Factors affecting the enrichment of a mixed bacterial culture in an aerobic dynamic feeding system (ADF) for polyhydroxyalkanoate (PHA) production


Thesis Type: Postgraduate

Institution Of The Thesis: Marmara Üniversitesi, Turkey

Approval Date: 2013

Thesis Language: English

Student: Fatma Tuba Çitak

Consultant: NESLİHAN SEMERCİ

Abstract:

AEROBİK DİNAMİK BESLEME SİSTEMİNDE POLİHİDROKSİALKONAT (PHA) ÜRETİMİ İÇİN KARIŞIK BAKTERİ KÜLTÜRÜ ZENGİNLEŞTİRİLMESİNİ ETKİLEYEN FAKTÖRLER Karışık mikrobiyal kültürlere dayalı PHA üretim işlemi, üretim maliyetlerini azaltabilecek bir teknoloji olarak araştırılmaktadır. Aerobik dinamik besleme (ADF) olarak bilinen proses, çalışma koşulları besleme stratejisi de dahil olmak üzere tam anlamıyla geliştirilirse saf kültürden PHA üretimine rakip olabilir. Bu çalışmada laboratuvar ölçekli ardışık kesikli reaktör (akr), PHA üretimindeki zenginleştirme safhasını etkileyen faktörleri esas alarak karbon-azot (C/N) ve karbon-fosfor (C/P) oanlarını değiştirerek araştırmak için sentetik atıksu ile ADF koşullar altında işletildi. Bu nedenle 14 farklı işletme periyotu ve 2 farklı besleme rejimi uygulandı. Bütün besinlerin reaktöre aynı anda beslendiği rejim 7.periyota kadar uygulandı. Azot ve fosforun ayrıca bolluk devresi bittikten sonar aralıklarla beslenmesi olan diğer besleme rejimi de geriye kalan periyotlarda uygulanmıştır. İlk besleme rejiminde ulaşılan % 87 olan en yüksek PHB içeriği (C/P: 1090 Cmol/Pmol, C/N: 12 Cmol/Nmol) ve 0.97 CmolPHB/CmolHAc (C/P: 152 Cmol/Pmol, C/N: 33 Cmol/Nmol) olan polimer verimine ulaşılmıştır. 2. Besleme rejiminde en yüksek ortalama % PHB içeriği olan % 39.5, 8. Periyotta (C/P: 76 Cmol/Pmol, C/N: 18 Cmol/Nmol) elde edilmiş ve system ortalama verim olan 0.57 CmolPHB/CmolHAc ile 269 gün C/N oranı 5 ile 9 ve C/P oranı 20 ile 232 arasında değişen koşullar altında işletilmiştir. Biriktirme aşamasındaysa biokütle sadece aralıklarla asetat ile beslenmiştir. En yüksek PHB içeriği olan % 61.3, 3.1 Cmol/Cmol substrat yüklemesi içeren 105 Cmmol/L lik 2 asetat yüklemesiyle elde edilmiştir. Kasım, 2013 Fatma Tuba ÇİTAK ABSTRACT FACTORS AFFECTING THE ENRICHMENT OF A MIXED BACTERIAL CULTURE IN AN AEROBIC DYNAMIC FEEDING SYSTEM (ADF) FOR POLYHYDROXYALKANOATE (PHA) PRODUCTION PHA production processes based on mixed microbial cultures are being investigated as a possible technology to decrease production costs. The process known as aerobic dynamic feeding (ADF) could be competitive to pure culture PHA production when operational conditions including feeding strategy fully developed. In this study a lab scale sequencing batch reactor (SBR) was operated under ADF conditions with synthetic wastewater, to investigate the factors affecting the enrichment phase of PHB production by mainly changing carbon-to-nitrogen (C/N) and carbon-to-phosphorus (C/P) ratios. Therefore, 14 different operational periods and 2 different feeding regimens were applied; the one which all nutrients fed to reactor at the same time was applied until 7th period. And the other one with separate nitrogen and phosphorous supply after feast period by pulses was applied in the rest of the periods. In the first feeding regimen, the highest PHB content of 83 wt% (C/P: 1090 Cmol/Pmol, C/N: 12 Cmol/Nmol) and yield of 0.97 CmolPHB/CmolHAc (C/P: 152 Cmol/Pmol, C/N: 33 Cmol/Nmol) were achieved. In the second feeding regimen the highest average % PHB content of 39.5 wt% achieved in period 8 (C/P: 76 Cmol/Pmol, C/N: 18 Cmol/Nmol) and the system was operated at the average yield of 0.57 CmolPHB/CmolHAc for 269 days under the C/N ratio of 5 to 9 and C/P ratio range of 20 to 232. In the PHB accumulation phase, biomass was only fed with acetate pulses. The Highest PHB content (61.3 wt%) was obtained with two 105 Cmmol/L acetate pulses having 3.1 Cmol/Cmol substrate loading. November, 2013 Fatma Tuba ÇİTAK