ANAEROBİK OSMOTİK MEMBRAN BİYOREAKTÖRDE KULLANILAN ÇEKME ÇÖZELTİLERİNİN İNHİBİSYON ETKİSİNİN ARAŞTIRILMASI

Tez Türü: Yüksek Lisans

Tezin Yürütüldüğü Kurum: İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa, Mühendislik Fakültesi, Çevre Mühendisliği Bölümü, Türkiye

Tez Danışmanı: Yasemin Kaya

Tezin Onay Tarihi: 2023

Tezin Dili: Türkçe

Desteklendiği Program: Diğer

Özet:

Atıksulardan su, enerji ve nütrient geri kazanımı gün geçtikçe daha çok önem kazanmakta olup; bu kaynakların geri kazanım uygulamalarında ileri osmoz (İO) sisteminin anaerobik membran biyoreaktör (AnMBR) sistemiyle birlikte kullanıldığı yenilikçi hibrit sistemler dikkat çekmektedir. Bu tez çalışmasının amacı, anaerobik osmotik membran biyoreaktör (AnOMBR) sistemlerinde kullanılabilecek çekme çözeltilerinin (ÇÇ) anaerobik arıtmaya inhibisyon etkisinin araştırılarak, en uygun ÇÇ’nin belirlenmesidir. Bu amaçla çalışma kapsamında, kesikli İO ve biyokimyasal metan potansiyeli (BMP) testi çalışmaları gerçekleştirilmiştir. ÇÇ seçiminde, İO performansı ve ÇÇ’lerin anaerobik inhibisyona etkisi dikkate alınmıştır. Uygun ÇÇ seçimi kapsamında yapılan deneysel çalışma sonuçları analitik hiyerarşi prosesi (AHP) analizine tabii tutulmuş ve AnOMBR sistemi için en uygun ÇÇ seçimi gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, temiz İO membranı ve MgCl₂ ile gerçekleştirilen kesikli İO çalışmaları sonucu elde edilen kirli İO membranlarında otopsi çalışmaları yapılmıştır. Membran otopsi çalışmaları kapsamında, membran yüzey ve gözeneklerindeki kirlenmeyi tespit etmek için taramalı elektron mikroskobu ve enerji dağılımlı X-ray dedektörü (SEM-EDX), membran yüzey pürüzlülüğünün tespit edilmesi için atomik kuvvet mikroskobu (AFM), membran yüzeyindeki kimyasal bağları incelemek amacıyla fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FT‒IR) ve membranın hidrofilik/hidrofobik özelliğini belirlemek için temas açısı ölçümleri gerçekleştirilmiştir.

AnOMBR sistemleri için kullanılabilecek uygun ÇÇ’ler için, literatürde İO çalışmalarında kullanılan çeşitli ÇÇ türleri araştırılmış ve bir ön eleme prosedürüne tabii tutulmuştur. Ön eleme sonucunda belirlenen 4 adet organik ve 14 adet inorganik ÇÇ ile yapılan AHP analizi; maliyet, osmotik basınç, İO performansı (RSFS-Ters tuz akısı seçiciliği (L/g)), inhibisyon ve maksimum çözünürlük parametreleri dikkate alınarak uygulanmıştır. Bu AHP analizine göre belirlenen ÇÇ’ler; sodyum klorür ( ), magnezyum klorür ( ), amonyum sülfat ( ), potasyum bikarbonat ( ), sodyum format ( ), sodyum asetat ( ), magnezyum asetat ( ) ve etilentetradiamintetraasetik asit (EDTA) ( . Seçilen 8 adet ÇÇ ve deniz suyunun farklı konsantrasyonları (30 bara karşılık gelen konsantrasyon, 0.75 M, 1 M, 1.5 M, 2 M) ile kesikli İO ve BMP testi çalışmaları gerçekleştirilmiştir. BMP testi, kesikli İO denemelerinde elde edilen C_R değerleri dikkate alınarak gerçekleştirilmiş ve ÇÇ’lerin performansı kümülatif CH₄ (mL) cinsinden belirlenmiştir. Kesikli İO çalışmaları, besleme çözeltisi (BÇ) olarak sentetik mezbaha atıksuyu ve saf su kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Farklı ÇÇ konsantrasyonlarında BÇ’nin saf su olarak kullanıldığı kesikli İO deneylerinde en yüksek RSFS değeri 0.3 M ile (24.8 L/g), en düşük RSFS değeri ise 2 M HCOONa ile (2.6 L/g) yapılan çalışmada gözlemlenmiştir. Farklı ÇÇ konsantrasyonlarında BÇ’nin sentetik mezbaha atıksuyu olarak kullanıldığı kesikli İO deneylerinde en yüksek RSFS değeri 0.3 M ile (13.19 L/g), en düşük RSFS değeri ise 2 M ile (NH₄)₂SO₄ ile (0.85 L/g) yapılan çalışmada gözlemlenmiştir. BMP testi çalışmaları dikkate alındığında, inorganik ÇÇ’lerden; NaCl’nin 0.75 M, MgCl₂’nin 0.47 M, KHCO₃’ün 0.65 M, deniz suyunun 1.5 M ve (NH₄)₂SO₄’ün 1 M’dan sonra CH₄ üretiminin azaldığı ve inhibisyon oluştuğu belirlenmiştir. Organik ÇÇ’lerin CH₄ üretim miktarları dikkate alındığında HCOONa’nın 0.72 M ve CH₃COONa’nın 1.5 M konsantrasyonundan sonra inhibisyon meydana gelmiştir. Kesikli İO çalışmalarından elde edilen RSFS değerleri ve BMP testinden elde edilen miktarları dikkate alınarak ikinci bir AHP analizi gerçekleştirilmiştir. AHP skorları dikkate alındığında en uygun ÇÇ’nin MgCl₂ olduğu belirlenmiştir. Temiz ve kirli membranlarda gerçekleştirilen membran otopsisi çalışmaları sonucunda, kirlenmenin membran porlarında ve yüzeyde görüldüğü, artan ÇÇ konsantrasyonu ile inorganik kirlenmede artışın meydana geldiği fakat membran yapısının bozulmadığı sonucuna varılmıştır. Bu tez çalışmasından elde edilen sonuçlara göre, MgCl₂’ün AnOMBR sistemi çalışmalarında kullanılabilecek bir ÇÇ olduğu, 6 saatlik kesikli İO çalışmaları sonucunda yoğun bir membran kirlenmesine sebep olmadığı ve anaerobik performansta CH₄ üretimine olumlu etkiye sahip olduğu belirlenmiştir.