The fate of organic micropollutants in high-rate contact stabilization process integrated with anaerobic digestion
Anaerobik çürütme entegreli yüksek hızlı temasstabilizasyon prosesinde organikmikrokirleticilerin akıbeti
- Tez No: 1024494
- Danışmanlar: PROF. DR. NESLİHAN SEMERCİ, PROF. DR. ZEHRA SEMRA CAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Marmara Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışmada, organik mikrokirleticilerin (OMP) gerçek belediye atıksuyunu arıtan pilot ölçekli modifiye Yüksek Hızlı Temas Stabilizasyonu (HiCS) sistemi ve anaerobik çürütme ile entegre edilmiş bir proseste davranışı ve giderim mekanizmaları incelenmiştir. 11 seçilen OMP'nin giderim performansı, uzun dönemli izleme verileri, kütle dengesi analizi ve batch adsorpsiyon deneyleri kullanılarak değerlendirilmiştir. Sonuçlar, HiCS sisteminde OMP gideriminin büyük ölçüde bileşiğe özgü olduğunu ve başta çamur yaşı (SRT) olmak üzere işletme koşulları ile bileşiklerin fizikokimyasal özelliklerinin birlikte etkisi altında gerçekleştiğini göstermiştir. Hidrofobik bileşiklerin ağırlıklı olarak çamur fazına adsorpsiyon yoluyla geçtiği, daha polar bileşiklerin ise biyotransformasyon ile uzaklaştırıldığı belirlenmiştir. Deneysel olarak belirlenen katı-sıvı dağılım katsayıları (Kd), giderim mekanizmalarının yorumlanmasını desteklemiş ve sorpsiyon davranışının yalnızca hidrofobiklik ile açıklanamayacağını ortaya koymuştur. Ham atıksu ile stabilizasyon çamuru arasında bir ön temas bölgesi içeren modifiye HiCS konfigürasyonu, karbon yakalama performansını artırmış; ancak OMP giderimi üzerindeki etkisinin sınırlı kaldığı ve daha çok kirleticilerin giderim mekanizmalarının göreli katkısını değiştirdiği belirlenmiştir. Modifiye HiCS konfigürasyonu karbon yakalama performansını artırmış olmakla birlikte, OMP giderimi üzerindeki etkisinin sınırlı olduğu ve daha çok kirleticilerin faz dağılımını etkilediği belirlenmiştir. Anaerobik çürütme ile entegrasyon sonucunda ortalama 0.36 ± 0.10 L CH₄/g VS metan üretimi elde edilmiş ve enerji geri kazanımı açısından olumlu sonuçlar gözlenmiştir. Ancak OMP davranışının çürütme sürecinde de bileşiğe özgü olduğu, bazı bileşiklerin kalıcı olduğu, bazılarının ise dönüşüme uğradığı belirlenmiştir. Genel olarak, yüksek hızlı arıtma sistemlerinin karbon yakalama yoluyla enerji geri kazanımını desteklediği, ancak mikrokirletici gideriminin bileşiğe bağlı olarak değiştiği ortaya konmuştur. Bu çalışma, enerji odaklı proses tasarımı ile mikrokirletici yönetimi arasındaki dengeyi ortaya koyarak, döngüsel ekonomi yaklaşımı kapsamında sürdürülebilir atıksu arıtma sistemlerinin geliştirilmesine katkı sağlamaktadır.
