium carbonate precipitation naturally occurs through various metabolic pathways, such as urea hydrolysis and nitrate reduction. However, most studies have focused on axenic (pure) cultures and single metabolic processes, leaving the potential of combined metabolic activities unexplored. Using single metabolic pathways and axenic cultures resulted in biomineralization performances under either aerobic or anoxic conditions. Urea hydrolysis and nitrate reduction are complementary to achieving biomineralization under both aerobic and anoxic conditions. This should be investigated to enhance the overall biomineralization performance. This thesis presents the production of non-axenic biogranules capable of conducting urea hydrolysis and nitrate reduction metabolisms. These biogranules could extend the occurrence of the biomineralization process in both aerobic and anoxic conditions and enhance the overall calcium carbonate precipitation. An SBR was operated for 560 days under alternating anoxic-aerobic periods and biogranule production under minimal nutrient conditions was optimized. Produced biogranules were compared with a previously reported nitrate-reducing granular culture in terms of microbial activity and biomineralization performance. Biogranules in the size range of 0.2-0.7 mm could be produced continuously during the steady production period between operation days 270 and 560. Metagenomic analyses revealed a consistent microbial community dominated by ureolytic and denitrifying bacteria, maintaining a high degree of similarity across samples taken at different time intervals from the bioreactor. The produced biogranules achieved maximum specific urea hydrolysis and nitrate reduction activities of 232 mg urea.h-1.g-1 VSS and 9.25 mg NO3-N.h-1.g-1 VSS, respectively. In 9-day batch tests, the biogranules precipitated up to 642.5 mg CaCO3 in calcite form, which was significantly higher than the 137 mg CaCO3 obtained by the reference nitrate-reducing granular culture. The desiccated biogranules demonstrated 73% nitrate reduction and 67% urea hydrolysis efficiency on average in the biomineralization test. However, reference nitrate-reducing granular culture showed 34% nitrate reduction and 2% urea hydrolysis efficiency on average. To see the shelf-life effect on MICP performance another biomineralization test was conducted after 1.5 years of storage of the desiccated biogranules. When comparing the yeast-containing batches B1 and C1 with the yeast-free batches B3 and C3, it was found that biogranules exhibited a 30% and 164% higher MICP performance, respectively, compared to the reference nitrate-reducing granular culture in the second biomineralization test. It was observed that the storage period negatively impacted the MICP performance of the desiccated biogranules. Overall, it was revealed that complementary microbial metabolisms could enhance the total amount of CaCO3 precipitated in a single application which can be beneficial for improving the efficiency of biomineralization applications.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    560096

    Geotechnical properties analysis of cemented sand with microbial induced calcium carbonate precipitation

    Mikrobiyal kaynaklı kalsiyum karbonat çöktürme yöntemiyle iyileşmiş kumlu zeminin jeoteknık özelliklerinin araştırılması

    AYDIN YARI ILKHCHI

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HÜSEYİN YILDIRIM

    PROF. DR. SÜLEYMAN ÖVEZ

  2. Tez No

    840946

    Complementing urea hydrolysis and nitrate reduction matabolisms to enhance microbial self-healing perfromance in cementitious composites

    Birbirini tamamlayan üre hidrolizi ve nitrat indirgenmesi metabolizmaları ile çimentolu kompozitlerin mikrobiyal yollarla kendini onarma perfromanslarının iyileştirilmesi

    BETÜL ÖZBAY

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    BiyoteknolojiHacettepe Üniversitesi

    Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. YUSUF ÇAĞATAY ERŞAN

  3. Tez No

    712742

    Investigation of nickel recovery by biogranules tailored for metal recovery through biomineralization

    Biyomineralizasyon yoluyla metal geri kazanımına yönelik üretilen biyogranüllerle nikel geri kazanımının incelenmesi

    KADİR ŞEKERCİOĞLU

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    MikrobiyolojiHacettepe Üniversitesi

    Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ YUSUF ÇAĞATAY ERŞAN

  4. Tez No

    416922

    Elektroeğirme yöntemiyle nano gümüş katkılı polikaprolakton hidroksiapatit (PCL/HA-Ag) nanolif üretimi ve karakterizasyonu

    Production and characterization of nano silver added polycaprolacton hydroxyapatite (PCL/HA-Ag) nanofibers by electrospinning method

    NURİ BURAK KİREMİTLER

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2016

    Mühendislik BilimleriErciyes Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MEHMET HANÇER

  5. Tez No

    665504

    Kalsiyum oksalat kristalizasyonuna deneysel parametrelerin etkisi

    Effect of experimental parameters on calcium oxalate crystallization

    BATUHAN YÜKSEL

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    Kimya MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ÖZLEM DOĞAN AYDENİZ

Geri Dön