Theses supervised by Prof. Dr. Halil Hasar
16 theses · Fırat University
Membran kapasitif deiyonizasyon yöntemi ile çöp sızıntı suyundan iyon giderimi
Deponi sahalarından kaynaklanan önemli bir çevre problemi olan çöp sızıntı suları yeraltı suyu ve yüzeysel sular için potansiyel tehlikeye yol açmaktadır. Biyodegradasyona dirençli organik madde amonyak azotu, ağır metal, klorlu organik ve inorganik tuzları içeriklerinden dolayı biyolojik prosesler özellikle yaşlı sızıntı sularını arıtmak için etkili değildir. Bu tezde, membran kapasitif deiyonizasyon sistemiyle çöp sızıntı sularından çeşitli iyonların uzaklaştırılması laboratuvar ölçekte incelenmiştir. Bugüne kadar, MKDI ünitesiyle yürütülen çalışmalar genellikle yeraltı suyu, evsel ve endüstriyel atık sulardan çeşitli iyonların uzaklaştırılmasına odaklanılmıştır. Deneyler, 0.5 – 5.0 V aralığındaki voltaj ve 15 – 120 dk aralığındaki temas sürelerinde yürütülmüştür. Sızıntı suyunda 4.0 V altında 15 dk temas süresinde maksimum fosfat giderimi (% 77) elde edilmiştir. 3.0 – 4.0 V voltaj uygulandığında, CI, NO3- ve NO2- iyonları ilk 15 dk' lık temas süresinde tamamen ortamdan uzaklaştırılmıştır. SO4-2 iyonu ise 3.0 - 5.0 V aralığında % 80 - % 85 oranında giderilmiştir. Benzer şekilde, 3.0 - 5.0 V aralığındaki voltaj uygulamalarında ilk 15 dk temas süresinde % 80 - % 88 aralığında Na+ iyonu uzaklaştırılmıştır. NH4+ iyon giderimi incelendiğinde, maksimum giderim verimi 3.5 V ve 120 dk' lık temas süresinde % 90 oranında elde edilmiştir. K+ iyonu, 2.5 V da % 37 oranında giderim sağlarken, 3.5 V'a yükseltildiğinde % 90 giderime ulaşılmıştır. Ca+2 iyonu için maksimum uzaklaştırma verimi 3.0 – 4.0 V voltaj aralığında % 70 olduğu gözlemlenmiştir.
Bingöl ilinde bulunan atıksu arıtma tesislerinin işletim problemleri ve çözüm önerileri
Arıtıma tesislerinin amacı atıksuların yasal mevzuatlara göre ekonomik ve bilimsel biçimde arıtmak ve alıcı ortamdaki canlılarla olan zararlı etkileşimleri minimum düzeye indirgemektir. Bu nedenle, bu tez çalışmasında Bingöl ili ve çevresinde bulunan atıksu arıtma tesislerinin proje ve tasarım verileri ile birlikte işletmeye alma ve işletme sürecinde karşılaşılan problemler belirlenerek, tesiste bulunan ekipmanların seçimi ve verimliliği, tesislerin daha verimli çalışabilmesi için işletim aşamalarında alınması gereken önlemler tartışılmıştır. Arıtma tesislerinin mevzuatlara uygun şekilde arıtım yapabilmesi, proseslerin doğru bir şekilde seçilmesi, tasarım ve inşaat aşamasında doğru ve planlı bir sürecin yürütülmesi, elektrik ve mekanik aksanların sorunsuz çalışması gibi birçok etkene bağlıdır. Çalışma sahasında arıtma tesislerinde karşılaşılan problemlerin başında proses seçiminde yapılan hatalar ile projelendirme aşamalarında yapılan öngörüler olduğu tespit edilmiştir. Bunun sonucunda işletim aşamasında debi ve kirlilik yüklerindeki tutarsızlıklar çeşitli problemlere yol açmakta ve çıkış suyu parametrelerinde mevzuatça belirlenen kriterler elde edilememektedir.
