Improvement of anaerobic degradation of sludge using enzymatic treatment
Enzimatik arıtma kullanılarak arıtma çamurlarının anaerobik bozunmasının geliştirilmesi
- Tez No: 213030
- Danışmanlar: PROF.DR. AYŞE FİLİBELİ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyomühendislik, Çevre Mühendisliği, Bioengineering, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Aktif çamur, anaerobik çürüme, çamur dezentegrasyonu, biyolojik hidroliz, enzimatik arıtma, hücre dışı polimerik madde, susuzlaştırma, Activated sludge, anaerobic digestion, sludge disintegration, biological hydrolysis, enzymatic treatment, extracellular polymeric substances, dewaterability
- Yıl: 2007
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Dokuz Eylül Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 88
Özet
Fiziksel/kimyasal, biyolojik prosesler sonucunda, evsel ve endüstriyel atıksulardan veya içme sularından önemli miktarda çamur üretilmektedir. Çamurlar nihai bertaraflarından önce çevre ve sağlık kriterlerine uygun olarak arıtılmalıdır. Kaynaklarına göre, çamurun özelliği önemli ölçüde değişebilir. Çamurların işlenmesi çamurun kaynağına ve özelliklerine bağlı olmasına rağmen, yoğunlaştırma, stabilizasyon, şartlandırma, susuzlaştırma, nihai bertaraf, yakma, toprak uygulaması yaygın kullanılan temel yöntemlerdir. Çamur stabilizasyonu, organik maddelerin indirgenmesi, patojenlerin uzaklaştırılması ve olası koku problemlerinin önlenmesinden dolayı çamur yönetiminde önemli bir konudur. Bu amaç için, alkali stabilizasyon, aerobik ve anaerobik stabilizasyon, termofilik aerobik çürüme ve kompostlama gibi yöntemler ortaya konmuştur. Bu yöntemler içerisinde, anaerobik çürüme, çamur içindeki organik maddelerin biyolojik olarak ayrışması, biogaz üretimi, vb. gibi birçok avantajlara sahip olması nedeniyle oldukça yaygın kullanılmaktadır. Pozitif etkilerinin yanında, aerobik veya anaerobik biyoproseslerin her ikisi de çamur susuzlaştırma özelliği bakımından bazı olumsuz etkilere neden olmaktadır. (Ayol ve diğer., 2007a). Anaerobik çamur stabilizasyonu atık özelliklerine duyarlı olduğu kadar çevresel koşullara da duyarlıdır. Çamurun biyolojik işlenmesi sırasında flok yapısının bozulması üzerine yapılan laboratuar ölçekli çalışmalarda, yapısal olarak floklardan oluşan hücredışı polimerik maddelerin bakterilere bağlanarak çamurların su verme özelliğini engellemekte olduğu sonucu elde edilmiştir (ör. Novak ve diğer., 2003; Ayol, 2005). Biyolojik olarak parçalanabilen özellikteki kompleks yapılı organik maddelerin hidrolizi ağırlıklı olarak glukozitler, lipazlar ve proteazlar gibi hidrolitik enzimlere bağlıdır (Ayol ve diğer., 2007a). Bazı seçilmiş hidrolitik enzimler çamura ait substrat ? biopolimer bağı üzerinde harekete geçer, o bağı parçalar ve düşük moleküler ağırlıklı ürünleri açığa çıkarır. En sonunda, flok vii yapısının bozulmasına bağlı olarak, önemli miktarda protein, peptit ve karbonhidrat açığa çıkarılır ( Dey ve diğer., 2006; Watson ve diğer., 2004). Yeni bulgulara dayanarak, bu çalışmada hidrolitik enzimlerin çamurların susuzlaştırılabilme özelliklerine etkisi incelenmiştir. Deneysel çalışmalarda aktif çamur ile beslenen üç adet anaerobik reaktör kullanılmıştır. Enzim ilaveli ve enzim ilavesiz reaktörlerin performansları 15 ve 25 gün gibi iki farklı hidrolik alıkonma süresince düzenli olarak izlenmiş; organik madde giderimi, metan ve biogaz üretimleri ve susuzlaştırma özellikleri gibi parametrelere bakılmıştır. Enzim ilavesi için iki farklı hidrolitik enzim kullanılmıştır. Pilot ölçekli deneylerin ilk kısmında, reaktörler 25 gün boyunca 37 ± 3 °C işletilmiş, ilk bölümün sonuçlarına göre, işletme süresi 15 gün olarak değiştirilmiştir. Deneysel sonuçlar enzim ilavesinin flok yapısının bozulmasını geliştirdiğini göstermiştir. Enzim ilave edilen reaktörler kontrol reaktörüyle karşılaştırıldığında organik madde stabilizasyonu ve gaz üretimi açısından daha verimli olduğu belirlenmiştir. Anaerobik koşullar altında hücre dışı polimerik maddedeki protein konsantrasyonunun polisakkarit konsantrasyonundan önemli ölçüde daha yüksek olduğu gözlenmiştir. Bu çalışma, mevcut biyolojik çamur stabilizasyonunda hidrolitik enzimlerin bütün etkilerini inceleyerek çamurun anaerobik çürümesi sırasında flok yapısının enzimlerle parçalanmasını belirlemek için yapılan geniş kapsamlı projenin bir parçasını oluşturmaktadır.
