TR2021017210A1 - Su veya atık su arıtım sürecinde gaz kabarcıklı immobilize mikroalg kültürünün üretimi ve uygulanması. - Google Patents

Abstract

Buluş, immobilize formda gaz kabarcıklı yapıya sahip mikroalg kültürü, bu kültürün üretimi için bir nozül ve bu nozül ile üretilen immobilize formda gaz kabarcıklı yapıya sahip mikroalg kültürünün su veya atık sudan azot ve fosfor gideriminde kullanılması ile ilgilidir. Burada, mikroalgler çeşitli kimyasallar ve bir nozül kullanılarak immobilize hale getirilmesi, immobilize hale getirilirken içerisinde gaz kabarcıkları oluşturulması ve böylece yoğunluğunun azaltılması ile su veya atık su üzerinde yüzer formda kalmasının sağlanması ve su veya atık sulardan azot ve fosfor kirliliğinin giderilmesi için kullanılması açıklanmaktadır.

Description

TARIFNAME SU VEYA ATIK SU ARITIM SÜRECINDE GAZ KABARCIKLI IMMOBILIZE MIKROALG KÜLTÜRÜNÜN ÜRETIMI VE UYGULANMASI Bulusun Ilgili Oldugu Teknik Alan Bulus, immobilize formda gaz kabarcikli yapiya sahip mikroalg kültürü üretimi için bir nozül ve bu nozül ile üretilen immobilize formda gaz kabarcikli yapiya sahip mikroalg kültürünün su veya atik sudan azot ve fosfor gideriminde kullanilmasi ile ilgilidir. Teknigin Bilinen Durumu Atik sulardaki azot ve fosfor basta olmak üzere besin elementlerinin artisi, sucul ekosistemi ve yüzeysel sulari olumsuz yönde etkilemektedir. Günümüzde bu sorunu gidermek için atik sulardan besin maddesi gideriminde çesitli prosesler kullanilmaktadir. Mevcut teknikte atik sulardan azot ve fosforun birlikte aritildigi en yaygin prosesler anaerobik-anoksik-oksik (A2/O) prosesi, bes kademeli Bardenpho prosesi, Capetown Üniversitesi tipi aktif çamur sistemi (UCP) prosesi, Virginia tesisi tipi aktif çamur sistemi (VIP) prosesi, ardisik kesikli reaktör (AKR) prosesi ve nütrient gideriminde kullanilan alternatif biyolojik proseslerdir. Günümüzde su/atiksulardan nütrient gideriminde kullanilan birçok yöntem vardir. Ancak bu yöntemlerin isletme, bakim ve enerji tüketimi gibi pek çok maliyetinin bulunmasi alternatif bir aritma yöntemi olan dogal aritma proseslerinin uygulanmaya baslamasini saglamistir. Atiksulardan azotlu bilesiklerin uzaklastirilmasi için kullanilan en geleneksel yöntem nitrifikayon/denitrifikasyon sürecidir. Fosfor gideriminin biyolojik olarak saglanamadigi durumda fosfor giderimi için ciddi miktarlarda demir ve alüminyum içeren kimyasallar kullanilmaktadir. Bu da yüksek hacimlerde aritma çamuru olusmasina neden olmaktadir. Azotlu bilesiklerin giderilmesinde nitrifikasyon/denitrifikasyon sürecinde, nitrifikasyon sürecinin kisitlayici süreç olmasi ve aerobik çamur yasinin belirlenmesinde analitik ölçümlere göre tasarim kriterlerinin olusturulma ihtiyaci bulunmasi, aritim verimlerini önemli derecede etkilemektedir. Nitrifikasyon sürecinin oksijenli, denitrifikasyon sürecinin oksijensiz ortamda gerçeklesmesi aritim sürecinde farkli aritim ünitelerinde bu süreçlerin yürütülmesini zorunlu kilmaktadir. Benzer gereksinimler membran biyoreaktörlü süreçlerde de ortaya çikmaktadir. Tüm biyolojik aritim yöntemlerinin, havalandirma ve karistirma üniteleri gibi fiziksel ekipman barindirmalari nedeniyle bakim sikliklari ve zorluklari bulunmaktadir. Bu sistemlerde karistirma ve havalandirma gereksinimlerini karsilamak üzere yüksek enerji tüketimi gibi yüksek maliyetin bulunmasi söz konusudur. Yukarida bahsi geçen tüm konvansiyonel biyolojik aritim süreçlerinin kullanilmasi sonucunda sudaki kirlilik giderilmekle birlikte, yogun bakteri popülasyonuna bagli olarak kirlilik baska bir forma dönüstürülmekte ve ciddi oranlarda aritma çamuru ortaya çikmaktadir. Ortaya çikan bu aritma çamurunun bertarafi için de yine çamur yogunlastirma, filtre pres, çamur çürütme vb. gibi çesitli yöntemler uygulanmak zorunda kalinmaktadir. Bu sebepler dolayisiyla, son dönemlerde su veya atik sulardan nütrient gideriminde mikroalgler kullanilmaya baslanmistir. Mikroalglerin tercih edilmesinin diger yöntemlere göre avantaji, sudan azot ve fosfor gideriminin yani sira büyüyen mikroalglerin enerji kaynagi olarak da kullanilabilmesidir. Bununla ilgili tüm proseslerin temeli, seçilen saf mikroalg kültürlerinin azot ve fosfor türlerini besin maddesi olarak kullanmasina ve atik sudan bu kirlilikleri giderirken biyokütlesini artirmasina dayanmaktadir. Ayrica diger proseslere göre daha az yan ürün ortaya çiktigi