Ardışık kesikli reaktörlerde çoklu doldurma yöntemiyle azot gideriminin optimizasyonu
Optimization of nitrogen removal in sequencing batch reactors by multiple mixed filling
- Tez No: 126843
- Danışmanlar: DOÇ. DR. RÜYA TAŞLI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2002
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 171
Özet
ÖZET Atıksuların boşaltıldığı alıcı ortamlarda karşılaşılan en büyük çevre sorunu ötrofikasyondur. Bu sorunun önlenmesi ancak azot ve fosfor gibi besleyici elementlerin kısıtlanması ile gerçekleştirilebilmektedir. Besi maddelerinin giderilmesinde ise biyolojik arıtma en etkili ve ekonomik çözümdür. Sadece karbonlu organik madde giderimi sağlayan konvansiyonel biyolojik arıtma tesisleri ile karşılaştırıldığında organik madde ile birlikte nutrient gideriminin de amaçlandığı sistemlerin tasarımının daha güç olduğu söylenebilir. Bu durumlarda proseslerin iyi incelenmesi ve uygun tasarımın gerçekleştirilmesi gereklidir. Ardışık kesikli reaktörlerin, işletme olasılıklarındaki esneklik göz önüne alındığında, nutrient giderimi için uygun sistemler olduğu görülmektedir. Bu özelliğinden dolayı ardışık kesikli reaktörler daha yüksek azot giderim verimlerinin sağlanabilmesi için gerekli işletme koşulu değişikliklerinin uygulanmasında uygun zemini oluşturmaktadır. Biyolojik azot gideriminde rol oynayan proseslerden nitrifikasyon prosesinde atıksu bileşimindeki amonyak azotu oksitlenmiş azot türevlerine dönüştürülmektedir. Okistlenmiş azot türleri ise denitrifikasyon prosesi ile zararsız azot gazına dönüştürülmektedir. Bu iki prosesin azot giderimi için yaygın olarak uygulandığı sistemler önde denitrifikasyon sistemleridir. Sürekli sistem önde denitrifikasyon uygulamalarında anoksik tank aerobik tanktan önce yerleştirilerek, nitrifikaSyonda oluşturulan oksitlenmiş azot türevlerinin denitrifikasyon gerçekleştirilen anoksik tanka girişi iç geri devir akımı ile sağlanmaktadır. Denitrifikasyon ve nitrifikasyon ile biyolojik azot giderimi gerçekleştirilen sistemlerde giderilen azot miktarını belirleyen temel faktörler denitrifikasyon, nitrifikasyon kapasiteleri ve iç geri devir ile denitrifikasyona giren kullanılabilir nitrat miktarlarıdır. Biyolojik nutrient giderimi sağlayan sistemlerin işletilmesi işletme koşullarının esnek seçilebiliyor olması büyük önem taşımaktadır. Ardışık kesikli reaktör sistemleri tek tank içerisinde seçilen işletme koşullan ile istenen anoksik, anaerobik, aerobik ortamların oluşturulmasını mümkün kıldığından, bu esnekliği sağlayabilmektedir. Tüm bu nedenlerle bir önde denitrifikasyon sisteminin ardışık kesikli reaktörde önce karıştırarak doldurma ve sonra havalandırma fazlan ile uygulanması pratik olmaktadır. Böylece sürekli sistemlerin aksine iç geri devir için özel bir düzeneğe de gereksinim kalmamaktadır. Ardışık kesikli reaktörlerde gerçekleştirilen önde denitrifikasyon uygulamaları incelendiğinde, azot gideriminin denitrifikasyon kapasitesi ve kullanılabilir nitrat miktarlarına bağlı olarak iki olası durum ile değişebildiği görülmektedir. Denitrifikasyon kapasitesinin, atıksuyun KOİ / TKN oranının düşük olması nedeniyle kısıtlı olduğu durumlarda, nitrat denitrifikasyon prosesi ile tümüyle giderilememektedir. Bu durumda mümkün olan en düşük çıkış nitrat konsantrasyonları sağlanamamaktadır. xivDiğer yandan, ardışık kesikli reaktörlerde işletme koşullarının seçilmesimde sağlanan esneklik alternatiflerin uygulanmasında kolaylık sağlamakla beraber geri devir oranının sürekli sistemlerden farklı olarak belirli kısıtlar altında seçilebiliyor olması, özellikle önde denitrifikasyon sistemlerinde azot giderim potansiyelinin tümüyle kullanılamaması problemini oluşturmaktadır. Bu şartlarda özellikle yüksek KOİ / TKN oranına sahip atıksularda sıklıkla karşılaşılan, diğer olası durum ise denitrifikasyon kapasitesinin söz konusu geri devir kısıtı nedeniyle kullanılabilir nitrat miktarından büyük olmasıdır. Bu durumda da yine denitrifikasyon potansiyeli tümüyle kullanılamamakta ve mümkün olan minimum nitrat çıkış konsantrasyonlarına ulaşılamamaktadır. Bu potansiyelin kullanılabilmesi ancak işletme koşullarında değişiklik yapılarak çoklu doldurmak anoksik periyodlar sayesinde mümkün olmaktadır. Bu koşullarda, denitrifikasyon kapasitesi bu anoksik periyodlarda paylaştırılacak ve birinci anoksik periyotta denitrifikasyon kapasitesi, önde denitrifikasyon sistemine benzer şekilde, geri devir akımı ile denitrifikasyon prosesine giren kullanılabilir nitratın giderilmesinde, ikinci anoksik periyotta denitrifikasyon kapasitesi