Membran biyoreaktörü (MBR) ile evsel atıksu arıtımı
Domestic wastewater treatment with membrane bioreactor (MBR)
- Tez No: 213361
- Danışmanlar: DOÇ.DR. MEHMET KİTİŞ, DOÇ.DR. ÖZER ÇINAR
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2007
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Süleyman Demirel Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 172
Özet
Yapılan doktora tez çalışmasında; 1) Membran biyoreaktör (MBR) sisteminin değişken karakterli evsel atıksulardaki arıtma performansı, 2) Farklı biyokütle ve işletim şartlarında işletilen MBR sisteminde membran tıkanmalarının belirlenmesi, 3) MBR sisteminin geri yıkama süreleri ve sıklıklarının optimize edilmesi ve 4) MBR sisteminde oluşan çamurun susuzlaştırılması konularını içeren 4 fazda deneysel ve teorik araştırmalar yapılmıştır. Söz konusu 4 faz çalışmasında da pilot ölçekli batık MBR sistemi olarak ZW-10® (Zenon Environmental Inc., GE Water&Process Technologies) ünitesi kullanılmıştır. Batık sistem, gözenekli fiber membran modülüne sahip ünite sürekli akışlı besleme ile 19 ay boyunca çalıştırılmıştır. Aerobik biyolojik oksidasyon ve ultrafiltrasyon kademeleri tek proses tankı içinde gerçekleştirilmiştir. MBR ünitesinde aerobik organik karbon giderimi ve nitrifikasyon hedeflenmiştir. MBR sistemi ilk 3 ayda sadece izleme, kontrol ve biyolojik aklimasyona ulaşılması için çalıştırılmıştır. Bu süreden sonraki 8 ayda SDÜ kampüsü öğrenci yurtlarından kaynaklanan günlük ve dönemsel olarak değişken karakterli evsel atıksuların MBR sistemiyle arıtılabilirliği araştırılmıştır. Son 8 aylık dönemde ise ikinci, üçüncü ve dördüncü faz çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Birinci faz arıtılabilirlik çalışmaları kapsamında MBR sistemi 3 farklı işletim aşamasında çalıştırılmıştır: 1) sonsuz çamur yaşı (SRT), normal akı değeri: 25 L/m2-saat; 2) SRT: 20 gün, normal akı değeri: 25 L/m2-saat; 3) SRT: 20 gün, yüksek akı değeri: 39 L/m2-saat. MBR sisteminin işletildiği 8 ay boyunca giriş atıksuyu karakterleri aşırı salınımlar göstermiştir. Bu salınımlara ve özellikle 1. aşamadaki çok düşük atıksu sıcaklıkları (6 ?C) ve giriş suyundaki ani tuzluluk artışlarına rağmen MBR sistemi tüm işletim boyunca çok yüksek arıtma performansı sergilemiştir. Arıtma performansı F/M (substrat/biyomas oranı), organik yükleme hızı, spesifik substrat giderim hızı ve çözünmüş oksijen gibi diğer parametrelerdeki salınımlardan da olumsuz etkilenmemiştir. Üç işletim aşamasında da arıtma veriminin, test edilen SRT, MLSS ve işletim akılarından bağımsız olduğu bulunmuştur. Normal ve yüksek akı aşamalarında 8 aylık işletim boyunca membranlarda geri dönüşümsüz tıkanma olmamıştır. Ayrıca, normal akıda 6 aylık işletim süresince, süzüntü suyu ile rutin geri yıkama dışında kimyasal membran temizliğine ihtiyaç duyulmamıştır. 2 ay boyunca 39 L/m2-saat gibi çok yüksek akı işletiminde bile, 2 defa kimyasal temizlik yapılmıştır. Genel itibariyle, 8 ay süreyle işletilen pilot ölçek MBR sistemi ile tıkanma ve permeabilite azalması gibi işletim zorlukları ile karşılaşılmadan, giriş atıksuyu karakterlerindeki aşırı salınımlara rağmen, MBR prosesi ile sorunsuz bir şekilde çok yüksek kalitede arıtılmış su elde edilebileceğini göstermiştir. Doktora çalışması ikinci fazında değişken karakterli evsel atıksuların arıtımını yapan pilot ölçek batık MBR sisteminde çeşitli biyokütle karakterleri (MLSS, MLVSS, hücre dışı polimerik maddeler (EPS), çözünmüş mikrobiyal ürünler (SMP), partikül boyutu dağılımı) ve işletim iv şartlarında (havalandırma hızı (UG), işletim akısı) tıkanma eğilimlerinin ve kritik akıların tayin edilmesi amaçlanmıştır. Kritik akı ve tıkanmalar deneysel olarak kademeli akı metoduyla tespit edilmiştir. Tıkanma davranışları 5 farklı MLSS konsantrasyonunda ve dört UG değerinde incelenmiştir. MBR sisteminin farklı MLSS konsantrasyonlarındaki biyokütle karakterizasyonu, EPS ve SMP nin hem protein hem de karbonhidrat fraksiyon konsantrasyonlarının MLSS konsantrasyonlarının artışıyla arttığını göstermiştir. Diğer taraftan MLSS konsantrasyonlarının artmasıyla partikül boyut dağılımı değişmiş ve ortalama