için atik sularin mikroalglerle aritimi son yillarda büyük önem kazanmistir. Ancak önceki teknikte kullanilan mikroalg içeren yöntemlerde bazi eksiklikler bulunmakta, bu eksiklikler sebebiyle mikroalgler, aritimda yüksek verimde kullanilamamaktadir. Mikroalgler kullanilarak gerçeklestirilen aritim yöntemlerinde, aritim sonucunda açiga çikan alg biyokütlesinin ortamdan uzaklastirilmasi, bir baska deyisle hasat edilmesi gerekliligi yöntemin en önemli dezavantajini olusturmaktadir. Mikroalg kültürlerinin aritimi gerçeklestirilecek su kütlesine karismasindan dolayi ikincil bir aritim yöntemine ihtiyaç duyulmasi ve mikroalglerin hasat edilmesi için seçilecek yöntemlerin maliyetlerinin yüksek olmasi mikroalg kullanimini kisitlayan faktörlerdir. Bu nedenle mikroalg biyokütlesinin immobilize ajanlar ile stabil hale getirilerek kullanilmasi yöntemde bir avantaj saglamaktadir. immobilize mikroalg kütlelerinin yogunlugu normalde su yogunluguna çok yakin degerlerde oldugundan, immobilize mikroalg kürecikleri suda süspanse halde kalmaya meyillidirler. Bu sekilde immobilize mikroalgler suda asili kalirlar ancak suda asili kalmak günes isigindan tam verimle yararlanma konusunda yeterli olmamaktadir. Mikroalglerin su üzerinde yüzer konumda kalmalari için mikroalglerin üzerinde konumlandigi ek cihazlar, yüzer yataklar veya yüzer ada seklinde yapilar gerekmektedir. Ek cihazlar veya yapilar hem ek maliyete hem de kullanim zorluguna sebep olmaktadir. Bu cihazlarin veya yapilarin fiziksel ekipman barindirmalari nedeniyle bakim sikliklari ve zorluklari bulunmaktadir. Önceki teknikte yer alan mikroalg kullanimini içeren yöntemlerin bir diger eksikligi de immobilize hale getirilen mikroalg kültürlerinin su veya atik su sistemlerine karismasi ve aritim sonrasinda sistemden uzaklastirilmasi için ikincil bir aritim yöntemine ihtiyaç duyulmasidir. Teknigin bilinen durumunda immobilize forma getirilen mikroalg biyokütlesinin levha (yaprak) seklinde immobilize yapilari olmasinin yani sira, süngerimsi yapilara (medium) emdirilerek immobilize edilmesi gibi yöntemler de mevcuttur; ancak, bu yöntemler de sudaki kirleticilerin immobilize yapinin içerisine difüzyonunu maksimize etme konusunda yetersiz kalmaktadir. Önceki teknikte yer alan CN206219311U faydali modelinde, immobilize hale getirilmis mikroalg toplari kullanilarak akuakültür atik sularinin aritimina dair bir uygulama açiklanmaktadir. Burada kullanilan immobilize mikroalg toplarinin, belirli bir elek açikligina (10-20 mesh) sahip sepet seklindeki bir ortam içerisine belirli bir derinlikte yerlestirilerek atik su aritiminda kullanilabilecegi belirtilmektedir. Aritim sürecinde kapasitesini dolduran mikroalg toplarinin baska bir sepet ile yenilenmesi sonucunda ucuz, basit ve etkin bir aritma sagladigindan bahsedilmektedir. Bu uygulamada mikroalg toplarinin belirli bir derinlikte konumlanmasi, ancak su yüzeyinde yüzer sekilde konumlanmamasi sebebiyle, uygulanan yöntem atik su aritiminda yetersiz kalmaktadir. akuakültür atik sularinin aritilmasi yöntemi açiklanmaktadir. Mikroalg kültürleri BG11+GIikoz ortamina asilanmakta olup, immobilize hale getirilmis olan mikroalg kültürü ile %005 glikoz içeren akualkültür atik suyunun aritimi gerçeklestirilmektedir. Mikroalg kültürü olarak Chlorella kültürü, mikroalg kültürünün immobilizasyonu için sodyum aljinat ve aktif bilesen olarak paraben kompleksi kullanilmaktadir. Immobilize mikroalg kültürünün atik su aritiminda kullanilmasi için aritim ünitesinin üstünde yüzer konumda konulabileceginden bahsedilmektedir. Burada yalnizca immobilize mikroalg kültürünün bir akvaryum veya bir cihaz üzerinde konumlanabileceginden bahsedilmekte; ancak, bunun nasil yapilacagi hakkinda herhangi bir bilgi verilmemektedir. CN111018127A patent basvurusu ise akuakültür atik sularinin aritimi için immobilize mikroalglerin kullanildigi aritim yöntemi ile ilgilidir. Bahsi geçen yöntemde Pseudomonas pseudospora mikroalg türü kullanilmakta; kullanilan yöntem sirasiyla mikroalg hücrelerinin kültive edilmesi, immobilizasyonu saglayan kimyasal çözeltinin hazirlanmasi, çözelti ile mikroalg kültürünün karistirilmasi, kürecikler seklinde immobilize edilmesi, olusturulan mikroalg küreciklerinin atik suya katilmasi ile aritim sürecinin gerçeklestirilmesi seklindedir. Burada olusturulan immobilize mikroalg küreciklerin, akvaryuma veya buna benzer bir