Kanatlı hayvancılık atıklarının biyogaz ve enerji kapasitesi
Kanatlı hayvan atıklarının işlenmeden çevreye bırakılması insan ve çevre sağlığını olumsuz yönde etkilemektedir. Köylerde kanatlı hayvan atıklarının işlenmeden direkt olarak tarım arazilerinde gübre olarak kullanılması hem toprak yapısını bozmakta hem de koku ve haşere problemlerini birlikte getirmektedir. Tarım arazilerinde kullanılacak bu atıklar öncelikle belirli işlemlerden geçirilmelidirler. Bu atıklar biyogaz muhtevası bakımından yüksek potansiyele sahiptir. Ancak içeriğindeki yüksek azot ve tuz muhtevası biyogaz eldesini olumsuz etkilemektedir. Bu atıklardan elde edilecek biyogaz ciddi bir enerji kaynağıdır. Ayrıca bu organik atıkların sürekli oluşması bu enerjiyi yenilenebilir enerji statüsüne sokmaktadır. Yenilenebilir enerjilerin tükenme riski yoktur. Enerjinin aşırı önem arz ettiği günümüzde biyogaz enerjisi tükenebilir nitelikteki enerji kaynaklarına iyi bir alternatiftir. Bu çalışmanın amacı, bu atıklardan optimum şekilde biyogaz eldesi ve sonra kalan posanın tarım arazilerinde gübre olarak kullanılması için farklı atıkların karıştırılarak biyogaz potansiyelinin artırılmasının sağlanmasıdır. En verimli biyogaz üretiminin sağlanması için yapılan çalışmalar 1L hacimli tam karışımlı ve anaerobik koşulların sağlandığı reaktörlerde gerçekleştirilmiştir. 8 farklı periyotta yapılan bu araştırmada süt entegre tesisi atığı miktarı sabit tutularak kanatlı atığının miktarı sırasıyla 0g, 1g, 5g, 10g, 25g, 50g, 75g ve 100g olacak şekilde biyoreaktör düzeneği kurulmuştur. Her periyodun girişinde ve çıkışında pH, katı madde (KM), uçucu katı madde (UKM), kimyasal oksijen ihtiyacı (KOİ), toplam azot, ortofosfat, alkalinite ve iletkenlik değerleri ölçülmüştür. İlk periyot sistemin alışması için yapılmış ve bu periyotta da tüm değerler ölçülmüştür. Kanatlı atığının reaktöre verildiği ilk periyot hariç diğer periyotlarda pH nötr seviyelerde kalmıştır. Her periyotta kanatlı atığının artmasıyla oluşan biyogaz miktarı da doğrusal olarak artış göstermiştir. Toplam katı madde(TKM), katı madde (KM) ve iletkenlik değerleri de doğrusal olarak artış göstermiştir. Kanatlı atıklarının çevreye bilinçsiz atılmasıyla yaşanan sorunlar, içeriğindeki yüksek biyogaz muhtevası ve ülkemiz enerji ihtiyacına yapacağı katkılar düşünülürse biyogaz tesislerinin sayıları artırılmalı ve biyogaza gereken önem verilmelidir.
Gözenekli ve gözeneksiz hidrofobik gaz transfer hollow fiber membranların üretimi ve uygulaması
Bu doktora tezi kapsamında, kuru ve ıslak faz ayrımı metoduyla gözenekli ve gözeneksiz hidrofobik gaz transfer ince boşluklu membranların üretimi ve karakterizasyon çalışmaları yapılmıştır. Ayrıca karakterizasyon sonuçlarına göre en iyi gaz transfer performansı gösteren ince boşluklu membran laboratuvar ölçekli O2 ve H2'e dayalı membran biyofilm reaktörlerde kullanılabilirliği test edilmiştir. İnce boşluklu membranların üretim ve karakterizasyon çalışmaları Prof. Dr. Dinçer Topacık Ulusal Membran Teknolojileri ve Araştırma (MEM-TEK) laboratuvarlarında gerçekleştirilmiştir. Pilot ölçekli ince boşluklu membran üretim cihazı kullanılarak kuru ve ıslak faz ayrımı metoduyla ince boşluklu membranlar üretilmiştir. Üretim çalışmalarında membran morfolojisi ve performansına etki eden parametrelerden çekme ve iç koagülant çözeltilerinin içeriği ve hava boşluğu mesafesi değiştirilerek denenmiştir. Çekme çözeltisinde ağırlıkça %20-30 PVDF (Poliviniliden Florid), ağırlıkça %2,5-5 PA (Propiyonik Asit) ya da PVP K10 (Polivinilpirolidon) ve NMP (N Metil Pirolidon) karışımları, iç koagülant sıvısı olarak ya tamamen su ya da %70 ve 90 oranlarında NMP ile su karışımları kullanılmıştır. Üretimler 0 ve 10 cm'lik hava boşluğu mesafelerinde gerçekleştirilmiştir. Her üretim prosesi öncesi çekme çözeltisinden alınan numunelerin viskozite değerleri ölçülmüştür. Üretilen bütün membranların karakterizasyon çalışmaları yapılmıştır. İnce boşluklu membranların karakterizasyon çalışmaları Stereo ve SEM görüntülerinin alınması, yüzey temas açılarının tespiti, gerçekleştirilen FTIR-ATR analizleri, yüzey pürüzlülüğü ölçümleri, mekanik dayanım testleri ve gaz transfer performanslarının belirlenmesiyle tamamlanmıştır. SEM görüntülerinin ışığında tez kapsamında hedeflenen gözenekli ve gözeneksiz ince boşluklu membranların üretildiği sonucuna varılmıştır. Gaz transfer performans testleri sonucu çekme çözelti kompozisyonu ağırlıkça %25 PVDF / 70 NMP / 5 PVP K10, iç koagülant sıvısının ise tamamen su olduğu ve 10 cm'lik hava boşluğu mesafesinde gerçekleştirilerek üretilen ince boşluklu membranın en yüksek oksijen transfer katsayısına sahip olduğu tespit edilmiştir. FTIR-ATR analizleriyle PA'nın membran matriksinde tutulmadığı görülmüştür. Bu nedenle gaz transfer performansını arttıracağı öngörülen PA'nin bu anlamda bir etkisi olmamıştır. Üretim ve karakterizasyon çalışmalarının devamında en iyi gaz transfer özelliğine sahip ince boşluklu membran O2'e ve H2'e dayalı membran biyofilm reaktörlerde gaz transferi ve destek tabakası görmesi amacıyla kullanılmıştır. Çalışmanın bu kısmında hidrojene ve oksijene dayalı membran biyofilm reaktörlerinde (MBfR) nitrat indirgenmesi ve amonyum oksidasyonu incelenmiştir. Farklı hidrolik bekletme süreleri (HRT) ve farklı gaz basınç şartları denenmiştir. Her iki sistemde reaktörlerin ilk çalışma şartları dikkate alınmadığında H2'e dayalı membran biyofilm reaktöründe en yüksek nitrat azotu giderimi hidrolik bekletme süresinin 12 st, hidrojen gaz basıncının 4 psi ve 10 mg/L giriş nitrat azotu beslemesinin yapıldığı işletme şartlarında %74 şeklinde gerçekleşmiştir. O2'e dayalı membran biyofilm reaktöründe en yüksek amonyum oksidasyonu hidrolik bekletme süresinin 7,5 st, oksijen gaz basıncının 4 psi ve 15 mg/L giriş amonyum azotu beslemesinin yapıldığı işletme şartlarında %83 şeklinde gerçekleşmiştir. Reaktör işletimi sırasında ince boşluklu membran gaz transfer görevini kabarcıksız bir şekilde gerçekleştirmiştir.
