TR202019151A2 - Organomi̇neral i̇çeri̇kli̇ külleri̇n mi̇krobi̇yal çözündürülmesi̇ne yöneli̇k bi̇r yöntem ve bu yöntemi̇n kullanildiği bi̇r si̇stem - Google Patents

Abstract

Buluş, termik santrallerde yakılan organik atıklar veya tavuk gübresi külleri gibi organominerallerin mikrobiyal biyodegredasyonu sağlayan ve oluşan biyo ürünler sayesinde, bu küllerin sıfır atık hedefiyle ekonomiye geri kazandırılmasını sağlayan bir yöntem ve bu yöntemin kullanıldığı bir sistem ile ilgilidir.

Description

TARIFNAME ORGANOMINERAL IÇERIKLI KÜLLERIN MIKROBIYAL ÇÖZÜNDÜRÜLMESINE YÖNELIK BIR YÖNTEM VE BU YÖNTEMIN KULLANILDIGI BIR SISTEM Teknik Alan Bulus, organomineral içerikli küllerin mikrobiyal çözündürülmesine yönelik bir yöntem ve bu yöntemin kullanildigi bir sistem ile ilgilidir. Bulus özellikle, termik santrallerde yakilan organik atiklar veya tavuk gübresi külleri gibi organominerallerin mikrobiyal biyodegredasyonunu saglayan ve olusan biyo ürünler sayesinde, bu küllerin sifir atik hedefiyle ekonomiye geri kazandirilmasini gerçeklestirecek bir yöntem ve bu yöntemin kullanildigi bir sistem ile ilgilidir. Teknigin Bilinen Durumu Dünyada giderek artan ve etkili önlemler alinmamasi halinde canli yasamini tehdit eden en önemli problem çevre kirliligidir. Mevcut durumda basta büyük kentler olmak üzere bütün yerlesim yerlerinin atiklari sehrin uzaginda çöp depolama alanlarinda toplanmakta ve hiçbir islem yapilmadan çöp daglari olusturmakta ve zaman zaman biriken metan gazinin patlamasi ile yanginlar ve ölümcül kazalar yasanmaktadir. Bazi kati atik depolama alanlarindan elde edilen metan gazi ile enerji santralleri kurulmus olsa da söz konusu kati atiklar uzun yillar çürümeden öylece kalarak çevre kirliligi olusturup kötü kokular yaymakta ve yer alti sularina sizmalar ile de ayrica tehlikeli sonuçlar dogurmaktadir. Yine tavukçuluk sektöründe her bir çiftlikte günlük yüzlerce ton yas gübre ortaya çikmakta ancak bu gübrelerin de yakici etkileri nedeniyle dogrudan kullanimi mümkün olmamaktadir. Özellikle tavuk gübresi ve sehir çöp depolama sahalarinda biriken kati organik atiklar, kanalizasyon çamurlari vb., yakilarak elektrik enerjisi üretimi ve böylece bu atiklarin bertaraf edilmesi yöntemi, dünyada giderek yayginlasmaktadir. Bu amaçla kurulan enerji santrallerinde, söz konusu organik atiklarin yüksek sicaklikta yakilmasindan sonra ortalama %10-15 oraninda zengin mineral içerikli bir kül atigi kalmaktadir. Ancak bu organomineral içerikli küller içerisinde mevcut mineraller çözünmez inorganik bilesikler halindedir. Özellikle tavuk gübresi külünün kalsiyum orani çok yüksek olup (%20 üzerinde), lesi da çok bazik (pH=13-14 araliginda) oldugundan bu haliyle gübre olarak degerlendirilmesi mümkün olmadigi gibi çevreye birakilmasi da sakincali olup yasayla engellenmistir. Mevcuttaki bu probleme çözüm getirmek için organik atiklarin veya tavuk gübrelerinin yakilmasindan arta kalan organomineral içerikli küllerin faydali ürünlere geri dönüsümü saglanmalidir. Literatürde karsilasilan EP271844QB1 nolu patentte bir lignoselülozik materyali islemeye yönelik yöntem açiklanmaktadir. Bir biyoyakit üretimi amaçlanan yöntemde; bir lignoselülozik malzemenin islak ögütülmesi ve islak ögütme sirasinda bir jet mikserinin uygulanmasi; islak ögütmeden sonra lignoselülozik malzemeye bir enzim eklenmesi ve islak ögütme tamamlandiktan sonra lignoselülozik materyale bir mikroorganizma veya lignoselülozik materyalden elde edilen bir seker eklenmesi islem adimlarini içermektedir. RO12923081 numarali diger bir patent ise organik bir gübre elde etmek için, inorganik sentetik maddeler ilave edilmeden, odun sanayilesmesinden kaynaklanan fazla yan ürünler ve tatli peynir alti suyunun, aerobik biyodegradasyon isleminde kullanilmasina iliskindir. Burada lignin, selüloz ve hemiselüloz gibi parçalanmasi zor polisakkaritlerin aerobik biyolojik ayristirma ile (C / N orani 8 olan) tarimsal organik gübreye dönüstürme islemleri açiklanmaktadir. Mevcuttaki patentler organik atiklarin dönüsümüne yönelik çözümler sunmaktadir.Spesifik olarak organik atiklarin yakilmasi sonucu ortaya çikan organomineral içerikli küllerin biyodönüsümüne yönelik yöntemler bulunmamaktadir. Sonuç olarak yukarida anlatilan olumsuzluklardan