ekipmana konulup suda yüzer durumda tutularak, atik suyun aritilmasinda kullanildigi belirtilmis olsa da mikroalglerin yüzer formda nasil tuttuklari ile ilgili bilgi verilmemektedir. Olusturulan immobilize mikroalg kütlelerinin yogunlugu normalde su yogunluguna çok yakin degerlerde oldugundan, immobilize mikroalg kürecikleri suda asili halde kalmaya meyillidirler. Bu sebeple bu yöntemde suda asili kalan mikroalgler saglanabilecek; ancak, bu yöntem ek bir ekipman kullanilmadan mikroalglerin su yüzeyinde yüzer sekilde konumlanmasi için yeterli olmayacaktir. CN207210076U faydali modelinde ise evsel veya endüstriyel atik sularin aritiminda kullanilabilecek, mikropor havalandirmali biyolojik-ekolojik yapili yüzer yatak yapili bir entegre cihaz ve uygulama açiklanmaktadir. Burada kullanilan mikroorganizma aktif çamur kökenli bakteri popülasyonudur. Bahsi geçen mikropor havalandirmali biyolojik-ekolojik yüzer yatak entegre cihaz ile su kütlelerinin aritiminda oksijen derisimini artirarak anaerobik ve kötü kokulu su kütlelerinin aritiminda yasanan oksijen sorununun çözülmesi amaçlanmaktadir. Bahsi geçen entegre cihaz havalandirici, yüzer yatak yapisi, samandira sistemi, mikropor havalandirma borusu, koruyucu file, suoul bitkiler ve immobilize mikroorganizma peletleri içermektedir. Immobilize mikroorganizma toplarinin hazirlanmasi için agirlikça %8-12 polivinil alkol, %2-5 sodyum aljinat ile suda isitilmaktadir. Burada hazirlanan karisim agirlikça %2-3 oranindaki CaCI2 ve agirlikça %3-8 HsBOs içeren çözeltiye damlatilarak ve karistirilarak bag yapisinin olusmasi ile mikroorganizma içeren peletler elde edilmektedir. Elde edilen peletler süzülerek ve yikanarak kullanima hazir hale getirilmektedir. Hazirlanan mikropeletler, bahsi geçen cihazin altina yerlestirilerek su veya atik su ortaminda 24/48 saat boyunca daldirilarak kullanilmaktadir. Ancak aritimda kullanilan bu yöntemde ek cihaz ve yüzer yatak kullanilmadan mikroorganizmalarin yüzer konuma getirilmesi saglanamamaktadir. Ek olarak, burada yüzer yatagin üzerinde konumlandirilan sucul bitkilerin kökleri ve ekipmanin alt kesimindeki aktif çamur kökenli bakteri popülasyonundan olusturulan immobilize pelet yapilari kullanildigindan, aritim süreci öncesi kompleks ve uzun süreli bir hazirlik gerekmektedir. Mevcut teknikteki mikroalg kullanilan aritim süreçlerinde mikroalglerin suda yüzer sekilde konumlandirilmasinda ve günes isigindan tam verimle yararlanabilmesi konusunda yetersiz kalmasi, yüzer sekilde konumlanma için mikroalglerin üzerinde konumlandigi ek cihazlar, yüzer yataklar veya yüzer ada seklinde yapilar gerektirmesi, bu cihazlarin veya yapilarin fiziksel ekipman barindirmalari nedeniyle bakim sikliklari ve zorluklari bulunmasi, kullanilan ek cihaz veya yapilarin aritim süreci öncesi kompleks ve uzun süreli bir hazirlik gerektirmesi, süspanse haldeki mikroalglerin su veya atik su sistemlerine karismasi ve aritim sonrasinda mikroalglerin sistemden uzaklastirilmasi için ikincil bir aritim yöntemine ihtiyaç duyulmasi dezavantajlari bulunmaktadir. Bu sebeple, mikroalglerin günes isigindan tam verimle yararlanabilmesini saglayan, mikroalglerin suda yüzer sekilde konumlandirilmasi için mikroalglerin üzerinde konumlandigi ek cihazlar veya yapilar gerektirmeyen, aritim süreci öncesi kompleks ve uzun süreli bir hazirlik gerektirmeyen, immobilize hale getirilen mikroalglerin su veya atik su sistemlerine karismamasini saglayan ve aritim sonrasinda mikroalglerin sistemden uzaklastirilmasi için ikincil bir aritim yöntemine ihtiyaç duyulmayan yöntemlerin ve mikroalglerin yüzer forma getirilmesini saglayan cihazlarin gelistirilmesi ihtiyaci bulunmaktadir. Bulusun Kisa Açiklamasi Bulus, immobilize formda gaz kabarcikli yapiya sahip mikroalg kültürü üretimi için bir nozül ve bu nozül ile üretilen gaz kabarcikli yapiya sahip immobilize mikroalg kültürünün su veya atik sudan azot ve fosfor gideriminde kullanilmasi ile ilgilidir. Bulusun ilk amaci, aritimda kullanilan mikroalg kültürünün ek bir cihaz veya yapilanma üzerinde konumlandirilmadan, kendiliginden su yüzeyinde yüzer forma getirilmesi ve en verimli sekilde günes isigi alabilmesinin saglanmasidir. Bulusta immobilize mikroalg kültürü gaz kabarcikli bir yapi haline getirilmekte ve böylece suyun yogunlugundan daha düsük bir hale getirilen mikroalglerin su yüzeyinde yüzer formda kalmasi saglanmaktadir. Bu