Membran biyofilm reaktöründe biyofilm kalınlığının sinyal iletiminin önlenmesi yöntemi ile kontrolü
Membran biyofilm reaktörü (MBfR), içme suyu ve atıksu arıtımı için gelecekte yaygın olarak kullanılma potansiyeli olan bir ileri arıtım teknolojisidir. MBfR, membran fiberlerinin kullanılarak difüzyon ile gaz transferinin sağlandığı ve biyofilm büyümesi için etkin bir yüzey sağlaması açısından dikkat çekici bir teknoloji olarak göze çarpmaktadır. MBfR sistemlerinin temel problemi, membran yüzeyindeki biyofilm kalınlığının kontrolsüz bir şekilde artışıdır. Biyofilm kalınlığının artışı ile membran yüzeyinde fazla biyokütle birikimi üniform olmayan gaz transferine neden olur ve buna bağlı olarak sistem performansı düşer. Membran yüzeyinde hızlı biyokütle oluşumu, MBfR sistemlerinin içme suyu ve atıksu arıtma tesislerinde yaygın bir şekilde kullanımını kısıtlayan ana unsurlardan biridir. Bu çalışmada, biyofilm kontrolüne olanak sağlayan "Sinyal iletiminin önlenmesi (Quorum quenching)" yöntemi ile bu problemin önüne geçilebileceği düşünülmektedir. Çalışmada oksijen tabanlı MBfR (O2-MBfR) sisteminde Quorum quenching (QQ) yöntemi kullanılarak biyofilm kalınlığı kontrol altında tutulmaya çalışılmıştır. Bu amaçla, başlangıçta tek bir izole edilmiş QQ bakterisi denenerek biyofilm kalınlığı optimum düzeyde tutulmaya çalışılmış ve sistem performansının sürdürülebilirliği araştırılmıştır. İkinci aşamada ise farklı ortamlardan QQ aktivitesine sahip bakteri izolasyonu gerçekleştirilerek en yüksek QQ aktivitesi gösteren türler reaktörlere aljinat boncuklara immobilize edilerek eklenmiş ve O2-MBfR performansına etkileri araştırılmıştır. Tez çalışması kapsamında, O2-MBfR'nde QQ aktivitesi ve reaktör performansına etkisi, membran yüzeyindeki biyofilm yapısı ve biyofilm içerisindeki mikrobiyal türlerin değişimi detaylı bir şekilde incelenerek biyofilm kontrolünün reaktör performansına etkisi araştırılmıştır. Burada asıl hedef, sistemin arıtım performansı değil O2-MBfR sisteminde biyofilm kalınlığını QQ uygulamaları ile kontrol altında tutarak sistem performansına etkilerini araştırmaktır. Rhodococcus sp. BH4 bakterisi için elde edilen çalışma sonuçları membran yüzeyindeki biyofilm kalınlığının özellikle 12 sa hidrolik bekletme zamanı (HRT) değeri, 6 psi O2 gaz basıncı ve 15 ml QQ boncuk konsantrasyonunda etkin düzeyde tutulduğunu göstermiştir. Bakteri izolasyonu sonucunda en yüksek QQ aktivitesi gösteren türler Bacillus methylotrophicus, Klebsiella pneumoniae, Lysinibacillus fusiformis, Achromobacter xylosoxidans şeklinde sıralanabilir.