partikül boyutu küçülmüştür. EPS ve SMP nin karbonhidrat fraksiyonlarının protein fraksiyonlarından daha fazla tıkamaya sebep olduğu görülmüştür. Tüm MLSS seviyelerinde artan havalandırma hızları tıkanma kontrolünde pozitif bir etki sergilemiştir; ancak artan MLSS seviyelerinde etki derecesi azalmıştır. MBR sisteminin işletim akısı kritik akı değerinden küçük ise akının tıkanma hızına etkisi küçüktür ve bu trend MLSS konsantrasyonundan bağımsızdır. Artan MLSS konsantrasyonu tıkanma hızını arttırmış ve dolayısıyla permeabilite değerlerini önemli oranda düşürmüştür. Sonuç olarak işletim akısı değeri kritik akı değerinin üzerinde olması durumu, artan MLSS konsantrasyonlarına bağlı olarak EPS'in hem protein hem de karbonhidrat konsantrasyonlarının yüksek olması, biyokütle içerisindeki partiküllerin boyutlarının küçülmesi ile birlikte membran tıkanmaları artmıştır. Doktora çalışmasının üçüncü fazında MBR sisteminde farklı geri yıkama şartlarının/ senaryolarının membran tıkanmalarına olan etkilerinin tayini ve optimum geri yıkama senaryosunun belirlenmesi amaçlanmıştır. Yedi farklı geri yıkama senaryosunun, tıkanma kontrolü üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Deneysel çalışmalar 6600-6800 mg/L MLSS konsantrasyonu ve 0,101 m/s UG değerinde yürütülmüştür. Yüksek tıkanma hızı değerleri her senaryoda kritik akı üzerindeki akı (>25-30 L/m2-saat) değerlerinde gözlenmiştir. Kritik akının altındaki akılarda, benzer filtrasyon ve geri yıkama frekansları olan senaryolarda tıkanma hızları devamlı ve tutarlı bir şekilde (
Özet (Çeviri)
This doctoral thesis work mainly contained lab- and pilot-scale research and was conducted in four major phases: 1) The treatability of domestic wastewater with diurnally and seasonally variable characteristics using a pilot-scale membrane bioreactor (MBR), 2) Determination of the membrane fouling in MBR system operated with different biomass and operating conditions, 3) Optimization of the backwash durations and frequencies of the MBR system, 4) Dewaterability studies of the MBR sludge. A pilot-scale MBR unit (ZW-10®, Zenon Environmental Inc., GE Water&Process Technologies) was used during the study. The single-tank unit, containing an immersed hollow fiber ultrafiltration (UF) membrane module, was continuously operated aerobically for 19 months for carbon removal and nitrification, and the aerobic biological oxidation and ultrafiltration for biomass separation were performed in this single tank. MBR system was operated for monitoring, controlling and biological acclimation during the first 3 months. During the following 8 months, treatability of domestic wastewater from university student dormitories with diurnally and seasonally variable characteristics was investigated. In the last 8 months, second, third and fourth phases of the study were completed. A total of three major operational stages were tested during the first-phase of the study: 1) no sludge wastage, flux: 25 L/m2-h; 2) solids retention time (SRT): 20 d, flux: 25 L/m2-h; and 3) SRT: 20 d, flux: 39 L/m2-h (high flux conditions). The characteristics of raw wastewater exhibited both diurnal and seasonal variations during operation. Although the influent characteristics were highly variable including sudden increases in total dissolved solids (TDS) and the wastewater temperatures were as low as 6 oC during winter months, the MBR system performed well throughout its eight months of operation. The treatment performance was not negatively influenced by variations in operational parameters including F/M ratio, organic loading rate, specific substrate removal rate, and dissolved oxygen concentrations. The performance was independent of tested SRT, mixed liquor suspended solids (MLSS) concentrations and flux values in 3 operational stages. In both normal and high flux stages, irreversible fouling of membranes did not occur during the eight months of operation. Furthermore, no chemical cleaning was performed during the six months of operation at normal flux, except routine back-pulses with permeate. Even for the high flux operation (39 L/m2-h) continued