sayede bulus ile yüksek bulaniklik içeren atik sularda bile mikroalglerin yüzeyden ihtiyaç duydugu isigi alabilmesine olanak saglanmaktadir. Bulus ile immobilizasyon asamasinda küreciklerin içerisinde, ihtiyaca bagli oranda gaz komposizyonu içerecek gaz küreciklerinin olusmasi saglanmaktadir. Böylelikle immobilize mikroalg küreciklerinin birim hacimdeki agirliklari azaltilmakta ve yogunlugu su yogunlugundan daha az hale gelen küreciklerin su veya atik suda yüzer formda kalmasi saglanmaktadir. Özellikle atik su aritim sürecinde, atik suyun barindirdigi yüksek askida kati madde ve bulaniklilik degerleri nedeniyle isik geçirgenligi çok azdir. Bu durumda önceki teknikte yer alan yöntemler ile saglanan süspanse haldeki immobilize mikroalgler, fotosentez için ihtiyaç duydugu yeterli isiga ulasamamaktadir. Yüzeyde yüzer forma getirilen mikroalg kürecikleri yüzeyden günes isigi gibi dogal bir isik kaynagindan veya yüzeyde bulunabilecek yapay aydinlatmalardan fotosentez için ihtiyaç duydugu isik enerjisini rahatlikla temin edebilmektedir. Mikroalglerin özellikle küresel formda olmasi sayesinde bulusta yer alan mikroalgler isigi optimum absorbe kapasitesine sahip olabilmektedir. Ayrica küresel yapi sayesinde her bir kürenin yüzey alani mümkün olan en büyük alana sahip olmakta, böylece küresel yapi sudaki kirleticilerin immobilize yapinin içerisine difüzyonunu maksimize etmektedir. Bulusun diger amaci, ikincil bir aritim yöntemine ihtiyaç duyulmadan immobilize edilmis mikroalg kütlesinin aritim sonrasi kolaylikla uzaklastirilmasidir. Bulusta immobilize mikroalg kültürünün gaz kabarcikli bir yapi haline getirilmesi sayesinde, hem immobilize edilmis mikroalg kütlesinin su veya atik su ile temasta olmasi hem de aritim sonrasi kolaylikla uzaklastirilmasi saglanmaktadir. Bu sayede, aritim sonrasinda mikroalglerin aritilmis atik sudan uzaklastirilmasi için ilave bir isleme ihtiyaç duyulmamaktadir. Bulusun bir diger amaci, aritimda kullanilan mikroalglerin aritim sonrasinda toplanarak farkli prosesler ve ürünler için hammadde olarak kullanilmasidir. Aritim sonrasi kabarcikli yapisi sayesinde su yüzeyinde yüzer formda kalan mikroalgler kolayca hasat edilmekte ve farkli ürünlerin üretimi için bir hammadde olarak kullanilabilmektedir. Aritim süresince günes isigi sayesinde verimli sekilde çogalan mikroalg biyokütlesi, aritim sonrasinda toplanma ve kullanilmaktadir. Önceki teknikte yer alan aritim yöntemlerinde ortaya çikan aritma çamuru yerine, bulusa konu aritim yönteminin sonucunda farkli ürünlerin üretimine, biyoyakit gibi alternatif enerji kaynaklarinin olusmasina imkân taniyabilecek bir mikroalg Bulusun bir diger amaci, mikroalglerin canliligini korumaya devam ederken ayni zamanda çogalabilecek sekilde immobilize edilmesinin saglanmasidir. Bulusa konu nozül ile saglanan immobilizasyon yönteminde, mikroalglerin çesitli polimer yapili bilesikler ve jellestirici kimyasallar ile immobilize edilmesi saglanmaktadir. immobilize edilen mikroalg biyokültesi canliligini bu sekilde korumaya devam ederek immobilize yapinin içerisinde çogalabilmektedir. Bulusta mikroalglerin kullanilmasi ile hem azot hem de fosfor giderimi es zamanli olarak geçeklestirilmektedir. Özellikle azot gideriminde mikroalgler hem amonyum hem de nitrat formundaki azot türlerini besin maddesi olarak su veya atik sudan kolaylikla çekebilmekte olup bu iki azot türünü de hizla giderebilmektedir. Ayrica, yüzeyde katman olusturan immobilize mikroalg kürecikleri biyolojik aritim süreci sonrasinda atik sudaki nispeten yüksek orandaki COz'i azot ve fosfor gideriminde fotosentetik ihtiyaçlari için kullanabilmekte ve biyolojik aritim süreçlerinde yogun sekilde ortaya çikan sera gazi emisyonlarinin azaltilmasina fayda saglamaktadir. Bulus ile mikroalglerin günes isigindan tam verimle yararlanabilmesini saglayan, mikroalglerin suda yüzer sekilde konumlandirilmasi için mikroalglerin üzerinde konumlandigi ek Cihazlar veya yapilar gerektirmeyen, aritim süreci öncesi kompleks ve uzun süreli bir hazirlik gerektirmeyen, sudaki kirleticilerin immobilize mikroalg kültürü içerisine difüzyonunu maksimize eden, immobilize hale getirilen mikroalg kültürlerinin su veya atik su sistemlerine karismamasini saglayan ve aritim sonrasinda mikroalg kültürlerinin sistemden uzaklastirilmasi için ikincil bir aritim yöntemine ihtiyaç duyulmayan bir yöntem ve