Atıksu arıtma tesislerinin sürdürülebilirliği için verimlilik projeleri; Malatya İleri Biyolojik Atıksu Arıtma Tesisi örneği
Bu çalışmada kentsel atıksu arıtım yöntemleri ve atıksu hakkında bilgi verildikten sonra, Malatya İleri Biyolojik Atıksu Arıtma Tesisinde Enerji dengesi detaylıca incelenmiş ve tesiste enerji harcayan ekipmanlar tespit edilerek arıtma verimini düşürmeden alınabilecek önlemler ile enerji üretimi için gerekli ekipmanlar ve sistemler anlatılmıştır. Tesis de mevcut olan enerji analizörleri hariç, 7 farklı noktaya sayaç takılarak günlük olarak raporlamalar yapılmıştır. Tesis içi enerji tüketimini oluşturan özellikle yüksek güçteki ekipmanlar detaylıca irdelenerek yeni teknolojik gereksinmlere karşılık gelen ürünler ile değişimi incelenmiştir. 2005 yılı ila 2017 yılları arasında m3 başına harcanan birim enerji tüketimi (kwh/m3) ortalama 0,209 olup, en fazla 0,299 en az 0,150 kwh/m3'dür. Tesis iç izlemeye yönelik olarak günlük olarak birden çok noktadan numuneler alınarak analiz edilmiştir. Aylık bazda görülebilmesi için tesisin farklı noktalarına takılan sayaçların çıktıları ile yeni ekipman takılmasında kazanılacak faydalar detaylıca açıklanmıştır. Arıtma tesisinde 2017 yılı ortalama değerleri çerçevesinde % 93 AKM, % 90 KOİ, % 85 BOİ5, % 75 TN ve % 82 TP giderimi yapılmıştır. Yapılan çalışma sonucunda öncelikli olarak karbon salınımı ve enerji maliyetini düşürmek adına yeni nesil blower ve çevre aydınlatma değişimi ile eski tip olan pompaların revize edilerek enerji verimliliği yüksek pompa temin edilmesi ve güneş enerji santrali kurulduğunda tesis enerji tüketimi 5.026.764 kwh azalacağı, 2.865.255,84 TL kazanç sağlanacağı hesap edilmiştir.
Asit/baz üretimi için bipolar membran üretimi
Bipolar membranlar arafazları vasıtası ile suyu elektrik ortamında OH- ve H+ iyonlarına dönüştüren iyonik membranlar olarak adlandırılırlar. Bu tezin amacı asit ve baz geri kazanımında kullanılacak bipolar membranı üretmek ve bu membranları elektrodiyaliz hücresinde kullanmaktır. Bu çalışmada toplam 5 uygulama sunulmuştur. Birinci uygulamada (çözücüsü kloroform olan BPM) çeşitli anyon değiştirici ve kalınlıklar denenerek döküm yapılmıştır. İkinci uygulamada (Çözücüsü kloroform olan ve FeCl3 ile adsorplanan) ise birinci uygulama şartlarına ilave olarak FeCl3 ile muamele edilmiştir. Üçüncü uygulamada, birinci uygulamadan farklı olarak katyon ve anyon değiştirici tabakalar belli oranda karıştırılıp ara tabaka olarak dökülmüştür. Dördüncü uygulamada (Çözücüsü dimetilformamid olan) ise birinci uygulamadan farklı olarak çözücüsü dimetilformamid olan membranlar üretilmiştir. Son olarak beşinci uygulamada (Çözücüsü dimetilformamid olan ve polistrinden elde edilen PKMS'li), laboratuvar şartlarında polistrin'den poliklorometilstrin üretilip bipolar membranlar dökülmüştür. Çözücüsü kloroform olan bipolar membranların en düşük elektiriksel direnci 4.77 ohm ile 5 nolu membran, en yüksek membran direnci ise 290 ohm ile 2 nolu membran olmuştur. Benzer ölçümler diğer uygulama şartları için de belirlenmiştir. Çözücüsü kloroform olan ve FeCl3 ile adsorplanan en düşük bipolar membran direnci ise 9.24 ohm (17 nolu membran) en yüksek membran direnci ise 34 ohm (15 nolu membran) olarak hesaplanmıştır. Üçüncü uygulamada üretilen membranlar elektriği iletmemiştir. Çözücüsü dimetilformamid olan en düşük bipolar membran direnci 0.36 ohm (28 nolu membran), en yüksek membran direnci ise 4,32 ohm (36 nolu membran) olarak belirlenmiştir. Çözücüsü dimetilformamid olan ve polistrinden elde edilen PKMS'li bipolar membranların en düşük bipolar membran direnci 1,5 ohm (37 nolu membran), en yüksek membran direnci ise 9 ohm (45 nolu membran) olarak belirlenmiştir. Ayrıca çözücüsü kloroform olan bipolar membranların Na2SO4 tuzundan H2SO4 üretiminde pH 3.84'den 3.81'e ancak çözücüsü dimetilformamid olan bipolar membranlarda ise pH 3,7'den 2.57'e düşürüldüğü tespit edilmiştir. Aynı şekilde çözücüsü dimetilformamid olan ve polistrinden elde edilen PKMS'li bipolar membranlarda pH 3.95'den 2.55'e düşürülmüşken, çözücüsü kloroform olan ve FeCl3 ile adsorplanan membranlarının kullanıldığı asit üretimi performansında pH 3.84' den 3.12'ye düşürülmüştür. Ayrıca tez kapsamında baz üretimi denemeleride yapılmıştır. Bu kapsamda çözücüsü dimetilformamid olan bipolar membranlar pH'yı 10.96 dan 11.62'ye yükseltmiştir. Çözücüsü dimetilformamid olan ve polistrin'den elde edilen PKMS'li bipolar membranlar ise baz üretiminde pH'yı 9.15'den 10.35'e yükseltmiştir. Anahtar kelimeler: Bipolar membran, elektrodiyaliz, klorometilasyon, elektiriksel direnç
