Model based process optimization of enhanced wastewater treatment plants

Avrupa Birliği’ne uyum sürecinde ele alınan atık sorunu kapsamında, alıcı ortamlara yapılacak deşarjlarda konvansiyonal parametrelerin yanısıra azot ve fosfor (besi maddesi) parametrelerinin de belli standart değerlerin altına indirilmesi gerekli hale gelmiştir. Bu nedenle, “Kentsel Atıksu Arıtımı Yönetmeliği, 2006” ile uyum sürecinde olan ülkemizde azot ve fosfor standartları mevzuatımıza dâhil edilmiştir. “Kentsel Atıksu Arıtımı Yönetmeliği, 2006” kapsamında mevcut tesislerin besi maddesi giderimine yönelik olarak geliştirilmesi, yeni kurulacak tesislerin ise besi maddesi giderecek şekilde en uygun arıtma teknolojisi kavramı çerçevesinde boyutlandırılması gereklidir. Besi maddesi giderimine yönelik en uygun arıtma teknolojisi biyolojik prosesler, bunlar arasında en ekonomik çözüm ise aktif çamur sistemleri olarak tanımlanmaktadır. Bu çalışma aktif çamur tesislerinin, Avrupa Birliği normlarında performansını sağlayabilecek optimum tasarım ve işletme süreçlerinin değerlendirilmesini amaçlamaktadır. Bu kapsamda, bir örnek olarak ele alınan İstanbul Su ve Kanalizasyon İdaresi (İSKİ) Paşaköy İleri Biyolojik Atıksu Arıtma Tesisi’nde mevcut durumda atıksu karakterizasyonu ve sistem performansı deneysel olarak belirlenmiş, elde edilen bilgiler kullanılarak sürekli kullanıma uygun olacak model-bazlı tasarım ile işletme simülasyon programları hazırlanmış ve işletme optimizasyonu çerçevesinde çıkış besi maddesi konsantrasyonlarının düşürülmesi amacıyla işletme senaryoları oluşturularak önerilerde bulunulmuştur. Yürütülen senaryo analizleri ile, havalandırma tanklarındaki çözünmüş oksijen seviyelerinin uygun ayarlanması, tesisin geri devir denitrifikasyonu prensibi yerine A2O veya UCT tipi sistem şeklinde işletilmesi ile sistem veriminin arttırılabileceği ve dolayısıyla çıkış besi maddesi konsantrasyonlarının azaltılabileceği belirlenmiştir. Anahtar Kelimeler: İleri biyolojik atıksu arıtma tesisi, atıksu karakterizasyonu, model-bazlı tasarım, işletme optimizasyonu.The Urban Wastewater Treatment Directive published in the Official Gazette No. 26047 of 08.01.2006 was adapted from the “The Council Directive (91/271/EEC)” concerning urban waste-water treatment was accepted in European Union Countries, which imposes enforcements about the collection and treatment of wastewater. This directive requires that also nitrogen and phosphorus (nutrients) to be removed together with the conventional parameters. In this context, it is very important to follow and apply the technological advances while the harmonization of legislations in Turkey with European Union Standards. Mathematical models are frequently used for the design and optimum operation of wastewater treatment systems. In order to use the activated sludge models for the process design and control, it is crucial to understand the behavior of complex biological reactions under steady and dynamic conditions. The initial step for the use of models should be, a model calibration according to the data obtained from the treatment plant and an analysis of the behavior of the treatment plant under dynamic influent and environmental conditions (Vanrolleghem et al., 2003). After the calibration of the prepared model according to the operational conditions of the treatment plant, the model can be used for the optimization of the plant, meeting the effluent quality standards, minimizing operational costs and for developing appropriate process control strategies. On the other hand the effect of changes in the process conditions on the model stability should be taken into consideration (Insel et al., 2007). The aim of this study was to evaluate the optimum design and operational criteria of advanced biological wastewater treatment plants by applying international monitoring and evaluation mechanisms that will increase the performance to norms required in the European Union. Accordingly, İSKİ Paşaköy Advanced Biological Wastewater Treatment Plant (ABWWTP) was chosen as a model plant and in the first stage on influent wastewater characterization, chemical oxygen demand (COD) fractionation and performance of the activated sludge system were experimentally determined. In the second stage, using the dimensions of the İSKİ Paşaköy ABWWTP units and the experimentally determined operational parameters, model calibration studies were conducted. On this context, theoretical parameters of model-based design and operational simulation programs applied for the plant were evaluated. In the last stage of the study, for operational optimization, according to the results obtained from the experimental and simulation studies conducted at İSKİ Paşaköy ABWWTP, operational scenarios were developed and suggestions were made. In the scenario analysis reduction of effluent phosphorus and total nitrogen concentration was aimed and the effect of (i) the aeration system control, (ii) recycle denitrification (iii) influent VFA concentration was analyzed and the effect of (iv) different system configurations was evaluated. The results of statistical data analysis of wastewater characterization studies conducted at İSKİ Paşaköy Advanced Biological Wastewater Treatment Plant aiming nitrogen and phosphorus removal revealed that due to low influent Chemical Oxygen Demand (COD), Total Kjeldahl Nitrogen (TKN), Total Phosphorus (TP) and Volatile Fatty Acids (VFA) concentrations, high efficiencies of biological phosphorus removal was not achievable. According to the scenario analysis performed for the treatment plant it has been concluded that it is possible to increase the removal efficiency of the system and achieve lower effluent total nitrogen and phosphorus concentrations by setting the dissolved oxygen levels to appropriate levels and operating the systems as an A2O or a UCT type system instead of a recycle denitrification system. It has been concluded that if the scenario analyses were applied it is not possible to meet the European Union Effluent Quality Standard of 1.0 mg/l for the phosphorus parameter. Experimental and model based studies have to be conducted for the installation of a fermentation process together with different system configurations that are required to meet the effluent quality standard by biological treatment. Keywords: Paşaköy wastewater treatment plant, wastewater characterization, model based optimization, process control