mikroalglerin yüzer forma getirilmesini saglayan bir cihaz saglanmaktadir. Sekillerin Açiklamasi Sekil 1: Immobilize formda gaz kabarcikli mikroalg kürecikleri olusturulmasi genel gösterimi. Sekil 2: Immobilize formda gaz kabarcikli mikroalg kürecikleri olusturulmasi için kullanilan koaksiyel akisli nozül gösterimi. Sekil 3: Konvansiyonel su veya atik su aritma tesislerinde immobilize formda gaz kabarcikli mikroalg kürecikleri kullaniminin gösterimi. Bulusu Olusturan UnsurlarinIParçaIarin Tanimlari (30"'sl@Cllî-IÄQJRJ-` 9: Nozül : Nozül alt ucu 11: Seperatör 12: Toplama haznesi Bulusun Ayrintili Açiklamasi Bulus, immobilize formda gaz kabarcikli yapiya sahip mikroalg kültürü, bu kültürün üretimi için bir nozül ve bu nozül ile üretilen immobilize formda gaz kabarcikli yapiya sahip mikroalg kültürünün su veya atik sudan azot ve fosfor gideriminde kullanilmasi ile ilgilidir. Burada, mikroalglerin çesitli kimyasallar ve bir nozül kullanilarak immobilize hale getirilmesi, mikroalglerin immobilize hale getirilirken içerisinde gaz kabarciklarinin kalmasinin saglanmasi ve böylece yogunlugunun azaltilmasi ile su veya atik su üzerinde yüzer formda kalmasinin saglanmasi ve su/atik sulardan azot ve fosfor kirliliginin giderilmesi için kullanilmasi açiklanmaktadir. Bulusta açiklanan mikroalg kültürünün üretim yöntemi; i. polimerik jel formda çözelti ve süspanse mikroalglerin karistirilmasi ile jel formda mikroalglerin hazirlanmasi, ii. jel formda mikroalglerin jel mikroalg iletim hattindan (1) karisim bölgesine (3) iletilmesi, iii. gaz iletim hattindan (2) gelen gaz veya gaz karisimi ile karisim bölgesinde (3) karisan jel formda mikroalglerin, çikis borusunda (4) damla formuna dönüstürülmesi ve gaz kabarcikli jel formda mikroalg damlasi (5) elde edilmesi, iv. gaz kabarcikli jel formda mikroalg damlasinin (5) katilastirici sivi (7) ile karistirilmasi ve polimerlesmesi ile immobilize formda gaz kabarcikli mikroalg küreciginin (6) elde edilmesi islem adimlarini içermesidir. Bulusa konu immobilize formda gaz kabarcikli mikroalg küreciginin (6) olusturulabilmesi için Sekil 1'de görüldügü üzere basit yapida bir sistem kurularak üretim yapilabilmektedir. Ancak, küreciklerin daha homojen olmasi ve sistemde kontrollü sekilde gaz kabarciklarinin olusturulabilmesi için Sekil 2*de gösterildigi gibi koaksiyel akisli bir nozül kullanilmaktadir. Bu nozül sisteminde, gaz kabarcigi ile bulusan jel formda mikroalgler, gaz kabarcikli jel formda mikroalg damlasi (5) olusturmakta ve katilastirici siviya (7) damlatilan gaz kabarcikli jel formda mikroalg damlasi (5) burada polimerleserek immobilize formda gaz kabarcikli mikroalg küreciklerini (6) olusturmaktadir. Bulusta açiklanan gaz kabarcikli yapiya sahip immobilize mikroalglerin üretimi için kullanilan nozül (9), Sekil 2*de gösterilmektedir. Bahsi geçen nozül (9); polimerik jel formda mikroalglerin iletimini saglayan jel mikroalg iletim hatti (1), gazin iletimini saglayan gaz iletim hatti (2), jel formda mikroalgler ile gaz karisiminin karistigi karisim bölgesi (3), jel formda mikroalgler ve gaz kabarciklarinin ardisik olarak çikis hattina yönlenmesi saglayan ve çikis kisminda karisim bölgesinin (3) konumlandigi çikis borusu (4), gaz iletim hatti (2) ile jel mikroalg iletim hattinin (1) sabitlenmesi ve nozül baglantisini saglamak için dogrudan nozüle (9) bagli üst tipa (8) ve nozül alt ucu (10) içermektedir. Gaz iletim hattinin (2) alt ucu ile nozül alt ucu (10) arasindaki açiklik, bulusun tercih edilen uygulamasinda 0,1-5 milimetrelik halka seklinde bir açikliktir. Bu açiklik, nozül alt ucu (10) ile gaz iletim hattinin (2) düsey eksendeki birbirine olan konumuna göre ayarlanarak istenilen açiklik saglanabilmektedir. Bu açiklik, nozüldeki jel formundaki mikroalg ile gaz karisiminin karismasini saglayan en önemli noktadir. Gaz iletim hattinin (2) alt ucu, düz konik veya küresel formda olabilir. Gaz iletim hatti (2) ile nozül alt ucunun (10) düsey yönde birbirine olan konumu, gaz akis miktari ve jel mikroalg kütlesi akisi ayarlanarak, optimum formdaki gaz kabarcikli jel formda mikroalg damlasi (5) olusturulmaktadir. Nozülde olusabilecek tikanmalar, temizlik ve sterilizasyon süreçlerini kolaylastirabilmek amaciyla nozülün tüm parçalari birbirinden ayrilabilir yapidadir. Bu nozüle ek olarak gaz kabarcikli yapiya sahip immobilize mikroalglerin üretimi için katilastirici