İleri biyolojik atıksu arıtma tesislerinde çamur yönetimi
Ülkemizde sayısı sürekli artan ileri biyolojik atıksu arıtma tesislerindeki fosfor ve karbon giderimi kaynaklı proses sonucunda arıtma çamuru meydana gelmektedir. Eşdeğer nüfusu yüksek olan tesislerde, atıksu kirlilik yükleri artmakta ve her gün tonlarca çamur oluşmaktadır. Bu durum, ileri biyolojik atıksu arıtma tesislerinde çamurun doğru değerlendirilmesi ve bertarafını içeren yönetimin belirlenmesini zorunlu kılmıştır. Tez çalışması, Malatya İleri Biyolojik Atıksu Arıtma Tesisi'nin dizayn değerleri ve 2017-2018 işletme verileri dikkate alınarak hazırlanmıştır. 2017-2018 yılları arasında ortalama 99.312 m3/gün debide atıksuyun arıtıldığı ve %16-20 katı madde içeren 73 ton/gün çamurun oluştuğu artıma tesisinin 2.kademe artışı incelenmiştir. Kademe artışıyla tesise gelecek kirlilik yükü, oluşacak ön ve son çöktürme çamur miktarları, çamurun biyogaz üretimine etkisi, çamur kurutma ve bertaraf seçenekleri değerlendirilmiştir. 2. kademeyle birlikte arıtma tesisi kapasitesinin 850.000 eşdeğer nüfusa artacağı hesap edilmiştir. Ön ve son çöktürme çamurları anaerobik çürütücülerde stabilize edilmiş ve çamurun organik kısmı azalmıştır. Çamur susuzlaştırma ünitesinden nihai olarak, %25 KM içeren 75 ton/gün çıkan çamur oluşacağı hesap edilmiştir. İnşa edilecek anaerobik çürütücülerde oluşan biyogaz ile tesisin en az %30 enerji tüketiminin biyogazdan karşılanacağı hesap edilmiştir. Çamur kurutma sistemlerinin nihai bertaraf seçeneğine göre değerlendirilmesi yapılmıştır. Malatya ili özelinde sürdürülebilir yöntemler üzerinde yapılan değerlendirmede, tesiste üretilecek stabilize çamurun en ekonomik bertaraf yöntemi düzenli depolamadır. Ancak bu seçenek depolama alanın kısıtlı olması sebebiyle uygun görülmemiştir. Anaerobik stabilzasyon sonrasında solar kurutma ile toprakta kullanım uygun görülmüştür. Ayrıca termal kurutmayla ≥ %90 KM değerine ulaşan çamurun termal olarak da bertaraf edilebileceği değerlendirilmesi yapılmıştır.
Çoklu tetrasiklin grubu karışımının hidrojen ve oksijene dayalı membran biyofilm reaktörlerinde giderimi
Tetrasiklin antibiyotikler (TCs) yaygın olarak insan tedavisi, hayvan tedavisi ve tarımda kullanılan geniş spektrumlu antimikrobiyal bileşiklerdir. Bu çalışmada hem H2'ye hem de O2'ye dayalı MBfR'larda eş zamanlı tetrasiklin, oksitetrasiklin, klortetrasiklin ve azotlu bileşiklerin giderimi çalışılmıştır. Hidrojene dayalı MBfR'da eş zamanlı olarak TC, OTC, CTC ve NO-3 giderimi çalışılırken, oksijene dayalı MBfR' de eş zamanlı olarak TC, OTC, CTC ve NH4 giderimi çalışılmıştır. Reaktörler 4 psi gaz basıncında ve 1-10 saat arasında değişen HRT' lerde işletilmiştir. Ayrıca çalışma sonuçlarına göre antibiyotik giderim verimleri, akı değerleri, hidrojen ve oksijen eşdeğer akıları hesaplanmıştır. Çalışma sonuçlarına göre H2-MBfR' de 10 saatlik HRT' de antibiyotik giderim oranları TC, OTC ve CTC için sırasıyla %93, % 91 ve % 99 olarak bulunmuştur. HRT 5 saate düşürüldüğünde giderim oranları sırasıyla % 66, % 69 ve % 91 'e düşmüştür ve HRT 1 saate alındığında antibiyotik giderim oranları belirgin düşüşler göstererek TC, OTC ve CTC için sırasıyla % 14, % 24, % 42 olarak hesaplanmıştır. Akı değerleri 10 saatlik hidrolik bekleme süresinde ortalama TC akısı 2,23 mg/m2.gün, ortalama OTC akısı 2,52 mg/m2.gün ve ortalama CTC akısı 2,87 mg/m2.gün olarak bulunmuştur. 1 saatlik HRT değerinde akı ve hidrojen eşdeğer akıları artış göstererek TC, OTC ve CTC ortalama akıları sırası ile 4,08 mg/m2.gün, 6,72 mg/m2.gün, 12,12 mg/m2.gün olarak bulunmuştur. O2-MBfR' de yapılan çalışma sonuçlarına göre ortalama TC giderim verimi %53, ortalama OTC giderim verimi %55, ortalama CTC giderim verimi % 71 olarak bulunmuştur. 