ise birinci havalandırma bölgesinde oluşturulan oksitlenmiş azotun giderilmesinde kullanılacaktır. Böylece sistemin denitrifikasyon kapasitesinin israf edilmeden kullanılabilmesi söz konusu olacaktır. Bu yaklaşımdan hareketle çalışmada, ardışık kesikli reaktörlerde biyolojik azot giderimi gerçekleştirilen sistemlerden, mevcut atıksu karakterizasyonu ve seçilen işletme koşullarında, optimum azot gideriminin sağlanması için uygulanabilecek işletme alternatifleri ve bu işletme alternatiflerinin tasarımının gerçekleştirilmesinde kullanılabilecek bir stokiyometrik hesap yöntemi geliştirilmiştir. Geliştirilen hesap yöntemi, ardışık kesikli reaktörlerde önde dentirifikasyon, ikili veya üçlü doldurmak anoksik periyodların kullanıldığı çoklu doldurma yöntemlerinin hesap sistematiğini kapsamaktadır. Bu hesap yöntemi ile elde edilen sonuçlar, ASM 2d aktif çamur modeli matematik simülasyonlarından elde edilen sonuçlar ile karşılaştırılarak sulanmıştır. Bu karşılaştırma, stokiyometrik hesaplar ile elde edilen verilerin matematik Simülasyonlardan elde edilen veriler ile bağdaştığım göstermiştir. Matematik simülasyonlara nazaran çok daha kolay ve özel araç gerekmeksizin gerçekleştirilebilecek bu stokiyometrik hesapların daha da pratik gerçekleştirilebilmesi için Microsoft Visual Basic ile bir uygulama geliştirilmiştir. Bu uygulama sayesinde önde denitrifikasyon, ikili doldurma ve üçlü doldurma alternatiflerinin hesaplan kısa sürede yapılabilmektedir. Tez kapsamında aynı zamanda laboratuvar ölçekli bir ardışık kesikli reaktörde deneysel çalışma yürütülmüştür. Deneysel çalışmada öncelikle stokiyometrik yöntem yaklaşımı ile hesaplan gerçekleştirilen iki farklı işletme koşulunda ardışık kesikli reaktör sentetik atıksu beslemesi ile önde denitrifikasyon şartlarında işletilmiştir. Önde denitrifikasyon, ikili ve üçlü doldurma alternatifleri için geliştirilen stokiyometrik hesap yöntemi ile elde edilen sonuçların ASM 2d model simülasyonları ve deneysel çalışma sonuçları ile uyumlu olduğu görülmüştür. XV
Özet (Çeviri)
SUMMARY Eutrophication is the main environmental problem where wastewater is discharged without prior treatment. Avoiding this problem requires removal of nutrients like nitrogen and phosphorus. Biological treatment is the most efficient and economical method of nutrient removal. Design of systems for the removal of nutrients together with carboneous matter is harder when compared with design of conventional biological treatment systems where carboneous organic matter removal is the main single purpose. In these cases the biological processes must be carefully studied and suitable designs must be accomplished. For biological removal of nutrients, sequencing batch reactors can be preferred for the flexible choice of operating conditions they support. This property of sequencing batch reactors makes them suitable for maximum nitrogen removal by modifying these operating conditions. During nitritication process, which is one of the major processes of biological nitrogen removal, amonia is transformed into oxidized forms of nitrogen. Oxidized nitrogen forms then are transformed into harmless gaseous nitrogen during denitrification process. These two processes are commonly utilized in pre-denitrification systems. In continous flow pre-denitrification systems, anoxic tank is placed before aerobic tank and return of the oxidized nitrogen forms into the anoxic tank is accomplished by an inner recycle flow. The amount of nitrogen removed by denitritication - nitrification systems is effected mainly by the nitrification and denitrification potentials and the amount of available nitrate from the inner recycling current to the anoxic tank. Biological nutrient removal systems require flexibilty in choice of operating conditions. Sequencing batch reactors are able to provide biological treatment systems with this required flexibility via the ability to support anoxic, anaerobic and aerobic conditions in a single tank with proper operating conditions. As a result, for pre-denitrification systems to be designed in a sequencing batch reactor mixed filling and aeration phases can be used practically. Thus sequencing batch reactors don't require inner recycling currents. When pre-denitrification systems designed as sequencing batch reactors are examined, it can be stated that nitrogen removal is dependant on two possible cases which both involve the denitrification potential and the available nitrate. If denitrification potential is limited as in the case for wastewaters with