sivi (7) kullanilmaktadir. Immobilize formda gaz kabarcikli mikroalg küreciginin (6) olusturulmasinda öncelikle, polimerik jel formda mikroalgler olusturulmaktadir. Polimerik jel formda mikroalglerin olusturulabilmesi için jel içeriginde agar, sodyum aljinat, karajenan ve akrilamit gibi monomerik yapilardan türetilen sentetik polimer yapilardan en az biri kullanilmaktadir. Bulusun tercih edilen uygulamasinda; hizli üretilebilmesi, immobilize hale geldikten sonra suda çözünmez bir bilesik olusturmasi, dayanikli yapisi, toksik olmayan bir yapida olmasi, mikroalglerin ihtiyaç duydugu isigi geçirebilecek seffaflikta olmasi sebebiyle tercihen sodyum aljinat kullanilmaktadir. Bu uygulamada ilk olarak jel formda mikroalgleri içeren çözeltinin hazirlanmasi için hacimce %1-5*lik sodyum aljinat çözeltisi ile süspanse haldeki mikroalglerin hacimce (v/v) 1:5-5:1 orani araliginda mikroalg: sodyum aljinat olacak sekilde karistirilmasi saglanir. Mikroalgler olarak saf mikroalg kültürü kullanilabilecegi gibi birden fazla mikroalg türü de beraber kullanilabilir. Bulusta bilinen tüm mikroalg türleri kullanilabilmekte, bulusun bir uygulamasinda tercihen Tetradesmus obliguus ve/veya Chlorella vulgaris kültürleri kullanilmaktadir. Bulusta tercihen jel mikroalg iletim hatti (1) ve gaz iletim hatti (2) olarak silikon hortumlar kullanilmis olup, karisim bölgesi olarak (3) Y tipi boru baglanti aparati kullanilmaktadir. Sistemde kullanilan tüm malzemelerin biyouyumlu malzeme olmasi ve saf mikroalg kültürlerinin üretiminde kullanilmasi durumunda sterilize edilebilir yapida olmasi gereklidir. Gaz iletim hattindan (2) gelen gaz olarak, dogrudan atmosferik gaz kullanilabilecegi gibi, farkli oranlarda karbondioksit gazi içeren bir gaz karisimi (baca gazi gibi) veya istege bagli olarak azot gazi içeren bir gaz karisimi kullanilabilir. Bulusun bir uygulamasinda kullanilan gaz karisiminda, karbondioksit hacimce %0,5-1O oranlarinda bulunabilir. Jel formda mikroalglerin akis hizi ve sisteme beslenen gaz karisimi hizi boru çapina göre ve gaz/polimerik jel oranina göre degisim göstermektedir. Bahsi geçen gaz/jel orani nozülün yapisina ve mikroalg jel yapisina göre degisebilmektedir. Bulusun bir örneginde tercihen hacimce 1/50-1/1 araliginda gaz/polimerik jel orani kullanilmaktadir. Bulusa konu su veya atik sudan azot ve fosforun es zamanli gideriminde kullanilmak üzere, immobilize formda gaz kabarcikli mikroalg kürecigi (6) içeren mikroalg kültürünün üretilmesi yönteminde; hazirlanan polimerik jel formda mikroalgler, jel mikroalg iletim hattindan (1) karisim bölgesine (3) iletilmektedir. Ayni zamanda kabarcik olusumunda kullanilan gaz, gaz iletim hattindan (2) karisim bölgesine (3) iletilmektedir. Karisim bölgesinin (3) yapisina, sekline ve çikis borusunun (4) çapina bagli olarak jel formda mikroalglerin ve gaz kabarciklarinin ardisik olarak çikis borusuna (4) yönlenmesi saglanir. Ardisik sekilde gaz ve sivi ortamin saglanabilmesi için çikis borusu (4) çapi tercihen 1- mm arasinda olmaktadir. Çikis borusunda (4) damla formuna dönüsen jel formda mikroalglerin içerisinde hemen ardi sira gelen gaz karisimi bir gaz kabarcigi olusturmaktadir. Olusan gaz kabarcikli jel formda mikroalg damlasi (5) küresel forma dönüserek jel formunu immobilize hale getirecek olan katilastirici siviya (7) damlatilmaktadir. Katilastirici sivi (7) içerisinde gaz kabarcikli jel formda mikroalg damlasi (5) polimerlesmekte ve immobilize formda gaz kabarcikli mikroalg kürecikleri (6) haline getirilmektedir. Jel formda mikroalglerin içeriginde tasiyici sistem olan sodyum aljinat, tipik olarak kahverengi deniz yosunundan elde edilen ve dogal olarak olusan bir anyonik polimerdir. Ardisik G. ardisik M veya alternatif GM monomerleri dizisindeki dallanmamis bir I-guluronat (G) ve d-manevronattan (M) olusur. Bu tip aljinat +2 degerlikli iyonlar ile kati jel formu kazanmaktadir. Bu nedenle bulusun bir uygulamasinda katilastirici sivi (7) olarak kalsiyum Iaktatin hacimde agirlikça gibi +2 yüklü kalsiyum katyonu barindiran farkli kimyasal çözeltiler de katilastirici sivi (7) içerisinde ajan olarak kullanilabilir. Katilastirici sivi (7) olarak kalsiyum hidroksietilmetakrilat (HEMA) gibi katilastirici kimyasal ajanlardan en az biri kullanilabilir. Elde edilen immobilize formda gaz kabarcikli mikroalg küreciginin (6), içerisinde gaz kesesi barindirmasi