dolayi ve mevcut çözümlerin konu hakkindaki yetersizligi nedeniyle ilgili teknik alanda bir gelistirme yapilmasi gerekli kilinmistir.Bulusun Kisa Açiklamasi Mevcut bulus, yukarida bahsedilen gereksinimleri karsilayan, tüm dezavantajlari ortadan kaldiran ve ilave bazi avantajlar getiren organomineral içerikli küllerin biyodönüsümü ile Bulusun öncelikli amaci, çesitli organik atiklarin ve tavuk gübrelerinin yakilmasindan arta kalan organomineral içerikli küllerin sivi kültürde mikrobiyal biyodegredasyonu (Biyolojik parçalanmasi) ve biyosolubilizasyonu (Biyolojik çözünürlügü) yoluyla bu küllerin atik olmaktan çikarilip faydali ürünlere dönüsümünü saglayan bir yöntem ve bu yöntemin kullanildigi bir sistem saglamaktir.Bulusun bir diger amaci, atik küllerin kolay ve düsük maliyetle bertarafini saglamaktir. Zira gerek tavuk çiftlik gübreleri gerekse sehir organik atiklarinin enerji eldesi için yakilmasiyla her gün tonlarca atik kül ortaya çikmaktadir. Bu küllerin mineral içerikleri zengin olmakla beraber minerallerin çözünmez formda bilesikler halinde olmalari, kül lelarinin 13-14 gibi yüksek seviyede alkali olmasi ve bazi toksik unsurlar içermeleri dogrudan kullanilabilmelerine imkan vermedigi gibi bu haliyle çevreye birakilmalari da sakincali olup yasal mevzuatla da engellenmistir. Her gün artan miktarlarda yigilan küller kapali alanlarda tutulamadigi için rüzgarla savrulup etrafa saçilmasi da uygun depolama alanlari olsa bile isletmeleri sikintiya sokmaktadir. Bu durumda atik küllerin zengin organomineral içeriginden yararlanilamadigi gibi stoklari da büyük bir problem olusturmaktadir. Bulusla birlikte organik atiklarin küllerinden olusan materyaller, yenilenebilir döngüye katilarak tamamen ortadan kaldirilmis olacak ve hem ilgili isletmeler hem de sehirler sürdürülebilir bir çevre ile daha saglikli yasamaya devam edeceklerdir. Bulusun bir diger amaci, sivi kültür ortaminda saglanan uygun sartlarda mikrobiyal biyodegredasyon (Biyolojik parçalanma) ve biosolubilization (Biyolojik çözünürlük) ve biyoakümülasyon (Biyomasin üzerinde biriktirmesi) gibi mekanizmalarin devreye girmesiyle atik kül çözünerek ortadan kalkarken iki yeni faydali ürün elde edilmesini saglamakti r. Bulusun bir diger amaci, yukarida bahsedildigi gibi külün sivi ortamda çözünmesiyle küldeki inorganik mineraller sivi faza geçmekte ve böylece bitki büyüme ve gelismesini destekleyecek ve daha baska amaçlarla (mikroorganizmalar için mineral bazal medium gibi) kullanilabilecek yararli bir sivi elde etmektir. Bulusun bir diger amaci, Kül çözünürlügünü saglayan mikroorganizma biyomasi, protein orani yüksek, toksisitesi olmayan yenilebilir bir mikroorganizmaya ait olmasi ve bu biyomasin sividan ayristirilip kurutulmasi ile hayvan yem katkisi (Balik, tavuk, civciv vs.) olarak degerlendirilmesidir. Yukarida anlatilan amaçlarin yerine getirilmesi için bulus organomineral içerikli küllerin mikrobiyal çözündürülmesine yönelik yöntem olup, - seçilen organomineral içerikli külün çözünmesini saglayacak uygun mikroorganizmalarin belirlenmesi, dogadan izolasyonu, saflastirilmasi ve stoklanmasi, - mikroorganizmayi sivi besiyerde çogaltarak asi kültürünün hazirlanmasi, - organomineral içerikli külün ilave edilerek sivi besiyerin hazirlanmasi, - mikroorganizmalarin gelismesi için karbon kaynagi besi yerine katilmasi, - hazirlanan besiyerine mikroorganizma asilanmasi ve inkübasyona birakilmasi, - inkübasyon sonucunda olusan biyomasin ve sivi fazin birbirinden ayrilmasi, - ayrilan biyomasin protein kaynagi olarak kullanimina yönelik toksisite testlerinin yapilmasi, - ayrilan sivi fazin biyogübre olarak kullanimina yönelik mineral analizin yapilmasi, Yukarida anlatilan amaçlarin yerine getirilmesi için bulus organomineral içerikli küllerin mikrobiyal çözündürülmesine yönelik sistem olup en temel halinde - kül çözünmesini saglayacak mikroorganizmanin yeterli miktarda sivi kültürde çogaltimi yoluyla asi materyalinin hazirlandigi bir asi (inokülüm) tanki; - kül çözme tankinda çok yüksek oranda alkali olan leyi nötr yapmak ve sistemde gereken optimum pH ayarlarinin yapilmasini saglayan asit çözeltisi içeren bir asit - sivi kültür ortaminda külün çözündürülmesinin saglandigi bir kül çözme tanki; - kül çözme tankinda