5 saatlik hidrolik bekleme süresinde TC, OTC ve CTC ortalama giderim verimleri sırası ile % 21, % 37 ve % 45 olarak bulunmuştur. HRT 1 saate düşürüldüğünde giderim verimleri daha da kötüleşerek % 7, % 24 ve % 32 olarak bulunmuştur.10 saatlik hidrolik bekleme süresinde çoklu antibiyotik karışımındaki ortalama TC akısı 1,57 mg/m2.gün, ortalama OTC akısı 1,61 mg/m2.gün ve ortalama CTC akısı 2,08 mg/m2.gün bulunmuştur. 1 saatlik HRT değerinde ise TC, OTC ve CTC ortalama akıları sırası ile 1,92 mg/m2.gün, 7,08 mg/m2.gün, 9,36 mg/m2.gün olarak bulunmuştur. Anahtar kelimeler: Membrane Biofilm Reactor, Tetrasiklin, Oksitetrasikline, Klortetrasikline, Giderim Akısı, Eşdeğer Akı
Atıksu kullanılarak mikrobiyal yakıt hücresi ile elektrik üretimi
Mikrobiyal yakıt hücreleri elektrik enerjisi üretmek için bakteriyel metabolizmaların kullanıldığı bir biyoreaktördür. Organik atıklardan elde edilen enerji üretimini iyileştirmek maksadı ile son yıllarda MYH'ler ile ilgili çalışmaların sayısı artmıştır. MYH'ler anot bölmesi, katot bölmesi, katyon seçici membran ve bir elektrik devresinden oluşmaktadır. Anot bölmesinde bulunan bakteriler mevcut olan organik maddeleri oksitler ve proses içerisinde elektronları ve protonları oluşturur. Yanma işleminden farklı olarak, elektronlar anot bölmesinde absorplanır ve katot bölmesine bir elektrik devresi kullanılarak aktarılır. Üretilen H+ iyonları ise katyon seçici membrandan geçerek katot bölmesine ulaşır ve oksijen ile birleşip su moleküllerini oluşturur. MYH'lerde üretilen güç anot bölmesinde kullanılan mikroorganizma türüne, MYH'nin şekline ve işletme şartlarına bağlıdır. Bu çalışmada, medyatörsüz ortamda iki farklı sentetik atıksu ile mikrobiyal yakıt hücrelerinde üretilen enerji yoğunlukları detaylıca araştırılmıştır.Anahtar Kelimeler: Mikrobiyal yakıt hücresi (MYH), Elektrik üretimi, Katyon seçici membran
Hidrojene dayalı membran biyofilm reaktör ile tetrakloroetilenin biyolojik olarak indirgenmesi
Çeşitli endüstrilerde ve temizlik işlemlerinde çözücü gibi farklı amaçlarla kullanılan ve kanserojen olarak sınıflandırılan tetrakloroetilen (PCE) yüzey ve yeraltı sularında kirlenmeye neden olmaktadır. Bu nedenle su ortamından uzaklaştırılması önem arz etmektedir. Bu çalışmada, H2 esaslı membran biyofilm reaktör kullanılarak tetrakloroetilenin (PCE) içme sularında biyolojik olarak etene (ETH) indirgenmesi amacıyla deneysel çalışmalar yürütülmüştür. Deneysel çalışmalar sonucunda, PCE'nin ETH'e kadar indirgenerek halojensizleştirilmesi, indirgenme hızının tespiti, indirgenme akısının tespiti, hidrojen gazının biyofilm tarafından kullanılma hızının belirlenmesi ve halojensizleştirme basamaklarında mikrobiyal türlerin tanımlanması amaçlanmıştır. Bu amaçları elde etmek için bir adet H2 esaslı anaerobik reaktör, bir adet tam karışımlı H2 esaslı membran biyofilm reaktör ve dört adet sirkülasyonlu H2 esaslı membran biyofilm reaktör kurulmuştur. Bu reaktörlerden bazıları hem PCE hem de TCE ile beslenmiş olup hem kesikli hemde sürekli işletilmiştir.Çalışma sonucunda, hem H2 esaslı anaerobik reaktör hem de H2 esaslı membran biyofilm reaktörler ile hem PCE hemde TCE biyolojik olarak etene (ETH) kadar indirgenmiştir. Bu biyolojik proses esnasında alınan biyofilm örneklerinde mikrobiyal türler tanımlanmış olup PCE'nin ETH'e kadar dönüşümünde en önemli mikroorganizma olan dehalococcoides türü bakteriler tespit edilmiştir. Ayrıca, H2 esaslı membran biyofilm reaktörlerde elektron alıcı miktarlarına bağlı olarak halojen elektron eşdeğer akı değerleri ortalama 0,0003 ile 0,0058 e-eq/m2.gün aralığında, nitrat elektron eşdeğer akı değerleri ortalama 0,00541 ile 0,1391 e-eq/m2.gün aralığında ve sülfat elektron eşdeğer akı değerleri ortalama 0,01112 ile 0,165 e-eq/m2.gün aralığında tespit edilmiştir. H2 esaslı membran biyofilm reaktörlerde biyofilm tarafından kullanılan H2 miktarı ise ortalama 0,283 ile 1,513 gH2/m2.gün aralığında tespit edilmiştir.