for two months, chemical maintenance cleaning was only employed two times. Overall, eight months of pilot-scale tests indicated the robustness of MBR process in terms of achieving very high quality of treated water without any operational limitations including fouling and permeability reduction problems. The main objective of the second phase of the study was to determine the impacts of various operational conditions (aeration velocity (UG), operating flux) and biomass characteristics (MLSS, MLVSS, extracellular polymeric substances (EPS), soluble microbial products (SMP), particle size distribution) on membrane fouling and critical flux in the pilot-scale, submerged MBR,. Critical flux and levels of fouling was determined by the flux step method. Fouling behavior was studied at five different MLSS concentrations and four different aeration velocities at each MLSS concentration. Concentrations of both protein and carbohydrate fractions of EPS and SMP increased with increasing MLSS concentrations. Also, the distribution of particle sizes shifted toward smaller particles and the mean particle size decreased as the MLSS concentrations increased. Carbohydrate fractions of both EPS and SMP contributed to fouling more than protein fractions. Aeration velocity exhibited positive impacts on fouling control at all MLSS concentrations; however, the degree of this impact decreased significantly with increasing MLSS concentrations. The impact of flux on fouling rate was small as long as the operating flux was less than critical flux, a trend found independent of MLSS concentration. Increasing MLSS concentration significantly decreased permeability values and increased fouling rates. It was concluded that membrane fouling was increased by increasing operating flux (beyond the critical flux), increasing MLSS concentration (thus the concentrations of both carbohydrate and protein fractions of EPS) and smaller particle sizes. In the third phase of the study, the impacts of various backwash scenarios on fouling and optimum backwash scenario in a MBR were determined. The effects of seven different backwash scenarios on fouling control were tested. Experimental studies were conducted at the MLSS values in the range of 6600-6800 mg/L and UG value of 0.101 m/s. A higher rate of fouling was observed above critical flux (>25-30 L/m2-h) for all scenarios. For scenarios with the similar filtration and backwash frequencies at the fluxes under the critical flux, fouling rates were always found lower (
Benzer Tezler
- Investigation of elevated process temperature on nitrification efficiency in leachate MBR plant using simulation tools
Simülasyon araçları kullanarak sızıntı suyu MBR tesisinde yüksek proses sıcaklığının nitrifikasyon verimliliği üzerindeki etkisinin araştırılması
SERAP TÜRK
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAYRETTİN GÜÇLÜ İNSEL
- Güneş enerjisi destekli paket membran biyoreaktör (MBR) ile evsel atıksularından organik madde, azot ve fosfor giderimi
Organic material, nitrogen and phosphorus removal in domestic wastewater with solar energy supported package membrane bioreactor (MBR)
YUSUF CAN HATİPOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
EnerjiKonya Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BİLGEHAN NAS
- Membran biyoreaktörler ile evsel atıksu arıtımında mikrokirletici gideriminin incelenmesi
Investigation of micropollutant removal from municipal wastewater by membrane bioreactors
MELEK ÇAĞLA ERBİL
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HALE ÖZGÜN ERŞAHİN
- Modelling of the leachate treatment plant with membrane bioreactor process
Membran bioreaktör procesli bir sızıntı suyu arıtma tesisinin modellenmesi
CANSU DELİBAŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İZZET ÖZTÜRK
- Impact of support material type on the performance of dynamic membrane bioreactors treating municipal wastewater
Dinamik membran biyoreaktörler ile evsel atıksu arıtımında farklı destek tabakası tiplerinin araştırılması
RIZA HUDAYARIZKA
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HALE ÖZGÜN ERŞAHİN