olusan zengin mineral içerikli sivinin aktarilmasiyla olusan sivi ortamda yenilebilir tek hücre proteini üretiminin saglandigi bir biyomas olusturma reaktörü içermektedir. Bulusun yapisal ve karakteristik özellikleri ve tüm avantajlari asagida verilen sekiller ve bu sekillere atiflar yapilmak suretiyle yazilan detayli açiklama sayesinde daha net olarak anlasilacaktir ve bu nedenle degerlendirmenin de bu sekiller ve detayli açiklama göz önüne alinarak yapilmasi gerekmektedir.Bulusun Anlasilmasina Yardimci Olacak Sekiller Sekil 1, bulus konusu sistemin sematik görünümüdür. Çizimlerin mutlaka ölçeklendirilmesi gerekmemektedir ve mevcut bulusu anlamak için gerekli olmayan detaylar ihmal edilmis olabilmektedir. Bundan baska, en azindan büyük ölçüde özdes olan veya en azindan büyük ölçüde özdes islevleri olan elemanlar, ayni numara ile gösterilmektedir.Referanslarin Açiklamasi 1. Asi (Inokülüm) Hazirlama Tanki 2. Asit tanki Melas ( Karbon kaynagi) tanki Kül çözme reaktörü Kül tanki Biyomas olusturma reaktörleri Tasima bantlari Karistirici motoru Hava pompasi Kapaklar Karisticilar Gösterge ve kumanda paneli Su girisi Aktarma borulari Gaz çikis borulari Kül kanali Tahliye kanali Destek üniteleri 22. Külü basinçla iten kompressör 23. Kül çözme reaktörüne tasiyici kanallar Bulusun Detayli Açiklamasi Bu detayli açiklamada bulus konusu Ievha yapilanmasi sadece konunun daha iyi anlasilmasina yönelik olarak ve hiçbir sinirlayici etki olusturmayacak sekilde açiklanmaktadir. Bulus, basta tavuk gübresi külleri olmak üzere bütün organomineral içerikli küllerin mikrobiyal yöntemle çözündürülmesi ile ilgilidir. Sivi kültürde mikrobiyal parçalanma (Biyodegredasyon) ve çözündürme (Biosolubilization) sonucu kül içerisinde mevcut azot, fosfat gibi makro elementler basta olmak üzere potasyum, magnezyum, demir vb. birçok mikro elementler de çözününür hale gelmektedir. Sivi fazda çogalan mikrobiyal biyomas filtre edilip ayristirildiginda kalan sivi, çözünmüs halde zengin mineral içerigi ile bitki büyüme ve gelisimi için dogrudan veya pH ayari gibi basit müdahaleler ile organik nitelikli sivi gübre olarak kullanilabilmektedir. Ayrica bu sivi gübre, üzerinde çesitli manipülasyonlar ile farkli ürünlere dönüstürülme potansiyeli oldugu gibi mikrobiyal biyosentezlerde etkili bir bazal mineral medium olarak kullanimi da mümkündür. Diger taraftan filtrasyonla sividan ayristiriImis olan mikrobiyal biyomas kismi da amaca uygun mikroorganizma seçimine bagli olarak toksik olmamak kaydiyla tek hücre proteini olarak degerlendirilmektedir. Bulus kapsaminda, Mikrobiyal ayristirma (Biyodegredasyon) islemi mevcut teknikte bahsedilen termik santraller gibi uygulamalarda yakilan organik atiklarin külleri üzerinden sürdürülmekte ve basta azot, fosfat, potasyum olmak üzere çesitli mineraller bakimindan zengin olan bu küIIer, hazirlanan sivi kültürde mikroorganizmalar için mineral medyum olarak degerlendirilmekte ve çesitli atik karbon kaynaklari ile zenginlestirilen bu ortamda inkube edilen ve çogalan mikroorganizma, söz konusu küIü ayristirarak kendi ihtiyaci olan mineralleri kullanirken, kuIIanmadigi mineral fazlasi sivi fazda kaImaktadir. Inkübasyon sonucunda belirli hacimde belli miktarda kül çözünmekte ve tamamen ortadan kalkmaktadir. Sonuçta sivi besiyerinde küIden beslenerek çogalan bir biyomas (biokütle) qusmakta ve zengin mineral içerikli bir de sivi faz qusmaktadir. Mikroorganizmanin çogalmasi sonucu olusan biyokütIe (biyomas) ve mineral yönünden zenginlesen kültür sivi fazi birbirinden filtrasyon veya santrifüj islemi ile kolayca ayristirilmaktadir. Sivi kisim Hoagland çözeltisi ile mukayese edilebilir derecede çözünmüs; azot, fosfat, potasyum, magnezyum vb. minerallerce zengin bir bitki besleme solüsyonu halinde bozunmadan kalirken, olusan biyomas da zengin bir protein kaynagi olarak hayvan yemlerine katki saglayacak degerli bir ürüne dönüsmektedir. Bulus kapsaminda elde edilen sivi fazla, bitki beslemesini Hoagland çözeltisi gibi destekleyecek ve organik tarimda dogrudan kullanilabilecek bir sivi gübre elde edilmektedir. Bu sayede tarimsal üretimde gübre ihtiyaci organik olarak karsilanacak ve özellikle fosfat gübresine bagimlilik azalacaktir. Biyodegredasyon için kullanilan