Oksijene dayalı membran biyofilm reaktöründe gaz basıncının ve amonyum yükünün nitrifikasyona etkisi
Nehirlere veya göllere yüksek azot deşarjı, aşırı alg büyümesine yol açtığından dolayı su kalitesinde bozunmalara yol açmaktadır. Düşük arıtma maliyetinden dolayı biyolojik azot giderimi temel olarak iki aşamada gerçekleşmektedir. Birinci aşama, amonyumun nitrat ve nitrite oksidasyonunu kapsayan nitrifikasyon prosesidir. BOİ oksidasyonu/nitrifikasyon prosesinde hetetrof ve ötotrof bakteriler arasındaki rekabet, hetetrofların büyüme hızlarının daha yüksek olmasından dolayı nitrifiyeleri olumsuz etkilenmektedir. Daha iyi bir azot giderimi için, denitrifikasyon öncesinde nitrifikasyon prosesinin başarılı bir şekilde gerçekleşmesi gerekmektedir.Hidrofobik gaz transfer membranlarının kullanıldığı membran biyofilm reaktörü (MBfR)'nde, kabarcıksız gaz difüzyonundan dolayı, oksijen elektron alıcı olarak biyofilmdeki nitrifiyeler tarafından etkili bir şekilde kullanılmıştır. Bu çalışmada, oksijene dayalı MBfR reaktöründe farklı oksijen basıncı ve amonyum yükleri altında nitrifikasyon prosesi detaylı olarak incelenmiştir. Bu amaçla sistemde, biyofilm oluştuktan sonra oksijen basıncı 6 psi'den 0,5 psi'ye kadar kademeli olarak indirilmiştir. Diğer taraftan hidrolik bekleme süresi de 1-7,5 saat aralığında değiştirilmiştir. 0,5 psi'de optimum bekleme süresi 2,5 saat olarak belirlenmiştir. Amonyum yükü 4,4 g N/m2-gün olduğunda tam nitrifikasyon gerçekleşmiştir. Bu durumda nitrifikasyon hızı ortalama 3,98 g N/m2-gün ve oksijen akısı 9,2 g O2/m2-gün olarak belirlenmiştir. PCR-DGGE teknikleri ile sistemdeki etkin mikroorganizma türleri de belirlenmiştir.Anahtar kelimeler: Membran Biyofilm Reaktörü, Nitrifikasyon, Mikrobiyal Ekoloji
Membran biyofilm reaktöründe tetrasiklin giderimi
Tetrasiklinler, insan ve özellikle çiftlik hayvanlarının hastalıklarını önlemek ve gelişimlerini artırmak için kullanılan antibiyotiklerdendir. Günümüzde artan hayvan yetiştiriciliği faaliyetleri sonucu su ortamlarında önemli ölçüde antibiyotik kirliliği oluşmuştur. Özellikle insan kaynaklı antibiyotiklerden olan tetrasiklinler, atıksu arıtma tesislerinde yüksek dirençlerinden dolayı parçalanamamakta ve ancak az bir kısmı giderilebilmektedir. Yapılan bu tez çalışmasında, hidrojen ve oksijene dayalı membran biyofilm reaktör (MBfR) sisteminde tetrasiklin giderimi araştırılmıştır. Tetrasiklin bileşiğinin biyolojik indirgenme mekanizmasını anlamak için MBfR sisteminde elektron verici olarak H2, birincil elektron alıcı olarak nitrat ve ikincil elektron alıcı olarak tetrasiklin kullanılmıştır. Çalışmada elde edilen en yüksek tetrasiklin giderimi % 85 iken, denitrifikasyon verimi % 99'un üzerinde gerçekleşmiştir. Reaktörde herhangi bir şekilde nitrit birikimi görülmemiştir. Tetrasiklinlerin biyolojik oksidasyon mekanizmasını anlamak için ise elektron alıcı olarak O2, birincil elektron verici amonyum ve ikincil elektron verici olarak tetrasiklin kullanılmıştır. Çalışmada elde edilen en yüksek tetrasiklin giderimi yaklaşık % 70'tir. Reaktörde nitrifikasyon süreci etkili bir şekilde gerçekleşmiş ve maksimum verim değeri % 99 olarak tespit edilmiştir. Anahtar Kelimeler: Membran biyofilm reaktörü, Oksijen, Hidrojen, Elektron verici, Elektron alıcı, Tetrasiklin, Nitrifikasyon, Denitrifikasyon.
Membran-biyofilm hibrit sisteminde oksitetrasiklin giderim mekanizması
Oksitetrasiklinler (OTC), insan ve özellikle çiftlik hayvanlarının hastalıklarını önlemek ve gelişimlerini arttırmak için uygulanan geniş spektrumlu antibiyotiklerdendir. Bu çalışmada hem H2'ye hem de O2'ye dayalı MBfR'larda eş zamanlı oksitetrasiklin, NO-3 ve NH4-N giderimi çalışılmıştır. Hidrojene dayalı MBfR'da eş zamanlı OTC ve NO-3 giderimi çalışılırken, O2' li reaktörde de eş zamanlı NH4 ve OTC giderimi çalışılmıştır. Çalışma süresi boyunca H2' li reaktör için 0,4- 0,5 ppm OTC ve 20 ppm NO3-N ile beslenirken, O2'li reaktörler için de 0,1-0,4 ppm OTC ve 20 ppm NH4 ile beslenmiştir. Her iki reaktör gaz basınçları 2-6 psi aralığında işletilmiştir. H2'li reaktörlerde HRT 5-24 saat'de tutulurken, O2' liler de 7,5-24 saat'de tutulmuştur. H2'li reaktörlerde OTC akısı 0,4-10 mg/m2. g iken NO-3-N akısı 17,3-568 mg/m2.g olarak elde edilmiştir. O2'li reaktörlerde ise, OTC akısı 0,17-5 mg/m2.g iken NH4+-N akısı 17,4-420 mg/m2.g aralığında değişmiştir. Aynı zamanda H2'li reaktörlerde parçalanma ürünleri olan EPİ - OTC, ALPHA - OTC, BETA - OTC sırasıyla maksimum 1, 30, 23 ppb olarak tesbit edilirken, O2'li reaktörlerde ise 1, 13, 4 ppb olarak bulunmuştur.
