Bira Endüstrisi Atıksularının Anaerobik Osmotik Membran Biyoreaktörde Arıtımı
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa, Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, Çevre Mühendisliği Anabilim Dalı Başkanlığı, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2019
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: Ahmet Murat Bacaksız
Asıl Danışman (Eş Danışmanlı Tezler İçin): Yasemin KAYA
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Bu tez çalışmasında anaerobik osmotik membran biyoreaktör (AnOMBR) sistemi için uygun çekme çözeltisi (ÇÇ) türleri belirlenerek, seçilen ÇÇ türleri ile bir bira fabrikasından temin edilen bira endüstrisi atıksuyunun AnOMBR sisteminde arıtılabilirliği araştırılmıştır. AnOMBR'nin uzun süreli işletiminden elde edilen seyreltik çekme çözeltisi (SSÇ) çıkışlarının ve üst fazın ileri arıtma kademelerinde (ultrafiltrasyon (UF), nanofiltrasyon (NF), ters osmoz (TO)) arıtılabilirliği incelenmiştir. Ayrıca, SÇÇ çıkışlarının sıvı gübre olarak çim yetiştirmede kullanılması araştırılmıştır. Temiz ve kirli ileri osmoz (İO) membranlarında gerçekleştirilen otopsi çalışmaları ile membran kirlenmesi detaylı incelenmiştir. AnOMBR'de kullanılan aşı çamuru ve reaktörlerden işletim süreci sonunda alınan çamur numunelerinde bakteri ve arke türlerinin değişimi belirlenmiştir. AnOMBR sistemine uygun ÇÇ türlerinin belirlenmesi amacıyla literatürde yaygın olarak kullanılan ÇÇ türleri araştırılmış ve 29 adet ÇÇ seçilmiştir. Bu ÇÇ türlerinin kimyasal maliyetleri, İO performansları, osmotik basınç ve maksimum çözünürlük değerleri ile Analitik Hiyerarşi Prosesi (AHP) analizi yapılmıştır. AHP sonuçlarına göre en uygun ÇÇ türleri olarak, Kalsiyum klorür (CaCl2), Magnezyum klorür (MgCl2), Monoamonyum fosfat (NH4H2PO4), Sodyum format (HCOONa), Sodyum klorür (NaCl), Sodyum Asetat (CH3COONa) ve Sodyum nitrat (NaNO3) seçilmiştir. Seçilen 7 farklı ÇÇ türü ve Deniz Suyu ile kesikli çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Dahili ve harici kesikli çalışmalardan elde edilen Jw ve Js değerleri, Biyolojik Metan Potansiyeli (BMP) testinden elde edilen metan (CH4) miktarları ve piyasa araştırması ile belirlenen ÇÇ maliyeti verileri ile ikinci bir AHP analizi yapılmıştır. Toplam AHP skoru sonuçlarına göre seçilen HCOONa ve CaCl2 ÇÇ türleri ile uzun süreli AnOMBR çalışması yürütülmüştür. Çalışmada kullanılan AnOMBR 5 L hacimde olup, pH: 7, Sıcaklık: 35℃ ve sonsuz çamur yaşında işletilmiştir. ÇÇ olarak HCOONa kullanıldığında, kimyasal oksijen ihtiyacı (KOİ) giderim veriminin %48‒90 aralığında değiştiği ve CH4 miktarının ortalama 0.35 LCH4/gKOİ olduğu belirlenmiştir. ÇÇ olarak CaCl2 kullanıldığında ise KOİ giderim verimi %31‒54 aralığında bulunmuş ve CH4 miktarı ortalama 0.25 LCH4/gKOİ olarak belirlenmiştir. Bakteriyel ve arkeal incelemede HCOONa ile işletilen AnOMBR sisteminde arkeal türlerin daha aktif olduğu belirlenmiştir. Her iki ÇÇ ile yürütülen çalışmalarda da artan tuz konsantrasyonun çamur partikül boyutunda azalmaya ve zeta potansiyelinde artışa neden olduğu görülmüştür. Membran otopsi analizlerinde, AnOMBR (ÇÇ: HCOONa) sisteminde biriken Na+ iyonlarının çamur flok yapısının dağılmasına neden olduğu ve dağılan flok yapılarının membran yüzeyini tamamen kaplayan biyofilm tabakası oluşumunu desteklediği belirlenmiştir. AnOMBR (ÇÇ: CaCl2) sisteminde ise İO membranının daha çok sarmal yapısının üst kısımlarında kirlilik biriktiği gözlenmiştir. AnOMBR sistemi (ÇÇ: HCOONa) düşük iletkenlik üst sınır değerinde (20 mS/cm) işletildiğinde anaerobik aktivitenin ve İO performansının iyileştirildiği belirlenmiştir. Ayrıca düşük iletkenlik üst sınır değerinde reaktör üst faz çıkışlarının AnOMBR sistemine geri devrettirilmesinin mümkün olduğu belirlenmiştir. İleri arıtma çalışmalarında SÇÇ çıkışlarının 5 ve 11 kat seyreltilerek tarımsal sulamada kullanılabileceği belirlenmiştir. ÇÇ: HCOONa'ya ait SÇÇ'nin NF membranından geçirilmesi ile tarımsal sulamaya uygun su elde edilememiştir. ÇÇ: CaCl2'ye ait NF süzüntüsünün ise A SınıfIII. Kalitede olduğu görülmüştür. SÇÇ'nin TO membranından geçirilmesi ile ÇÇ: HCOONa'ya ait TO süzüntüsüsünden A SınıfIII. Kalitede ve ÇÇ: CaCl2'ye ait TO süzüntüsünden A SınıfII. Kalitede su elde edilmiştir. Bununla birlikte TO konsantresinin stok ÇÇ olarak kullanılabileceği belirlenmiştir. Reaktör üst faz çıkışlarının UF membranından geçirilmesi ile kanal deşarj standartlarında süzüntü suyu elde edilmiştir. Ancak UF konsantresinin AnOMBR sistemine geri devrinin sistemin düşük iletkenlik üst sınır değerinde çalıştırıldığında mümkün olacağı belirlenmiştir. Sıvı gübre uygulamasında yapılan AHP analizi ile CaCl2 içerikli SÇÇ çıkışlarının en iyi sıvı gübre türü olduğu belirlenmiştir. Bu tez çalışmasından elde edilen sonuçlara göre, AnOMBR'nin bira endüstrisi gibi yüksek su tüketimine sahip endüstriyel atıksuların arıtımında yenilikçi bir teknoloji olarak kullanılabileceği ortaya konulmuştur. AnOMBR sisteminden elde edilen SÇÇ çıkışlarının sıvı gübre olarak kullanımı ile faydalı bir son ürüne dönüşümü mümkün olmuştur. AnOMBR sistemi SÇÇ çıkışlarının NF ve TO membranlarında arıtılması ile tarımsal sulamaya uygun kalitede su elde edilmiştir. AnOMBR sisteminin daha düşük reaktör içi iletkenlik üst sınır değerinde (20 mS/cm) işletildiğinde, sistemde yüksek anaerobik performans ve arıtma verimliliği sağlanacağı belirlenmiştir.