Özet (Çeviri)
A significant amount of sludge has been produced worldwide annually either from municipal and industrial wastewaters or drinking water by physical/chemical, biological treatment processes. Sludges should be treated in accordance with the environmental and health criteria before final disposal. Depending on the sources, sludge characteristics can widely vary. Although processing of the sludges depends on the characteristics and quantities, the core methods used for processing are thickening, stabilization, conditioning, dewatering, and final disposal- incineration, land application (Spinosa et al., 2001). Sludge stabilization is an important issue in sludge management field for effective reduction of organic matter, removal of pathogen and odor potential. For this purpose, alkaline stabilization, aerobic and anaerobic stabilization, aerobic thermophilic digestion, and composting are introduced. Among the methods, anaerobic digestion has been widely used with its many advantages including efficient degradation of biodegradable particulate organic matters in sludge, and efficient biogas production. Clear of the positive effects, bioprocessing of activated sludge either aerobically or anaerobically leads to some negative effects to the sludge like deprived dewaterability characteristics (Ayol et al., 2007a). The anaerobic sludge stabilization process is very sensitive to environmental conditions as well as waste characteristics since the processes undergo rich microbial consortia. Previous studies (e.g. Novak et al., 2003; Ayol, 2005) have examined the mechanisms of floc destruction during the bioprocessing of the sludge in laboratory scale studies. Concluding remark from the studies is that a flocculated matrix of extracellular polymeric substances (EPS) bridging with bacteria holds back the dewaterability properties of the bioprocessed sludges. The hydrolysis of complex organic structures in the degradation of biodegradable particulate organic matter heavily depends on the hydrolytic enzymes like glucosidases, lipases, and proteases (Ayol et al., 2007a). v Some selected hydrolytic enzymes act on a particular substrate ? biopolymer present in the sludge, break down it and release products with lower molecular weight into solution. Ultimately, depending on the floc structure break-up, important amounts of proteins, peptides and carbohydrates are released (Dey et al., 2006; Watson et al., 2004). Based on the recent findings, this research study has examined the effects of hydrolytic enzymes on dewaterability of sludges. Experimental studies have used three anaerobic reactors operated with activated sludge as feed material. Reactor performances with and without enzyme additions were regularly monitored in terms of organic matter reduction, methane and biogas productions, and dewaterability properties at two different operation time as 15 and 25 days. For enzyme additions, two hydrolytic enzymes were used. Initial part of the pilot?scale experiments, the reactors were batchly operated at 25 days at 37 ± 3 °C. Depending on the first part?s results, operation time was changed as 15 days. Experimental results showed that the enzyme additions improved floc disintegration. Enzyme added reactors indicated better performance in terms of organic matter stabilization and gas production when comparing with the control reactor. The protein concentrations in EPS solutions were significantly higher than the polysaccharide concentrations under anaerobic conditions. This thesis as part of a broader project examining the overall fate and effects of hydrolytic enzymes in biological sludge stabilization presents recent research results to determine the floc disintegration mechanisms by enzymes during anaerobic digestion of sludge.
Benzer Tezler
- Development of effective molecular approach for determining of the biodegradation potential of petroleum contaminated soil
Petrolle kirlenmiş toprağın biyodegradasyon potansiyelinin belirlenmesi için etkili moleküler yaklaşımının geliştirilmesi
AIYOUB SHAHI
Doktora
İngilizce
2016
Biyoteknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ORHAN İNCE
- Biogas recovery during anaerobic treatment of lignocellulose-rich pollutants with high sulphate content: an investigation via innovative applications
Yüksek sülfat içerikli lignoselüloz bakımından zengin kirleticilerin havasız arıtımı sırasında biyogaz geri kazanımı: yenilikçi uygulamalarla bir araştırma
EDA YARSUR
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÇİĞDEM GÖMEÇ
- 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
Biyoteknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EMİNE ÇOKGÖR
- Anaerobic digestion of lignocellulosic waste usingphysico-chemical pretreatment methods interms of performance, microbial community, and cost analysis
Fizikokimyasal ön arıtım yöntemi ile lignoselülozik atıkların anaerobik çürütülmesi optimizasyonu, mikrobiyal topluluğu ve maliyet analizi
İREM GÜVEN BEYAZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Biyoteknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ORHAN İNCE