mikroorganizma, biyomasi yenilebilir olanlardan seçildigi için biyomas protein kaynagi olarak yani biIimseI tanimlama ile "tek hücre proteini "olarak degerlendirilmektedir.Böylece bir taraftan çevresel hedef olarak sifir atik sonucu elde edilirken, tarimi destekleyen iki önemli ürün ortaya konmaktadir. Bulus, organomineral içerikli küIIerin mikrobiyal çözündürülmesi yöntemi olup; - Seçilen organomineral içerikli külün çözünmesini saglayacak uygun mikroorganizmalarin belirlenmesi, dogadan izolasyonu, saflastirilmasi ve stoklanmasi, - Mikroorganizmayi sivi besiyerinde çogaltarak asi kültürünün hazirlanmasi, - Organomineral içerikli küIün ilave edilerek sivi besiyerin hazirlanmasi, - Mikroorganizmalarin gelismesi için karbon kaynagi ve bazofilik veya alkali tolerant mikroorganizlar disinda alkali ortamlarda gelismesi mümkün olmayan diger mikroorganizmalar kullanildiginda pH ayarlayici (asit) materyallerin besi yerine katilmasi, - Hazirlanan besiyerine mikroorganizma asilanmasi ve inkübasyona birakilmasi, - Inkübasyon sonucunda olusan biyomasin ve sivi fazin birbirinden ayrilmasi, - Ayrilan biyomasin protein kaynagi olarak kullanimina yönelik toksisite testlerinin yapilmasi, - Ayrilan sivi fazin biyogübre olarak kullanimina yönelik mineral analizin yapilmasi, Bulusun bir uygulamasina göre, azot, fosfat, potasyum, magnezyum ve diger eIementIerce zengin sivi faz, mineral analiz sonuçlarina göre Hoagland ile karsilastirilarak veya direk organik biyogübre olarak kullanilabilmektedir. Bulusun bir uygulamasina göre, Dönüsümü saglayan mikroorganizmaya ait, yenilebilir tek hücre proteini (THP) olarak ayrilan biyomas, protein kaynagi olarak hayvan yemlerine belli oranlarda katilarak toksisite testleri yapilmaktadir.Bulus kapsaminda yapilan çalismalarda, organomineral içerikli külün laboratuvar ortaminda çözünmesini saglayacak uygun mikroorganizmalarin dogadan izolasyonu, saflastirilmasi ve stoklanarak saklanmalari saglanmistir. Kül çözmede etkili olan izolatlarin optimizasyon denemeleri yapilmistir. Külün çözünmesiyle meydana gelen iki ürünün (Sivi ve Biyomas) niteliklerinin belirlenmesi amaciyla içerik analizleri yapilmis ve nasil degerlendirilecekleri arastirilmistir. Laboratuvar ortaminda elde edilen basarili sonuçlarin sahada endüstriyel boyutta uygulanabilirligini test etmek amaciyla orta ölçekte (600 L. kapasiteli) bir reaktör hazirlanmis ve laboratuvar çalismalarinin benzerleri bu reaktörde denenmistir. Reaktörde yapilan çalismalardan alinan sonuçlarin laboratuvar ortaminda elde edilen sonuçlarla benzer veya daha iyi oldugu görülmüstür. Reaktörde yapilan çalismalardan alinan sonuçlar degerlendirilmis ve endüstriyel boyutta her gün ortaya çikan tonlarca külün bu bulusla çözündürülüp degerli ürünlere dönüstürülmesine iliskin teknik bilgi ile sahada yapilacak uygulamalar için bir sistem gelistirilmistir. Sekil 1 de sematik görünümü verilen organomineral içerikli küllerin mikrobiyal çözündürülmesine yönelik bulus konusu sistem en temel halinde; - en az bir asi (inokülüm) tanki (1); - en az bir asit tanki (2); - en az bir melas tanki (3); - en az bir kül çözme tanki (4); - en az bir kül tanki (5); - en az bir biyomas olusturma reaktörü (6) içermektedir. Asi (Inokülüm) Tanki (1) Kül çözünmesini saglayacak mikroorganizmanin yeterli miktarda sivi kültürde çogaltimi yoluyla asi materyalinin hazirlandigi ünitedir. Asit tanki (2) Kül çözüme tankinda çok yüksek oranda alkali olan leyi nötr yapmak ve sistemde gereken optimum pH ayarlarini yapilmasini saglayan materyalleri, tercihen asit çözeltisi içeren ünitedir. Melas (Karbon kaynagi) tanki (3); mikroorganizmalarin çogaltildigi ve is gördügü bütün reaktörlere (tanklara) karbon kaynagi (seker) ilavesinin yapilmasini saglayan ünitedir.Kül çözme tanki (4); sivi kültür ortaminda külün çözündürülmesinin saglandigi ünitedir.Daha önce asi tankinda (1) çogaltilip hazirlanan kül çözücü mikroorganizma biyokütlesi yeterli miktarda bu reaktöre aktarilir ve optimize edilen uygun sartlarda karistirma ile belirli bir sürede (2-3 gün) atik küIün mikrobiyal çözünmesi saglanir. Kül tanki (5); çözündürülecek külün depolandigi ünitedir. Bütün çalismanin ana temasi olan yani çözündürme islemine tabi tutulacak organomineral içerikli küllerin tutuldugu