Azot kısıtlı atıksulardan biyoplastik üretimi için yeni bir aktif çamur prosesi

Yıl 2011, Cilt: 21 Sayı: 1, 45 - 54, 31.12.2011

Bertan Başak Orhan İnce

Öz

Bu çalışmada, biyolojik olarak tümüyle ayrışabilir nitelikte poliesterler oldukları için biyoplastik olarak bilinen malzemenin hammaddesi olarak kullanılan polihidroksialkanoatların (PHA), karışık mikrobiyal kültürler tarafından, farklı işleteme koşullarındaki üretimleri karşılaştırılmıştır. Biyokütle zenginleştirmek amacıyla aerobik dinamik besleme (ADB) koşullarında üç ardışık kesikli reaktör (AKR) işletilmiş ve AKR çevrimi süresince azot varlığının popülasyon dinamiklerine ve seçilen biyokütlenin depolama yeteneğine etkisi araştırılmıştır. Reaktörlerden biri ilk defa bu çalışmada önerilen ve gecikmiş azot besleme (GAB) olarak adlandırılan bir yöntemle beslenmiştir. Azot ve
karbonun bir arada bulunmalarının engellendiği bu prosesten alınan biyokütle ile gerçekleştirilen kesikli deneylerde, elde edilen spesifik polimer depolama hızı, substratın polimere dönüşüm oranı, depolanan polimer miktarı ve biyokütlenin polimer içeriğinin genellikle daha yüksek olduğu gözlenmiştir. Her bir AKR’deki bakteriyel çeşitlilikte gözlenen değişim farklılık gösterse de β-proteobacteria’nın Rhodocyclaceae ailesine bağlı türler, özellikle de Zoogloae her üç reaktörde de sürekli baskın olmuştur. AKR’lerden alınan biyokütle tarafından depolanan polimer konsantrasyonu, artan substrat yüklemesine bağlı olarak artmıştır. Azotsuz olarak gerçekleştirilen deneylerde artan substrat yüklemeleri spesifik polymer depolama hızında artışa yol açarken, azotla gerçekleştirilen deneylerde bu durum depolama hızında düşüşe yol açmıştır. Substratın polimere dönüşüm oranı her üç biyokütle için de artan substrat yüklemesine bağlı olarak düşmüştür. AKR işletimi sırasında ve bu reaktörden alınan çamur ile gerçekleştirilen deneyler sırasında uygulanan koşullar arasındaki uyumun polimer depolamasına olumlu yönde etki ettiği belirlenmiştir. Substrat türü ile depolanan polimerin yapısı arasında sıkı bir ilişki olduğu tespit edilmiştir.

Anahtar Kelimeler

Aktif çamur, polihidroksialkanoatlar (PHA), biyoplastik, aerobik dinamik besleme (ADB), gecikmiş azot besleme (GAB)

Kaynakça

• APHA, AWWA, WPCF., (2005). Standard methods for the examination of water and wastewater, 21st Ed., Washington D.C.
• Beun, J.J., Paletta, F., Van Loosdrecht, M.C.M. and Heijnen, J.J., (2000). Stoichiometry and kinetics of poly-β-hydroxybutyrate metabolism in aerobic, slow growing, activated sludge cultures, Biotechnology and Bioengineering, 67, 4, 379-389.
• Daiger, G.T. and Grady, P.L., (1982). The dynamics of microbial growth on soluble substrates: A unifying theory, Water Research 16, 365-382.
• Dias, J.M.L., Lemos, P.C., Serafim, L.S., Oliveira, C., Eiroa, M., Albuquerque, M.G.E., Ramos, A.M., Oliveira, R. and Reis, M.A.M., (2006). Recent advances in polyhydroxyalkanoate production by mixed aerobic cultures: from the substrate to the final product, Macromolecular Bioscience, 6, 885-906.
• Dionisi, D., Beccari M., Di Gregorio, S., Majone, M., Papini, M.P. and Vallini, G., (2005) Storage of biodegradable polymers by an enriched microbial community in a sequencing batch reactor operated at high organic load rate, Journal of Chemical Thecnology and Biotechnology, 80, 1306-1318.
• Fritz, H.G., Seidenstucker, T., Bolz, U., Juza, M., Schroeter, J. and Enders, H.J., (1998). Production of thermoplastics and fibres based on mainly biological material in Meester, K.H.P., eds, Production of poly(3-hydroxyalkanoates) from waste streams, Delft, Todelft Press.
• Greenberg, A.E., Clesceri, L.S. and Eaton A.D., (1992). Standard Methods for the examination of water and wastewater, Washington DC. American Public Health Association.
• Lee, S.Y., (1996). Bacterial polyhydroxyalkanoates, Biotechnology and Bioengineering, 49, 1-14.
• Lemos, P.C., Serafim, L.S. and Reis, M.A.M., (2006). Synthesis of polyhydroxyalkanoates from different short-chain fatty acids by mixed cultures submitted to aerobic dynamic feding, Journal of Biotechnology 122, 226-238.
• Majone, M., Massanisso, P., Carucci, A., Lindrea, K. and Tandoi, V., (1996). Influence of storage on kinetic selection to control aerobic filamentous bulking, Water Science and Technology, 34, 223-232.
• Punrattanasin, W., Randall, A.A. and Randall, C.W., (2006). Aerobic production of activated sludge polyhydroxyalkanoates from nutrient deficient wastewaters, Water Science and Technology, 54, 8, 1-8.
• Reddy, C.S.K., Gai Rashmi, R. and Kalia, V.C., (2003). Polyhydroxyalkanoates: An overview, Bioresource Technology, 87, 137-146.
• Satoh, H., Iwamoto, Y., Mino, T. and Matsuo, T., (1998). Activated sludge as a possible source of biodegradable plastic, Water Science and Technology, 38, 2, 103-109.
• Serafim, L.S., Lemos, P.C., Oliveira, R. and Reis, M.A.M., (2004). Optimization of Polyhydroxybutyrate production by mixed cultures submitted to aerobic dynamic feeding conditions, Biotechnology and Bioengineering, 87, 2, 145-160.