Atık suda mikroalg üretimi için sürekli akışlı membran biyoreaktör tasarımı ve nütrient giderim kinetiklerinin belirlenmesi

Abstract

Bu tezde amaçlanan N ve P kaynağı olarak ikincil arıtılmış evsel atıksu kullanılarak mikroalg üretim veriminin ortaya konmasıdır. Atıksu kullanımı ile mikroalgal biyokütle üretiminin yanı sıra sağlanması amaçlanan ikincil fayda ise atıksu arıtımıyla biyokütle üretimi proseslerinin birleştirilmesidir. Böylelikle alglere ileri arıtım yaptırılırken aynı zamanda enerji kaynağı olan biyokütle hasatlanacaktır. Kullanılan atıksuyun düşük azot ve fosfor konsantrasyonlarına sahip olması dolayısıyla biyokütle üretiminin arttırılması için sürekli beslemeli bir reaktör tasarımı ihtiyacı doğmuştur. Bu reaktörün tasarımı amacıyla tez çalışmasında biyolojik olarak arıtılmış atıksuda, doğadan izole edilmiş mikroalg türlerinin bir karışımından oluşan karışık mikroalgal biyokütle üretimi üzerine çalışmalar yapılmıştır. Yürütülen deneylerde mikroalg büyümesi üzerine çeşitli fiziksel ve kimyasal parametrelerin etkileri incelenmiş, daha sonra seçilen koşullar için büyüme ve nütrient giderim kinetikleri belirlenmiştir. Mikroalg biyokütlesinin sudan ayrılmasında çeşitli yöntemlerin denendiği bu tez çalışmasında, mikroalg büyümesinde olumsuz etkisi gözlemlenmeyen batık membran filtrasyonu üzerine detaylı çalışmalar yapılmıştır. Yürütülen deneysel çalışmalardan elde edilen veriler ile atıksuda mikroalg üretimi için bir membran biyoreaktör modeli ortaya konmuştur. Daha sonra bu model üzerinde yapılan simülasyon çalışmaları ile mikroalg üretimi için membran biyoreaktör tasarımı yapılmıştır. Tez çalışması sonucunda tasarımı yapılan sürekli akışlı membran biyoreaktör, farklı atıksular ve hücre kültürleri kullanılarak yapılacak deneyler için değişik koşulların denenmesine imkan sağlayacaktır.The aim of this thesis is demostration of the microalgal biomass production efficiency by using secondary treated domestic wastewater as the N and P source. Besides the microalgal biomass production via using wastewater, that is intended to be achieved to combine wastewater treatment and biomass production processes. By doing so, algae will be doing a further treatment of waste water; while biomass, the energy source, will be harvested at the same time. Because the wastewater which was used, has low concentrations of nitrogen and phosphorus, a continuous feed reactor design is needed to increase biomass production. For the purpose of designing this reactor, studies on mixed microalgal biomass production which was isolated from natural ponds were carried out in biologically treated wastewater. In the experiments, the effects of various physical and chemical parameters on microalgal growth were examined and then the growth and the nutrient removal kinetics were determined for selected conditions. In this thesis study where various methods are used to separate microalgae biomass from water, detailed studies have been made on submerged membrane filtration which has no negative effect on microalgae growth. A membrane bioreactor model for microalgae production in wastewater is presented by the data obtained from the experimental studies carried out. Membrane bioreactors were designed for microalgae by simulation studies on this model. The continuous flow membrane bioreactor designed as a result of the thesis study would allow different conditions to be tested for experiments and to be performed using different wastewater and cell cultures.