Biyomas olusturma reaktörleri (6); kül çözme tankinda (4) olusan zengin mineral içerikli sivinin bu reaktörlere aktarilmasiyla olusan sivi ortamda yeniIebiIir kaliteli tek hücre proteini (Single CeII Protein) üretimi saglanan ünitedir. Bulusun tercih edilen bir yapilanmasi ayrica en az bir Elek (7) içermektedir. Elekler biyomas olusturma reaktörlerinde (6) olusan mikroorganizma kütlesini (biyomasi) sivi fazdan süzme yoluyla ayrilmasini saglamaktadir. Bulusun tercih edilen bir yapilanmasi ayrica en az bir Tasima bandi (8) içermektedir.Biyomas olusturma reaktörlerinde (6) olusan biyomasin ortamdan uzaklastirilip kurutma ünitesine tasinmasini saglamaktadir. Bulusun tercih edilen bir yapilanmasi ayrica en az bir Karistirici motoru (9) içermektedir.Biyomas olusturma reaktörlerinde (6) biyomas gelisimi ve çözünürlük için gerekli karistirma islemini saglayan karistiricilara hareket vermeyi saglamaktadir. Bulusun tercih edilen bir yapilanmasi ayrica en az bir Hava pompasi (10) içermektedir.Reaktörlerde biyomas olusturma isleminde gerekli aerobik sartlarin saglanmasi için hava ve oksijen verilmesi saglamaktadir. Bulusun tercih edilen bir yapilanmasi ayrica en az bir Kapak (11) içermektedir. Kapaklar reaktörlerin içerisine çesitli maddelerin ilavesi ve üstten kontrol, temizleme vs. için konulan uygun boyutlarda menteseli ve kilit mekanizmalidir. Bulusun tercih edilen bir yapilanmasi ayrica en az bir Karistirici (12) içermektedir. Karistiricilar reaktörlerin içerisinde gerekli homojenizasyonu saglamaktadir. Biyomas gelisimi ve kül çözmede, karistirma hizi ayarlanabilir karistiricilarin etkili verim elde etmede çok önemli islevleri vardir. Bulusun tercih edilen bir yapilanmasi ayrica en az bir Gösterge ve kumanda paneli (13) içermektedir. Sicaklik, pH, karistirma hizi, Oksijen transferi gibi çalismada önemli parametrelerin ayari ve kontrolünün yapilmasini saglamaktadir. Bulusun tercih edilen bir yapilanmasi ayrica en az bir su girisi (14) içermektedir.Reaktörlerde sivi kültür hazirlama, yikama, temizleme vs. islerde normal içme veya kullanma suyu kullanilmaktadir. Bulusun tercih edilen bir yapilanmasi ayrica en az bir aktarma borusu (15) içermektedir. Çalismada reaktörler arasi sivi veya süspansiyon aktarimlarinda bu vanali borular kullanilir. Bulusun tercih edilen bir yapilanmasinda ayrica en az bir pencere (16) içermektedir.Reaktörler içindeki gelismeleri fiziki olarak disaridan izlemeye ve herhangi bir olumsuzluk durumunda gecikme olmaksizin müdahaleye imkan saglar. Bulusun tercih edilen bir yapilanmasinda ayrica en az bir Gaz çikis borusu (17) içermektedir. Reaktörlerde çalisma sirasinda iç hacimde olusacak gazlarin tahliyesi saglanir ve gaz birikimiyle olabilecek patlamalar önlenmis olur. Bulusun tercih edilen bir yapilanmasi ayrica Kül çözme reaktörüne tasiyici kanallari (18) içermektedir. Kül depo tankindan (5) kül çözme tankina (4) kül aktarimi, inokülüm tankinda (1) hazirlanan asi materyali ve pH ayarlamasi için gerekli asit aktarimi bu kanallarla saglanir. Bulusun tercih edilen bir yapilanmasi ayrica en az bir Tahliye kanali (19) içermektedir.Kül çözme reaktöründe çözünme sonrasi kalan biyomas ve çözünmemis unsurlarin tahliyesini saglamaktadir. Bulusun tercih edilen bir yapilanmasi ayrica en az bir isitici (20) içermektedir.Reaktörlerde mikrobiyal çalismalarda en önemli parametrelerden birisi sicakliktir.Sicakligin istenilen seviyede sabitlenmesi ve kontrolünü saglamada, inkübasyon öncesi ve sonrasinda reaktörlerin kismi sterilizasyonununda çok önemli bir aparattir.Bulusun tercih edilen bir yapilanmasi ayrica en az bir Destek ünitesi (21) içermektedir.Reaktörlerin ve depo islevi gören tanklarin aItIikIari ve sabitleyici ayaklarindan olusan kisimdir. Bulusun tercih edilen bir yapilanmasi ayrica en az bir Kompressör (22) içermektedir. Kül tankindan, Kül çözme reaktörüne tasiyici kanal vasitasiyla külün basinçla itilmesini saglamaktadi r. Bulusun tercih edilen bir yapilanmasi ayrica melas (karbon kaynagi) aktarim kanali (23) içermektedir. Kül çözme reaktörüne ve biyomas olusturma reaktörlerine karbon kaynagi aktarimini saglamaktadir. Sekil 1 de sematik görünümü verilen sistemde, kül çözme ve ürün olusturma için esas unsurlar birbirileri ile irtibatlandirilmis