Inherited defects of piRNA biogenesis cause transposon de-repression, impaired spermatogenesis, and human male infertility

piRNAs are crucial for transposon silencing, germ cell maturation, and fertility in male mice. Here, we report on the genetic landscape of piRNA dysfunction in humans and present 39 infertile men carrying biallelic variants in 14 different piRNA pathway genes, including PIWIL1, GTSF1, GPAT2, MAEL, TDRD1, and DDX4. In some affected men, the testicular phenotypes differ from those of the respective knockout mice and range from complete germ cell loss to the production of a few morphologically abnormal sperm. A reduced number of pachytene piRNAs was detected in the testicular tissue of variant carriers, demonstrating impaired piRNA biogenesis. Furthermore, LINE1 expression in spermatogonia links impaired piRNA biogenesis to transposon de-silencing and serves to classify variants as functionally relevant. These results establish the disrupted piRNA pathway as a major cause of human spermatogenic failure and provide insights into transposon silencing in human male germ cells

Génétique de l'infertilité masculine : identification de gènes impliqués dans l'azoospermie non obstructive et oligozoospermie sévère

Among couples with a desire for a child, male factor is responsible approximately 20%. Despite long years of assisted reproductive activities, a significant number of cases remain idiopathic. Considering the high predicted number of genes involved in male gametogenesis, it is likely that most ‘idiopathic’ forms may have a genetic origin. In the present study, we have defined two new genes implicated in male infertility. Our data suggested that a nonsense mutation in TEX15 correlates with a decrease in sperm count over time. A diagnostic test identifying the mutation in man could provide an indication of spermatogenic failure and prompt patients to undertake sperm cryopreservation at an early age. We also identified MAGEB4 as a new X-linked gene involved in an inherited male infertility. This study provides the first clue on the physiological function of a MAGE protein.Parmi les couples avec un projet parental, le facteur masculin d’infertilité est responsable d’environ 20%. Malgré de longues années d’activités d’assistance médicale à la procréation, un nombre important de cas reste idiopathiques. Considérant le nombre élevé des gènes potentiellement impliqués dans la gamétogenèse, il est fort probable que la majorité des formes ‘idiopathiques’ sont d’origine génétique. Dans l'étude présente, nous avons d’identifier deux nouveaux gènes impliqués dans une infertilité masculine. Nos données suggèrent que la mutation dans TEX15 puisse corréler avec une diminution du nombre de spermatozoïdes au fil du temps. Un test diagnostique identifiant la mutation chez un patient pourrait fournir une indication d’organiser au plus tôt une cryopréservation du sperme. On a aussi identifié MAGEB4 liées à l’X comme un nouveau gène impliqué dans une infertilité masculine héritée. Cette étude fournit le premier indice sur la fonction physiologique d'une protéine MAGE