sayesinde toplamdaki yogunlugunun su veya atik su yogunlugundan daha az olmasi saglanmakta ve böylece kürecikler yüzerformda kalabilmektedir. Bu durum özellikle mikroalglerin ihtiyaç duydugu fotosentesz reaksiyonu için gerekli isik ihtiyacini yüzeyden temin edebilmesine olanak saglamaktadir. Immobilize mikroalglere kazandirilan bu özellik sayesinde konvansiyonel su veya atik su aritma tesislerindeki ünitelerde, ufak modifikasyonlar ile bulusa konu mikroalgler azot ve fosfor gideriminde kullanilmaktadir. Sekil 3'te, tipik bir atik su aritma tesisindeki aktif çamur prosesi sonrasinda kullanilan ikincil çökeltme tankinda bu tip bir uygulamanin örnegi görülmektedir. Üretilen immobilize formda gaz kabarcikli mikroalg kürecikleri (6), dairesel formdaki çökeltme tankinin orta kismindan bir iletim hatti ile atik suya katilmaktadir. Ayni sekilde tankin orta kesiminden giris yapan atik suyun radyal akisinin yardimi ile orta kesimdeki mikroalg kürecikleri dis tarafa dogru hareket egiliminde olurlar. Tanktaki hidrolik bekleme süresi, mikroalglerin istenilen azot ve fosforu giderim hizlarina bagli olarak uygun miktardaki immobilize formda gaz kabarcikli mikroalg kürecikleri (6), ilgili aritim ünitesinin yüzeyini kaplar. Tesis sürekli aritim esasina göre çalisacagi için sürekli olarak eklenen immobilize formda gaz kabarcikli mikroalg kürecikleri (6) ilgili ünitenin giris kisminda azot ve fosfor giderimini yapmaya baslarlar. Radyal akis ile çökelme tankinin dis taraflarina dogru hareket eden immobilize formda gaz kabarcikli mikroalg kürecikleri (6) içerisinde mikroalg popülasyonu da artis gösterir ve böylece mikroalg kürecikleri su veya atik sudaki azot ve fosforun giderimini büyük oranda saglar. Aritim sürecinde kullanilan ve yaslanmis immobilize formda gaz kabarcikli mikroalg küreciklerinin (6) çökelme tankinin en dis kesiminde bulunan seperatörlerin (11) iç kesimine yerlestirilen bir toplama haznesi (12) ile hasadi gerçeklestirilir. Böylece, aritim sürecinde su veya atik sudan azot ve fosforu aritarak kendi bünyesine alan immobilize formda gaz kabarcikli mikroalg kürecikleri (6) hasat edilerek su/ veya atik sudan uzaklastirilir. Uzaklastirilan immobilize formda gaz kabarcikli mikroalg kürecikleri (6), yogun miktarda mikroalg barindirmasi, organik içeriginin yüksek olusu, azot ve fosfor açisindan zengin olmasi nedeniyle, bu bilesenlerin kullanildigi çesitli sektörlerde hammadde olarak kullanilabilirler. Sekil 3'te örnek olarak verilen aritim teknigi pek çok aritma ünitesinde kolaylikla uygulanabilir. Örnegin bulus, atik su aritiminda aktif çamur ünitesinin üst yüzeyinde kullanilabilir. Böylelikle azot ve fosfor aritimi gerçeklestirilirken, aktif çamur ile biyolojik aritim sonucu ortaya çikan COz"nin yüzeyde kismen tutulmasi saglanabilir. Bunlarin disinda membran biyoreaktörlerde de immobilize formda gaz kabarcikli mikroalg küreciklerinin (6) kullanilmasi ile membran tikanikliklarinin önemli ölçüde önüne geçilebilir. Bulusa konu olan gaz kabarcikli immobilize mikroalg küreciklerinin kullanildigi kesikli bir reaktörde aritim verimi incelenmis olup, çalisma kapsaminda Tetradesmus obliguus (syn. Scenedesmus obliquus) mikroalg kültürü kullanilmistir. Bulusun bir uygulamasinda çalisma kosullari olarak, sabit 8 pH degerinde, 24 saat aydinlik ortamda ve oda sicakliginda gerçeklestirilen çalismada, baslangiçtaki azot ve fosfor derisimleri 12,3mg/L NH4+-N ve 7,59 mg/L PO4' iken, 97,5 saat sonra atik sudaki azot ve fosfor giderimi sirasiyla %718, Bulusun bir uygulamasinda, konvansiyonel aritimda kullanilan bakteriyel mikrooganizmalar ile immobilize mikroalglerin birlikte kullanilabilmektedir. Böylece bakterilerin ihtiyaç duydugu oksijen mikroalglerin fotosentezi sayesinde kismen karsilanabilmektedir. Bakterilerin aritim sürecinde ortaya çikan 002 ise immobilize mikroalgler tarafindan fotosentez için kullanilabilir. TR TR

Claims (1)