reaktör tanklaridir (1 ,2,3,4,5,6). Asi (Inokülüm) Tanki (1) kül çözünürlügünü saglayacak mikroorganizmanin yeterli miktarda sivi kültürde çogaltimi yoluyla asi materyalinin 1-5-10 tonluk endüstriyel boyutta reaktörlerde çalismayi destekleyecek miktarda hazirlanmasi için kullanilir. Asit tanki (2) Bazik pH*li külün thsinin mikroorganizmanin çogalip çalisabilecegi seviyeye getirilmesi için kullanilir.Melas (Karbon kaynagi) tanki (3) Mikroorganizmalarin çogaltildigi ve is gördügü bütün reaktörlere (tanklara) karbon kaynagi (seker) ilavesi bu depodan saglanir. Kül çözme reaktöründe (4) kullanim amacina göre 1, 5, 10, 20 Ton gibi farkli boyutlarda yapilan biyoreaktörlerde daha önce asi tankinda çogaltilip hazirlanan yeterli miktarda kül çözücü mikroorganizma biyokütlesi ile belirli bir sürede (2-3 gün) atik külün mikrobiyal çözünmesi saglanir. Kül tankindan (5) kül çözme islemine kül aktarimi saglanir. Biyomas olusturma reaktörlerinde (6), kül çözme reaktöründe olusan zengin mineral içerikli sivinin bu reaktörlere aktarilmasiyla olusan sivi ortamda yenilebilir ve protein orani yüksek kaliteli tek hücre proteini (Single Cell Protein) üretimi saglanir. Tercih edilen yapilanmalar bulus konusu yöntemin verimli bir sekilde islemesini saglayacak bahsedilen yardimci üniteleri içermektedir. Yukarida açiklanan sistemle, hammadde olarak kullanilan ,kati atik depolama sahalarinda biriken organik atiklarin ve tavuk gübrelerinin yakilmasindan arta kalan küllerin, sivi kültürde mikrobiyal biyodegredasyonu (parçalanma) ile olusan sivinin; basta azot, fosfat gibi makro elementler olmak üzere birçok mikro elementi de içeren faydali bir ürüne dönüstürülebilecegini ve bu ürünün hem dogrudan organik tarimda gübre olarak kullanilabilecegini, hem de gübre fabrikalarinin ihtiyaç duydugu fosfat minerali için önemli bir kaynak olarak degerlendirilmesi saglanmaktadir. Özellikle ülkemiz tariminin ve gübre fabrikalarinin ihtiyaç duydugu fosfat mineralinde disa bagimliligi önemli ölçüde karsilayacaktir. Ayrica bazi organik atiklar da (Seker fabrikalarinda ortaya çikan melas ve silempe, meyve suyu fabrikalarinda preslenen kayisi, seftali, elma gibi meyvelerin posalari, pekmez üretim tesislerinden kalan dut posasi, üzüm posasi, konserve, salça fabrikalarinin atiklari, mandiralarin peynir alti atik sulari vs.) söz konusu sistemde mikrobiyal besi yerlerinde karbon ve azot kaynaklari olarak degerlendirilebilirler. Islem sonucunda olusan biyomasta tek hücre proteini (THP) olarak kullanilabilmektedir ve böylece sifir atik hedefine ulasilarak hem çevre kirliligine çözüm hem de ekonomiye önemli bir katki saglanacaktir. Bulus sahipleri tarafindan gerçeklestirilen çalismalarda; kül çözümünü saglayacak mikroorganizmalarin izolasyonu, saflastirilmasi, stoklanmasi ve sivi kültürlerinin hazirlanip kül biyodegredasyon sürecinde kullanilmalarina iliskin prosedür asagida açiklanmaktadir: KÜL BIYODEG RADASYONU ASAMALARI: 1. IZOLASYON ve SAFLASTIRMA: Erzurum ve çevresinde farkli ortamlardan (alkali, asidik, organik içerigi fakir olan ve organik içerigi zengin olan) alinan toprak örnekleri laboratuvara getirildikten sonra, %0.9 NaCl içeren steril fizyolojik suda çözünmüs ve bu örneklerden 0.1 ml alinarak, organomineral içerigi zengin olan ve önemli elementler bakimindan içerigi Tablo.1*de verilmis olan tavuk gübresi külü ilave edilmis seçici kati besiyerlerine yayma ekimleri yapilmistir. Her bir örnek 30 °C* de 24-96 saat inkübe edilmis ve süre sonunda gelisen mikroorganizmalar (Bakteri, maya, fungus) özelliklerine göre ayri ayri petrilere transfer edilmistir. (Nurtient agar, Patates dekstroz agar). Tavuk gübresi külünün bazi mineraller bakimindan analiz sonuçlari asagida Tablo.1.,de verilmistir. Tablo.1. Tavuk gübresi külünün bazi mineraller bakimindan analiz sonuçlari Topl.Azot (N)% Topl.Fosfor Topl.Potasyum Topl.Kalsiyum (CaO) (P205) % (K20)% % 8,1 6,5 4,5 21 ,8 Tavuk gübresi külünün çözünürlügünü saglayacak mikroorganizmalarin izolasyonu için hazirlanan seçici besiyeri içerigi ve inkübasyon sartlari Tablo.2.,de verilmistir. Külün organomineral içeriginin, makro ve mikro elementler bakimindan yeterli olmasi ve külü çözme yetenegi olan mikroorganizmalarin mineral ihtiyaçlarini bu ortamdan