Hayvansal atıkların enerji amaçlı kontrolünün karbon ayak izine etkileri
İnsan nüfusunun hızla artması ve yenilenemeyen enerji kaynaklarının tükenmesi nedeniyle artan enerji talebi, yeni alternatif sürdürülebilir enerji kaynakları arayışının önde gelen nedeni olmuştur. Bugün, küresel enerji kaynaklarının üçte ikisinden fazlası fosil yakıtlardan meydana gelmektedir. Yenilenebilir enerji kaynakları arasında biyokütle, ham petrol bazlı petro-rafinerilerin yerini alacak gelecek vaat eden bir yenilenebilir enerji kaynağı olarak öngörülmektedir. Biyokütle, yakıt ve kimyasalların üretimi için nötr karbon, kolayca bulunabilen ve yenilenebilir bir hammaddedir. Dünya çapında, küresel birincil enerji ihtiyacının %9'unu sağlayan önemli bir yenilenebilir enerji kaynağıdır. Buna bağlı olarak, fosil kaynaklı yakıt kullanımı da hava kirliliği ve küresel ısınma gibi çeşitli çevresel sorunların ana nedeni olarak kabul edilmektedir. Bu nedenle, biyogaz üretimi gibi atıktan enerji teknolojilerinin kullanılmasının , yüksek küresel enerji tüketimi talebini karşılamak için en iyi seçeneklerden biri olduğuna inanılmaktadır. Alternatif yenilenebilir enerji kaynaklarının farklı türleri arasında, biyogaz üretimi kolay olduğu ve yakıtlar, elektrik için içten yanmalı jeneratörler, mikro türbinler, yakıt hücreleri vb. gibi çeşitli uygulamalarda doğrudan kullanılabileceği için tercih edilmektedir. Malatya, tarıma dayalı ekonomiden sanayiye dayalı ekonomiye hızlı bir geçiş yaşıyor. Ancak bu süreç her geçen gün hızlanırken, tarımın ekonomiye olan etkisi de önemini koruyor. Malatya'da tarımın önemli kollarından biri de hayvancılıktır. Topraklarının yaklaşık %54'ü çayır ve meralarla kaplı olması hayvan yetiştiriciliği için gerekli olan ortamın olduğunu göstermektedir. Malatya ili halihazırda biyokütle ve hayvansal atıktan elde edilebilecek biyogaz oranında ciddi değerlere ev sahipliği yapmaktadır. Coğrafik ve Topografik yapısından kaynaklı elverişli toprak yapısının yanında aktif ve dinamik bir Çiftçi yapısıyla biyogaz üretimi için gerekli ortam, koşul ve şartları sağlamaktadır. Yapılan çalışmada Malatya ili yıllık ve 2000 – 2020 yılları arası hesaplanan yaş atık miktarı, elde edilebilir biyogaz miktarı, elde edilebilir enerji miktarı hesaplanmış olup bunun yanında çevresel etkileri baz alınarak karbon ayak izi hesaplanmıştır aynı zamanda ilçe bazlı yorumlanmıştır. Sonuçlar doğrultusunda Malatya ili ve ilçelerin de yapılabilecek tesis lokasyonları belirlenmiş olup halihazırda kurulması planlanan hayvansal atıklardan elde edilebilecek tesis alanı belirlenmiş çevresel etkileri göz önüne alınmış ve ön maliyet tahminleri yapılmıştır.
Development of a wireless network system for the detection of water leaks in smart city infrastructure management
Solving the main problems encountered in cities with a science and technology approach brings the concept of smart city to us. Citizen-oriented solutions have offered to the problems experienced in smart cities, and a sustainable environment, high level of welfare, correct use and management of resources are aimed. IoT studies have used to transform traditional cities into smart cities. In this context, wireless monitoring techniques for the correct use of existing resources and the development of various applications to increase the welfare of citizens and accelerate the transformation to the digital world come to the fore. In this study, considering the main problems encountered in cities, the subject of why smart cities are needed has been discussed as a whole and the basic components of cities such as smart water management, smart waste management, smart city transportation and air pollution management in smart cities have been examined separately. In addition, due to the serious water losses in cities, a pipeline prototype was prepared in the laboratory environment to detect leaks in pipelines using the FSR sensor and nRF24L01 wireless communication module, and a wireless leak detection device was developed. The device determines the pressure level in the pipeline and transmits the data wirelessly to the internet environment. Various leak scenarios have been created on the pipeline prototype and the changes made by the leaks on the FSR sensor have been successfully transferred to the internet.