İnfertil erkeklerde AZF bölgelerini kapsayan Y kromozon mikrodelesyon taraması

Çocuk sahibi olmak isteyen çiftlerin %15'i infertilite (kısırlık) sorunu ile karşılaşmaktadır ve bunların %30-40'ında problem erkekten kaynaklanır. Mikroenjeksiyon yönteminden önce çocuk sahibi olamayan ileri derecede erkek faktörlü infertilite hastaları ve Y delesyonu (mikro ve makro) taşıyan erkekler artık çocuk sahibi olabilmektedir. Y kromozomunun kalıtımı her zaman babadan olacağından mikrodelesyon taşıyan erkeklerin oğulları da benzer genetik bozuklukları taşıyacaktır. Günümüzde moleküler genetik analizler sayesinde Y kromozomunda yer alan mikrodelesyonlar saptanabilmektedir. Yöntemin geçmişi çok olmamasına rağmen ICSI (intracytoplasmic sperm injection mikroenjeksiyon) bebeklerinin %9.4'ünün mikrodelesyon taşıdığı rapor edilmiştir. Literatüre geçen Y kromozomu mikrodelesyon oranları %1 ile %55.5 arasında değişmektedir. Oranlardaki değişiklik etnik grup, çalışılan hasta grubu ve kullanılan STS (sequence tagged sites)'lerin seçimindeki farklılıklardan kaynaklanır.Bu çalışmada; toplumumuzdaki Y kromozom mikrodelesyon oranlarını belirlemek amacıyla 40 azospermi ve 31 oligospermi hastası ile son beş yıl içerisinde çocuk sahibi olan 20 erkek birey olmak üzere toplam 91 kişide mikrodelesyon taraması yapılmıştır. Venöz kandan elde edilen DNA, Y kromozomu üzerinde AZF (azospermi faktörü) bölgelerine özel 18 STS primeri kullanılarak multipleks PCR (polimeraz zincir reaksiyonu) yöntemi ile çoğaltılmış ve %3 NuSieve: agaroz (3:1) jel elektroforezinde yürütülerek incelenmiştir. Yapılan analizler sonucunda, biri AZFb bölgesinde diğeri AZF b+c+d bölgelerinde olmak üzere toplam 2 azospermik hastada (2/91= %2.2; 2/40= %5) mikrodelesyon saptanmıştır. Literatürle uyumlu olarak her iki hastanın biyopsisinde de spermatogenetik aktivite bulunamamıştır. Bu sonuçlar Y kromozom mikrodelesyon analizlerinin TESE (testiküler sperm ekstraksiyonu) sonucu sperm bulunabilmesi olasılığını belirlemede önemli olduğu görüşünü destekler niteliktedir. Y kromozom mikrodelesyon analizleri, bu delesyonları taşıyan erkeklerin klinik yönlendirilmeleri ve çiftlerin ilerde doğabilecek sorunlara karşı uyarılmaları açısından önemlidir

Akondroplazi'de moleküler genetik analizler: Bir ön çalışma

Achondroplasia, the most common form of skeletal dysplasia in man, is inherited autosomal dominant and causes severe dwarfism. More than 90 % of patients with achondroplasia have a G to A transversion or G to C transversion at position 1138 of the fibroblast growth factor receptor (FGFR3) gene resulting in the substitution of an arginine for a glycine residue at position 380 (G380R) of the FGFR3 protein. in this study, 11 unrelated Turkish patients with achondroplasia were evaluated for the G to A transversion at position 1138 of the fibroblast growth factor receptor (FGFR3) gene. Ten out of 11 patients studied carried the G to A mutation. None of the patients had the G to C mutation at the same position. in conclusion vast majority of Turkish achondroplasia patients have the same most frequent mutation that was defined in patients with achondroplasia from other countries. Our results also support the argument that the G380R mutation of FGFR-3 gene is the most common mutation causing achondroplasia in different populations.Akondroplazi; otozomal dominant geçiş gösteren, ileri derecede boy kısalığı yapan ve tüm toplumlarda en sık rastlanılan iskelet displazisidir. Akondroplazili hastaların %90'ından fazlasında hastalığın, 4 numaralı kromozomun p kolunun 16.3 bölgesinde yer alan fibroblast büyüme faktörü reseptör 3 (FGFR3) geninin 1138. nükleotidinde yer alan Guanin (G) bazının Aden'in (A) veya Sitozin (C)'e dönüşüm mutasyonu sonucunda ortaya çıktığı gösterilmiştir. Her iki mutasyon 380 pozisyonundaki glisin yerine arginin gelmesiyle sonuçlanır. Bu çalışmada yaşları 2-23 arasında değişen 11 farklı Türk Akondroplazi hastası FGFR3 geninin 1138. nükleotidinde G?A ve G?C mutasyonu için incelenmiştir. Çalışılan 11 hastanın 10 tanesinde, G?A mutasyonu görülürken, G?C mutasyonunun hiçbir hastada bulunmadığı saptanmıştır. Elde edilen sonuçlarla Türk hastalarda da G?A mutasyonunun literatürde diğer toplumlarda olduğu gibi yüksek oranda bulunduğu belirlenmiştir. Bu çalışma akondroplazili hastalarda da 1138. nükleotidde G den A'ya değişim sonucu ortaya çıkan FGFR3 de G380R mutasyonunun en sık görülen mutasyon olduğu sonucunu desteklemektedir

Homozygous Splice Site Mutation in ZP1 Causes Familial Oocyte Maturation Defect

In vitro fertilization (IVF) involves controlled ovarian hyperstimulation using hormones to produce large numbers of oocytes. The success of IVF is tightly linked to the availability of mature oocytes. In most cases, about 70% to 80% of the oocytes are mature at the time of retrieval, however, in rare instances, all of them may be immature, implying that they were not able to reach the metaphase II (MII) stage. The failure to obtain any mature oocytes, despite a well conducted ovarian stimulation in repeated cycles is a very rare cause of primary female infertility, for which the underlying suspected genetic factors are still largely unknown. In this study, we present the whole exome sequencing analysis of a consanguineous Turkish family comprising three sisters with a recurrent oocyte maturation defect. Analysis of the data reveals a homozygous splice site mutation (c.1775-3C>A) in the zona pellucida glycoprotein 1 (ZP1) gene. Minigene experiments show that the mutation causes the retention of the intron 11 sequence between exon 11 and exon 12, resulting in a frameshift and the likely production of a truncated protein