karsilayacaklari varsayildigindan Tablo.2. deki besiyerine glikoz disinda diger besiyeri bilesenleri katilmamistir. Tablo.2. Kül çözücü mikroorganizma izolasyonu için hazirlanan selektif besiyeri Glikoz (g/L) Kül (g/L) Sicaklik (C0) Inkübasyon süresi 20 30 72 2. KUL BIYODEGRADASYONUNU SAGLAYAN EN IYI ORGANIZMALARIN SEÇIMI: Seçici besiyerinde gelisen mikroorganizmalar ayni besi ortaminin sivisinda 30"C, de 180 rpm çalkalama hizinda, 72-96 saat inkübe edilmislerdir. Inkübasyon sonucunda külü en iyi çözen 4 adet mikroorganizma izolati seçilmis ve bunlar; ASM-1, ASM-2, ASM-7, ASM-9 olarak kodlandirilmistir. Devam edecek çalismalarda kullanilmak üzere bu suslarin pasaj kültürleri (Petrilerde) aralikli olarak devamli yenilenmistir. Ayrica daha sonra teshis ve tanimlanmalari için gerekli sartlarda (Buzdolabinda +4C0 de ve inserinIi besiyeri içeren Eppendorf tüplerinde derin dondurucuda) stok kültürleri yapilarak muhafaza edilmistir. 3. OPTIMIZASYON ÇALISMALARI 3.1. Karbon kaynagi Denemesi Çalismamizda karbon kaynagi olarak; glikoz, çay sekeri ve melas kullanilmistir. Bunlarin herbirisi sivi kültürde 20-50 g/L araliginda denenmis ve en iyi verim 20 g/L olarak belirlendikten sonra diger denemelerde bu ölçüde karbon kaynagi kullanimi esas alinmistir. Kül çözme yetenekleri belirlenen ASM-1, ASM-2, ASM-7, ASM-9 izolatlarinin herbirisi SOg/L kül ortaminda uygun sartlarda inkübasyona birakilmis ve süre sonunda olusan yas biyomas miktarlari Tablo.3.te verilmistir.Tablo.3. 20g/I konsantrasyonda farkli karbon kaynaklari (Glikoz, Sükroz, Melas) ve 50g/L kül ortaminda olusan biyomas miktarlari Mikroorganizma Glikozlu (20g/L) Sükrozlu(20g/L) Melasli(20g/L) kodlari ortamda olusan ortamda olusan ortamda olusan Sonuçlar 3 tekerrür ortalamasidir. Daha sonraki çalismalarda Karbon kaynagi olarak digerlerine göre maliyeti çok daha ucuz bir yan ürün oldugu için melas seçilmis, ve optimizasyon çalismalarina ASM-7 kodlu mikroorganizma ile devam edilmistir (optimizasyon çalismalarinda 1 L için 20 g melas ve 50 g kül kullanilmistir). 3.2 pH denemesi Kül ile hazirlanan sivi besiyerinin pHisi 12 - 14 arasinda degismektedir. Çalismamizda pH araligini 5 ile 10 arasinda tutarak olusan biyomas miktarlari ve kül çözünümünü kontrol ettik. Tablo 4,de 20 g/L melas ve 50 g/L kül içeren besiyerIerinde farkli pH derecelerine olusan yas biyomas miktarlari verilmistir. Tablo.4. 20 g/L melas ve 50 g/L kül içeren besiyerIerinde olusan yas biyomas miktarlari Olusan biyomas miktarlari (g) Mikroorganizma pH5 pH7 PH9 pH10 3.3. Inkübasyon Süresi Çalismamiz boyunca tüm mikroorganizmalar 48 saat sonra gelisim göstermis olup külü tamamen çözmek için geçen süre 72-96 saat olarak beIirIenmistir. 3.4. Çalkalama hizi Kullanilan mikroorganizmalar için çalkalama hizi oldukça önem arzmektedir. 180 rpm asagisinda kalan çalkalama hizlarinda kül çözme islemi gözle görülebilir biçimde azalirken 180 rpm ve üstünde kül çözme orani artmistir. 3.5. Sicaklik Optimizasyon çalismalarinda 20, 25 30 ve 35 CC sicakliklar denenmis olup çözünürlügün en iyi oldugu sicakligin 25- 30 CC oldu gu belirlenmistir. ASM-7 izolati ile yapilan optimizasyon çalismalarinda; en uygun pH, sicaklik, çalkalama hizi, Inkübasyon süresi, karbon kaynagi çesidi ve miktari belirlenmistir. Belirlenen optimal sartlar tablo 5, te gösterilmistir. Tablo.5. ASM-7 izolati ile yapilan optimizasyon çalismalarinda belirlenen en uygun karbon kaynagi ve miktari, pH, sicaklik, çalkalama hizi, Inkübasyon süresi, kül miktari, Glikoz, pH Sicaklik Çalkalama hizi Inkübasyon Kül Melas (C0) (rpm) süresi (g/L) süresi) uygulandiginda ASM-7 kodlu mikroorganizma ile Litrede 200 g kül tamamen çözünmüs ve 220 9 yas biyomas olusmustur. Kurutuldugunda 102 9 kuru biyomas elde edilmistir. 