Özet (Çeviri)
This study investigates the fate and removal mechanisms of organic micropollutants (OMPs) in a pilot-scale modified High-Rate Contact Stabilization (HiCS) system integrated with anaerobic digestion, a high-rate system designed for carbon capture rather than oxidation, treating real municipal wastewater under dynamic operational conditions. The removal performance and behaviour of eleven selected OMPs—including ibuprofen (IBU), diclofenac (DICLO), carbamazepine (CBZ), estrone (E1), 17β-estradiol (E2), estriol (E3), 17α-ethinylestradiol (EE2), bisphenol A (BPA), nonylphenol (NP), octylphenol (OP), and ciprofloxacin (CIPRO)—were evaluated using long-term monitoring, mass balance analysis, and batch sorption experiments. The results demonstrated that OMP removal in the HiCS system is strongly compound-specific and governed by the interplay between physicochemical properties and operational parameters. Readily removed compounds such as NP (72 ± 10%), IBU (74 ± 13%), and CIPRO (84 ± 18%) exhibited high overall removal efficiencies, whereas moderate removal was observed for BPA (59 ± 7%), OP (55 ± 15%), and DICLO (61 ± 18%). In contrast, persistent compounds such as CBZ (23 ± 21%) and EE2 (27 ± 17%) showed limited removal. Hydrophobic compounds predominantly associated with sludge solids through sorption, whereas more polar compounds were mainly removed via biotransformation. The experimentally determined sludge–water distribution coefficients (Kd) supported the mechanistic interpretation and confirmed that sorption behaviour could not be reliably predicted based solely on hydrophobicity. Additionally, within the HiCS system, shorter SRT conditions (1 day) consistently resulted in improved OMP removal compared to longer SRT (2 day). The modified HiCS configuration, incorporating a pre-contact zone between influent wastewater and stabilization sludge, enhanced carbon capture performance; however, its impact on OMP removal remained limited, with only marginal increases (typically within 5–11%) and no statistically significant differences when considering error bars, indicating that process modification primarily influenced the relative contribution of removal pathways rather than overall removal efficiency. Integration with anaerobic digestion enhanced methane production potential, with an average yield of 0.36 ± 0.10 L CH₄/g VS, while OMP behaviour during digestion remained compound-specific, with evidence of both persistence and transformation. Overall, the findings indicate that high-rate treatment systems can effectively support energy recovery through carbon capture, while micropollutant removal remains inherently compound-dependent, highlighting a fundamental trade-off between energy-oriented process design and micropollutant management. This study provides important insights into the development of integrated and sustainable wastewater treatment strategies within a circular economy framework.
Benzer Tezler
- Hareketli yataklı reaktörlerde antienflamatuvar yapıdaki mikro kirleticilerin gideriminin araştırılması
Investigation of the removal of anti-inflammatory micropollutants in moving bed reactors
BERKAY UÇAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAYRETTİN GÜÇLÜ İNSEL
- Coupling ozone with GAC, AIX and biochar: Removal of pharmaceuticals from the biologically treated wastewater and fate of their transformation products
Ozonun granüler aktif karbon, iyon değişimi veya biyokömürle kombinasyonu ile farmasötiklerin biyolojik arıtılmış atıksudan giderilmesi ve transformasyon ürünlerinin akıbeti
MALHUN FAKIOĞLU KUTLU
Doktora
İngilizce
2024
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İZZET ÖZTÜRK
- Biyolojik atık su arıtma tesisinde diklofenak'ın mevsimsel giderim veriminin ve laboratuvar ölçekli anoksik arıtılabilirliğinin incelenmesi
Investigation of seasonal removal efficiency of diclofenac in a biological wastewater treatment plant and biodegradability potential in lab scale anoxic reactors
GAMZE ÖZDEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DİDEM OKUTMAN TAŞ
- Effect of microwave pretreatment on fate of antimicrobials and conventional pollutants during anaerobic sludge digestion and biosolids quality for land application
Anaerobik çamur çürütme prosesinde uygulanan mikrodalga dezentegrasyon işleminin antimikrobiyallerin ve konvansiyonel kirleticilerin akıbetine ve arazi uygulaması için biyokatı kalitesine etkisi
GÖKÇE KOR BIÇAKCI
Doktora
İngilizce
2018
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EMİNE ÇOKGÖR
- Kentsel biyolojik atıksu arıtma tesisinde organik mikrokirleticilerin giderim durumunun değerlendirilmesi
Evaluation of the removal status of organic micropollutants in urban biological wastewater treatment plant
DENİZ DEMİRBİLEK
Doktora
Türkçe
2023
Çevre MühendisliğiFırat ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. UBEYDE İPEK
PROF. DR. ÜLKÜ YETİŞ