low COD / TKN ratios, nitrate cannot be completely removed by denitrification. As a result, minimum possible effluent nitrogen concentrations cannot be accomplished. xviOn the other hand, sequencing batch reactors which provide the flexible choice of operating conditions and whose recycle ratio must remain within a limited range in contrast to continous flow systems, especially in the case of pre-denitrification systems, denitrification capacity will not be utilized completely. Under these conditions denitrification capacity of systems fed with high COD / TKN ratios will be higher than the amount of available nitrate because of the predefined limit of the recycle ratio. As a result minimum possible effluent nitrogen concentrations cannot be accomplished. Efficent utilization of denitrification potential can be achieved by designing treatment systems with operating conditions consisting of multiple mixed-fill anoxic phases followed by aerobic periods. These operating conditions allow the denitrification potential to be shared among anoxic phases and the denitrification capacity of the first anoxic phase will be utilized for the removal of available nitrate from the recycle, similar to a single anoxic phase pre-denitrification system and the denitrification potential of the second anoxic phase will be utilized for the removal of available nitrate from the first aerobic period. Thus the denitrification potential of the system can be used as efficently as possible. With the aid of the ideas predefined here, the operating condition alternatives for optimal removal efficiencies in sequencing batch reactors performing biological nitrogen removal are studied and stoichiometric design calculation procedures for these alternatives are developed in this study. The results obtained from these calculation procedures are compared with the results obtained from ASM2d activated sludge models run with AQUASIM software and with the results from the laboratory study. The comparison indicated that all of the results are in required correlation with each other. Microsoft Visual Basic is used for the development of a software which enables the stoichiometric calculation methods to be used practically and which lets the suitable operating condition alternative to be selected easily. During the thesis, laboratory study is carried out with the help of a laboratory scale sequencing batch reactor system. Two operating conditions, calculated previously with the help of the developed calculation method are selected. The sequencing batch reactor, fed with synthetic wastewater, is operated under these selected conditions. Results obtained for pre-denitrification. dual and triple mixed fill alternatives with this developed calculation method are in required correlation with each other. xvn
Benzer Tezler
- Evaluation of pha biopolymer production potential of high salinity industrial wastewater
Yüksek tuzlulukta endüstriyel atıksularda pha biyopolimer üretiminin değerlendirilmesi
AYŞE GÜVENTÜRK
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Biyoteknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÜLSÜM EMEL ZENGİN BALCI
- Ardışık kesikli reaktörlerde biyolojik arıtım
Biological treatment in sequencing batch reactors
ERBİL FİDAN
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
Çevre MühendisliğiAtatürk ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. YAŞAR NUHOĞLU
- Ardışık kesikli reaktörlerde (AKR) normal işletme koşullarındaki değişimler ve bunların arıtımı verimi üzerine etkisi
Changing of common operation conditions and their effects on treatment performance in sequencing batch reactors
TUBA ERTUĞRUL
Yüksek Lisans
Türkçe
2004
Çevre MühendisliğiSelçuk ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ.DR. ALİ BERKTAY
- Ardışık kesikli reaktörlerde organik madde giderimi
Organic substance removal in sequencing batch reactors
ZİŞAN PINAR SÖZER
Yüksek Lisans
Türkçe
2009
Çevre MühendisliğiGebze Yüksek Teknoloji EnstitüsüÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÜLEDA ENGİN
- Ardışık kesikli reaktörlerde biyotaşıyıcı ilavesinin tekstil atık suyundan pentaklorofenol (PCP) ve di(2 ethilhekzil) fitalat (DEHP) giderim verimi üzerine etkisi
The effect of biocarrier usage on pentachlorophenol (PCP) and di (2ethylhexyl) phthalate (DEHP) removal efficiency from textile wastewater in sequencing batch reactor
ELİF YAKAMERCAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Çevre MühendisliğiBursa Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ AHMET AYGÜN