4. KÜLÜN ÇÖZÜNMESI iLE ELDE EDILEN SIVININ ANALIZI Optimal sartlarda mikrobiyal olarak küIün çözündürülmesi ile olusan sivi ve süspanse halde bulunan mikrobiyal kitle (Biyomas) santrifüj islemi ile birbirinden ayristirilmis ve her iki ürün için bazi analizler yaptirilmistir. Atatürk Üniversitesi Dogu Anadolu Yüksek Teknoloji Uygulama ve Arastirma Merkezi (DAYTAM),da yapilan sivi ve biyomasa ait analiz sonuçlari Tablo.5 ve Tablo.6,da verilmistir. Tablo.5. Külün mikrobiyal yolla çözünmesi ile olusan siviya ait analiz sonuçlari Azot (N) Fosfat (P) Potasyum Magnezyum Demir (Fe) Kalsiyum Yukaridaki tabloda (Tablo.5) analiz sonuçlari görülen elementlerin, bitki beslemede referans alinan Hoagland çözeltisindeki miktarlari mukayese amaciyla asagida tablo halinde (Tablo.5.1.) verilmistir. Tablo.5.1. Bitki beslemede referans alinan Hoagland çözeltisinde N, P, K, Mg, Fe ve Ca miktarlari Azot (N) Fosfat (P) Potasyum Magnezyum Demir (Fe) Kalsiyum Ayrica küIün mikrobiyal çözündürüImesier elde edilen sivi içerisinde çözünmüs olan toplam organik (Besiyerinden geçen sekerler , protein, enzim, Hormon vb.) ile inorganik maddelerin konsantrasyonu IiyofiIizasyon (Freeze drying) yöntemiyle 40 g/L olarak belirlenmistir. . BIYOMAS ANALIZI Külün mikrobiyal çözünürlügü gerçeklestiginde olusan biyokütle santrifüj veya filtrasyonla sivi fazdan ayristirildiginda, sözkonusu biyomasa iliskin yapilan ölçümler ve bazi analiz sonuçlari Tablo.6.,da verilmistir. Tablo.6. Külün mikrobiyal yolla çözünmesi sonucu olusan biyomasa ilskin ölçüm ve analiz sonuçlari Yas Kuru Kül Protein N P K Mg Na agirlik agirlik orani miktari Kütlece Kütlece Kütlece Kütlece Kütlece 9/ L 9/ L % °/o % °/o % °/o % 6. Külün mikrobiyal çözünürlügünü saglamak üzere yapilan izolasyon çalismalari sonucu elde edilen özgün izolatlarin (ASM-1, ASM-2, ASM-7, ASM-9) teshis ve tanilari için gerekli islemler yapilmis olup sirasiyla ASM-1; Phanerochaeta chrysosporium, ASM- 2; Trametes versicolor, ASM-7; Rhizoctonia solani ve ASM-9 Saccharomyces cerevisia; olarak tanimlanmis ve kod numaralari bilimsel adlarinin sonuna eklenmistir. Buna göre kül çözünürlügünde etkili olarak kullandigimiz izoIatIarimiz; Phanerochaeta chrysosporium ASM-1, Trametes versicolor ASM- 2, Rhizoctonia solani ASM-7 ve Saccharomyces cerevisia ASM-9 olarak adlandi rilmislardi r. TR TR

Claims (6)

ISTEMLER

1.0rganomineral içerikli küllerin mikrobiyal çözündürülmesine yönelik yöntem olup, özelligi; - seçilen organomineral içerikli külün çözünmesini saglayacak uygun mikroorganizmalarin belirlenmesi, dogadan izolasyonu, saflastirilmasi ve stoklanmasi, - mikroorganizmayi sivi besiyerde çogaltarak asi kültürünün hazirlanmasi, - organomineral içerikli külün ilave edilerek sivi besiyerin hazirlanmasi, - mikroorganizmalarin gelismesi için karbon kaynagi besi yerine katilmasi, - hazirlanan besiyerine mikroorganizma asilanmasi ve inkübasyona birakilmasi, - inkübasyon sonucunda olusan biyomasin ve sivi fazin birbirinden ayrilmasi, - ayrilan biyomasin protein kaynagi olarak kullanimina yönelik toksisite testlerinin yapilmasi, - ayrilan sivi fazin biyogübre olarak kullanimina yönelik mineral analizin yapilmasi, islem adimlarini içermesidir.

2. Istem 1,e uygun yöntem olup, özelligi; mikroorganizmalarin gelismesi için karbon kaynaginin yaninda, bazofilik veya alkali tolerant mikroorganizlar disinda diger mikroorganizmalar kullanildiginda, alkali ortamda gelismesi mümkün olmayan bu mikroorganizmalar için pH ayarlayici (asit) materyallerin besi yerine katilmasidir.

3. Istem 1 veya 2lye uygun yöntem olup, özelligi bahsedilen mikroorganizmalarin Phanerochaeta chrysosporium, Trametes versicolor, Rhizoctonia solani, Saccharomyces cerevisia olmasidir.

4. Organomineral içerikli küllerin mikrobiyal çözündürülmesine yönelik sistem olup, özelligi; - kül çözünmesini saglayacak mikroorganizmanin yeterli miktarda sivi kültürde çogaltimi yoluyla asi materyalinin hazirlandigi bir asi (inokülüm) tanki (1); - kül çözme tankinda çok yüksek oranda alkali olan pHiyi nötr yapmak ve sistemde gereken optimum pH ayarlarinin yapilmasini saglayan asit çözeltisi içeren bir asit tanki - sivi kültür ortaminda külün çözündürülmesinin saglandigi bir kül çözme tanki (4); - kül çözme tankinda (4) olusan zengin mineral içerikli sivinin aktarilmasiyla olusan sivi ortamda yenilebilir tek hücre proteini üretiminin saglandigi bir biyomas olusturma reaktörü (6); içermesidir.

5. Istem 4*e uygun sistem olup, özelligi; mikroorganizmalarin çogaltildigi ve is gördügü bütün reaktörlere (tanklara) karbon kaynagi (seker) ilavesinin yapilmasini saglayan bir melas (karbon kaynagi) tanki (3) içermesidir. 10

6. Istem 4*e uygun sistem olup, özelligi; çözündürülecek küIün depolandigi bir küI tanki (5) içermesidir.