Integrated membrane filtration enhanced with chemical conditioning and biological treatability of olive mill wastewater
Zeytin karasuyunun kimyasal şartlandırma destekli entegre membran filtrasyonu sonrasında biyolojik arıtılabilirliğinin araştırılması
- Tez No: 397829
- Danışmanlar: PROF. DR. SEVAL SÖZEN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2015
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 101
Özet
Çevre Biyoteknolojisi çeşitli karmaşık yapıda kirletici içeren atıksuların özellikleri, biyokimyasal reaksiyonları ve arıtılabilirlikleri araştırmak üzere gelişmiş teknikleri kullanan bir bilimsel alandır. Aktif çamur biyolojik arıtma teknikleri içerisinde günümüzde en yaygın olarak kullanılan proseslerden biridir. Günümüzde, çevresel sürdürülebilirliğin sağlanması amacına yönelik olarak, kaynak kullanımının azaltılması ve enerji verimli sistemlerin kullanılması gerekliliği atıksu arıtma tesislerinde yenilikçi yaklaşımları ortaya koymuştur. Zeytinyağı üretimi sonucu oluşan atıksular, yaygın olarak kullanılan adı ile zeytin karasuyu, karmaşık ve kuvvetli tarıma dayalı bir endüstriyel atıksu olup, uygun ve yeterli arıtma yapılmaması durumunda önemli çevre problemlerine yol açmaktadır. Zeytin karasuyunun arıtılabilirliği ve uzaklaştırılması zeytin ve zeytin yağı üretiminin bu bölgede yoğunlaşması nedeniyle özellikle Akdeniz ülkeleri için önemli bir sorun teşkil etmektedir. Karasudaki yüksek organik madde içeriği ve toksik maddelerin varlığı ile birlikte bu atıksuların ancak mevsimsel üretimi nedeniyle arıtılmasında teknik ve ekonomik zorluklarla karşılaşılmakta ve bu hususlar en uygun arıtılabilirlik yönteminin araştırılmasını zorunlu kılmaktadır. Bu çalışma zeytinyağı üretimi atıksularının kimyasal şartlandırma ve membran filtrasyonu ünitelerinden oluşan bir entegre arıtma şeması ile arıtılarak organik madde içeriğini mümkün olabilecek en düşük düzeye getirmeyi ve bu atıksuların daha sonra evsel atıksu arıtma tesisinde evsel atıksular ile nihai arıtılabilirliğini ortaya koymayı amaçlamaktadır. Üretimin mevsimsel olması nedeniyle karasuyun hangi oranlarda evsel atıksular ile karıştırılmak suretiyle biyolojik arıtılabilirlik üzerinde herhangi bir olumsuz etki yaratmayacağı araştırılacaktır. Bu çerçevede zeytin karasuyunun kimyasal arıtmayı takip eden bir membran filtrasyonu uygulaması ile daha sonra nihai arıtma yöntemi olarak değerlendirilecek biyolojik arıtmaya olumsuz etkisi olmayacak düzeylerde arıtılması hedeflenmiştir. Kimyasal arıtmada çamur oluşumunu minimize eden PAC kullanılmış ve PAC ile birlikte optimum polielektrolit türü ve konsantrasyonu belirlenmiştir. Kimyasal arıtmanın KOI'yi oluşturan dağılımın hangi aralığında daha etken olduğunu belirleyebilmek amacıyla gerek ham suda gerekse kimyasal şartlandırılmış atıksuda partikül boyut dağılımı saptanmıştır. Ham suda yapılan partikül boyut dağılımı analizleri atıksuda mevcut olan 106500 mg/l KOI'nin % 57'sinin 1600 nm'den büyük % 26'sının ise 2 nm'den küçük olduğunu ortaya koymuştur. PAC ve anyonik polielektrolit kullanılmak suretiyle uygulanan kimyasal arıtma neticesinde KOI konsantrasyonu 40800 mg /l'ye düşürülerek % 62 giderim verimi sağlanmıştır. Kimyasal şartlandırma sonrasında partikül boyut dağılımı incelendiğinde KOI'nin (21000 mg/l KOI) %53'ünün 2 nm'nin altında olduğu görülmüştür. Ham atıksuya kaba filtrasyon uygulaması ile 106500 mg/l olan KOI konsantrasyonunun 51000 mg/L'ye düştüğü görülmüştür. Kaba filter ertesinde ultrafiltrasyon ve nanofiltrasyon uygulaması yapılmış, UC010 ile (ultrafiltrasyon) 33300 mg KOI/L, NF90 ile (nanofiltrasyon) 8300 mg KOI/L elde edilmiştir. Kaba filtrasyon sonrasında kimyasal arıtma yapılmaksızın membran filtarsyonu uygulaması ile % 92 giderim verimi sağlanabilmektedir. İkinci adımda