1.ISTEMLER . Su veya atik sudan azot ve fosforun es zamanli gideriminde kullanilmak üzere mikroalg kültürü olup özelligi, polimerik jel formda mikroalg ve gaz kabarcigi içeren en az bir immobilize formda gaz kabarcikli mikroalg kürecigi (6) içermesidir. Istem 1'e göre mikroalg kültürü olup özelligi, bahsi geçen polimerik jel formun monomerik yapilardan türetilen sentetik polimer yapi olarak agar, sodyum aljinat, karajenan ve akrilamitten en az birini içermesidir. istem Te göre mikroalg kültürü olup özelligi, bahsi geçen polimerik jel formda mikroalgin hacimce 1:5-5:1 orani araliginda süspanse mikroalgzsodyum aljinat çözeltisi içermesidir. Istem Sie göre mikroalg kültürü olup özelligi, bahsi geçen sodyum aljinat çözeltisinin hacimce %1-5'Iik sodyum aljinat çözeltisi olmasidir. istem 1'e göre mikroalg kültürü olup özelligi, bahsi geçen gazin atmosferik gaz, azot gazi, karbondioksit gaz karsimi veya baca gazi olmasidir. Istem 1'e göre mikroalg kültürü olup özelligi, bahsi geçen gazin hacimce %0,5- 10 oraninda karbondioksit içermesidir. Istem 1'e göre mikroalg kültürü olup özelligi, bahsi geçen mikroalgin Tetradesmus obliguus ve/veya Chlorella vulgaris olmasidir. Istem 1”e göre mikroalg kültürü olup özelligi, bahsi geçen immobilize formda gaz kabarcikli mikroalg kürecigindeki (6) gaz/polimerikjel oraninin hacimce 1/50- araliginda olmasidir. istem 1'e göre mikroalg kültürünün üretimi için bir yöntem olup özelligi, i. polimerikjel formda çözelti ve süspanse mikroalglerin karistirilmasi ilejel formda mikroalglerin hazirlanmasi, ii. jel formda mikroalglerin jel mikroalg iletim hattindan (1) karisim bölgesine (3) iletilmesi, iii. gaz iletim hattindan (2) gelen gaz veya gaz karisimi ile karisim bölgesinde (3) karisan jel formda mikroalglerin, çikis borusunda (4) damla formuna dönüstürülmesi ve gaz kabarcikli jel formda mikroalg damlasi (5) elde edilmesi, iv. gaz kabarcikli jel formda mikroalg damlasinin (5) katilastirici sivi (7) ile karistirilmasi ve polimerlesmesi ile immobilize formda gaz kabarcikli mikroalg küreciginin (6) elde edilmesi islem adimlarini içermesidir. Istem 9'a göre bir yöntem olup özelligi, bahsi geçen polimerik jel formun agar, sodyum aljinat, karajenan, akrilamid gibi monomerik yapilardan türetilen sentetik polimer yapilar, akrilonitril, ürethan, vinil alkol ve hidroksietilmetakrilattan (HEMA) en az birini içermesidir. Istem 9 veya 10'a göre bir yöntem olup özelligi, bahsi geçen polimerikjel formda çözeltinin hazirlanmasi için hacimce %1-5'lik sodyum aljinat çözeltisi ile süspanse mikroalglerin, hacimce 1:5-5:1 oraninda süspanse mikroalg:sodyum aljinat çözeltisi olacak sekilde karistirilmasidir. Istem 9'a göre bir yöntem olup özelligi, bahsi geçen mikroalgin Tetradesmus obliguus ve/veya Chlorella vulgaris olmasidir. Istem 9,a göre bir yöntem olup özelligi, bahsi geçen gazin atmosferik gaz, azot gazi, karbondioksit gaz karsimi veya baca gazi olmasidir. Istem 9'a göre bir yöntem olup özelligi, bahsi geçen gaz karisiminin hacimoe Istem 9'a göre bir yöntem olup özelligi, bahsi geçen katilastirici sivinin (7) +2 yüklü kalsiyum katyonu içeren katilastirici bir kimyasal çözelti olmasidir. Istem 9'a göre bir yöntem olup özelligi, bahsi geçen katilastirici sivinin (7) katilastirici kimyasal ajan olarak kalsiyum Iaktat veya bunun çözeltisi, kalsiyum klorür, akrilonitril, üretan, vinil alkol ve hidroksietilmetakrilattan (HEMA) en az birini içermesidir. Istem 9 veya 16'ya göre bir yöntem olup özelligi, bahsi geçen katilastirici sivinin (7) kalsiyum laktatin hacimde agirlikça %0,5-10 oraninda bir çözeltisi olmasidir. Istem 9*a göre bir yöntem olup özelligi, bahsi geçen immobilize formda gaz kabarcikli mikroalg kürecigindeki (6) gaz/polimerikjel oraninin hacimce 1/50- araliginda olmasidir. Su veya atik sudan azot ve fosforun es zamanli gideriminde kullanilan immobilize formda gaz kabaroikli mikroalg kürecigini (6) içeren mikroalg kültürünün üretiminde kullanilmak üzere bir nozül (9) olup özelligi, o jel formda mikroalglerin iletimini saglayan jel mikroalg iletim hatti (1), gazin iletimini saglayan gaz iletim hatti (2), jel formda mikroalgler ile gaz karisiminin karistigi karisim bölgesi (3), jel formda mikroalgler ve gaz kabarciklarinin ardisik olarak çikis hattina yönlenmesi saglayan ve çikis kisminda karisim bölgesinin (3) 5 konumlandigi çikis borusu (4), . gaz iletim hatti (2) ile jel mikroalg iletim hattinin (1) sabitlenmesi ve nozül baglantisini saglamak için üst tipa (8) ve - nozül alt ucu (10) içermesidir. mm arasinda olmasidir. 21. Istem 19'a göre bir nozül olup özelligi, bahsi geçen gaz iletim hattinin (2) alt ucu ile nozül alt ucu (10) arasindaki açikligin 0,1-5 milimetrelik halka seklinde bir açiklik olmasidir. 15 22. Istem 19'a göre bir nozül olup özelligi. bahsi geçen nozülün tüm parçalarinin birbirinden ayrilabilir yapida olmasidir. TR TR