Inhıbıtory effeects of zınc oxıde nanopartıcles on anammox process - Can, Safiye (My University, 2018)
Anammox prosesi, konvansiyonel nitrifikasyon denitrifikasyon proseslerine göre, yüksek azot içeren atıksuların arıtılmasında yenilikçi, etkili ve düşük maliyetli bir alternatiftir çünkü daha az enerji gerektirir, harici karbon ilavesi gerektirmez ve daha az atık çamur meydana getirir. Fakat, Anammox prosesinin uygulamaları atıksudaki çözünmüş oksijen, organik madde, fosfat, tuz, ağır metaller ve nanoparçacıklar gibi inhibitör maddelerden dolayı sınırlıdır. Son yıllarda, nanoteknolojik uygulamalar hızla gelişmektedir ve endüstriyel ürünlerde nanoparçacık kullanımları sık hale gelmiştir. Nanoparçacıklar kullanıldıktan sonra evsel atıksu arıtma tesislerine deşarj edilmekte ve biyolojik prosesleri olumsuz etkilemektedirler.Bu çalışmada çinko oksit nanoparçacıklarının Anammox prosesi üzerindeki kısa ve uzun süreli inhibisyon etkileri incelenmiştir. Anammox bakterilerini çoğaltmak için 2 litrelik labaratuvar ölçekli reaktör 550 gün işletilmiştir. Çinko oksit nanoparçacıklarının inhibisyon seviyeleri kısa süreli inhibisyon testleri ile gösterilmiştir. Anammox bakterileri 24 saat boyunca 1mg/ L den 200 mg/ L ye kadar değişen çinko oksit nanoparçacık konsantrasyonlarına maruz bırakılmıştır. Spesifik azot giderim verimleri hesaplanmış ve %50 inhibisyona neden olan değer 83.7 mg/ L olarak bulunmuştur. Sonrasında 1 litrelik reaktörde 160 gün boyunca uzun süreli inhibisyon çalışılmıştır. Çinko oksit nanoparçacık konsantrasyonu 0.2 mg/ L den 15 mg/ L ye kadar arttırılmıştır. Ortalama NH4-N ve NO2-N giderim verimleri 94% ve 98% olarak bulunmuştur. NH4-N and NO2-N ölçümleri yanı sıra pH, toplam ve uçucu askıda katı madde, protein and karbonhidrat deneyleri de yapılmıştır. Kısa süreli deneylerden sonra ölçülen protein ve karbonhidrat miktarında kayda değer bir değişim olmaz iken, uzun süreli inhibisyon çalışmasında bakterinin nanoparçacıklardan korunma amacıyla protein miktarını arttırdığı gözlemlenmiştir.

Anammox is a cost-effective, innovative, and more sustainable process in comparison with the conventional nitrification and denitrification processes due to less oxygen demand, no external carbon requirement, less sludge production and no N2O emission. However, the application of Anammox process have been restricted due to the widespread inhibitory factors existing in wastewaters such as dissolved oxygen, substrate, organic matter, phosphate, salts, heavy metals and nanoparticles. In recent years, development and application of nanotechnology rapidly increased and the use of nanoparticles is now very common in industrial products such as semiconductors, cosmetics, coating, medicine, paints and catalysis. Nanoparticles, after being used, are discharged to domestic wastewater treatment plants and they adversely affect the biological processes.In the scope of this study, short and long-term effects of ZnO nanoparticles on Anammox process was investigated. For the enrichment of biomass, a 2 liter lab-scale, semi-continuous reactor was operated for 550 days. Inhibition levels of zinc oxide nanoparticles were demonstrated via batch exposure tests. Anammox biomass was exposed to ZnO nanoparticles in the range of 1 to 200 mg/ L for 24 hours. The specific nitrogen removal rates were calculated and the IC50 value was found to be 83.7 mg/ L. Thereafter, long-term inhibition was investigated in a 1L semi-continuous reactor for 160 days. ZnO NPs concentration was increased gradually from 0.2 mg/ L to 15 mg/ L. The average NH4-N and NO2-N removal efficiencies were 94% and 98% indicating that the presence of ZnO NPs did not lead to process instability till 15 mg/ L. Besides NH4-N and NO2-N measurements pH, total and volatile suspended solids, protein and polysaccharide in EPS were also measured. Although the EPS was not influenced significantly at the end of the 24 h batch exposure tests, the production of EPS was increased during the long-term study indicating that the bacteria produced EPS in order to be protected from ZnO nanoparticles.
Keywords: anammox; Arıtım teknikleri; Arıtma; Atık sular; Çevre mühendisliği; inhibisyon anammox; inhibition; nanoparticles; nanopartikül