kaba filtre sonrasında kimyasal arıtma uygulaması ile KOI konsantrasyonu 40800 mg/L'ye düşürülmüştür. Bu akıma ultrafiltrasyon uygulaması ile 29300 mg KOI/L ve nanofiltrasyon ile nihai düzey olan 5870 mg KOI/L elde edilmiştir. Kimyasal şartlandırmanın optimum uygulama yerini belirlemek amacıyla üçüncü adımda ultrafiltrasyondan geçirilen karasu kimyasal arıtılmış ve daha sonra nanofiltrasyon uygulanmıştır. Bu süreçte nihai olarak KOI 6200 mg/L olarak taspit edilmiştir. Bir sonraki aşamada entegre kimyasal arıtma ve membran filtrasyonu prosesinden geçirilmiş olan karasuyun biyolojik arıtılabilirliğe olan etkisini belirlemek amacıyla farklı oranlarda karasu ve evsel atıksu karışımları oluşturularak respirometrik deneyler yürütülmüş, biyolojik arıtma üzerinde olumsuz etki yaratmayan en uygun karasu-evsel atıksu karışım oranı saptanmıştır. Biyolojik arıtılabilirlik deneyleri, evsel atıksuyu yansıtmak üzere, organik karbon içeriği ve KOİ fraksyonları evsel atıksu ile eşdeğer olan sentetik pepton kullanılmak suretiyle yürütülmüştür. Biyokütle aklimasyonunu sağlamak amacıyla çamur yaşı 8 gün olan bir doldur-boşalt reaktör 2 ay boyunca kararlı hal koşullarında çalıştırılmıştır. Zeytin karasuyunun evsel atıksuyun biyolojik ayrışabilirliğini inhibe edici etkisi olup olmadığını ortaya koyabilmek üzere respirometrik testlerden yararlanılmıştır. Deneyler 2L kesikli olarak işletilen reaktörlerde gerçekleştirilmiştir. Çeşitli oranlarda zeytin karasuyu ve evsel atıksu karışımı OUR profilleri değerlendirilmiştir. Evsel atıksuyun biyolojik olarak ayrışabilirliğini karakterize etmek üzere kontrol amaçlı bir set deney sadece pepton ile yürütülmüş ve OUR ölçümleri yapılmıştır. 2. ve 3. Deney setlerinde ise ön arıtılmadan geçirilmiş zeytinyağı sırasıyla % 15 ve %50 oranlarında pepton ile karıştırılmıştır. 4. Deney seti ise biyolojik olarak ayrışabilme karakterini tayin edebilmek için yalnızca ön arıtılmış zeytinyağı atıksuyu ile yürütülmüştür. Elde edilen OUR profilleri modelleme yaklaşımı ile irdelendiğinde, karasuyun kolay ayrışabilen ve yavaş ayrışabilen iki KOİ fraksiyonundan oluştuğu, peptonun ise kolay ayrışabilen, hızlı hidroliz olabilen ve yavaş hidroliz olabilen organik maddeler ile karakterize edilebileceği saptanmıştır. Gerek hızlı, gerekse yavaş hidroliz olabilen organik maddeler ancak kolay ayrışabilen organik maddeye dönüştürüldükten sonra çoğalmada kullanılmaktadır. Ham zeytinyağı atıksuyunun zor ayrışabilirliği respirometrik ölçümler sonucu görülmüştür. Ham zeytinyağı atıksuyu ile yapılan OUR ölçümünde gözlenen düşük OUR profili sınırlı ve kısmen ayrışabilen KOİ miktarının olduğuna işaret etmektedir. Biyokimyasal reaksiyonda kullanılan ve harcanan oksijenin kütle dengesine göre deney setinde elde edilen KOİ değeri toplam KOİ değeri olan 200mg/L'nin yalnızca %21'i olan 46mg/L ile sınırlı kalmıştır. Yapılan değerlendirmede kimyasal şartlandırma ve ultrafiltrasyon/nanofiltrasyondan adımlarından oluşan ön arıtmadan geçirilmiş karasuyun evsel atıksu niteliğinde pepton ile karışımının, denenen iki farklı karışım oranında da, biyolojik arıtmayı olumsuz olarak etkilemediği görülmüştür. Modelleme çalışmaları karasuyun yüksek karışım oranında dahi mikroorganizmaların maksimum spesifik çoğalma hızı ve hidroliz katsayılarının etkilenmediğini, bir başka ifade ile ön arıtmadan geçirilmiş karasuyun çoğalma ve hidroliz kinetiğine olumsuz bir etkisi olmadığını ortaya koymuştur. Modelleme sonuçları sadece pepton ve sadece karasu setleri için de benzerlik göstermiştir. Bu durum ön arıtma adımının karasu içindeki biyolojik ayrışmayı olumsuz yönde etkileyecek tüm maddeler ile birlikte biyolojik olarak ayrışamayan maddelerin de uzaklaştırıldığını göstermektedir. Aktif biyokütle miktarı her set deneyde hemen aynı kaldığından herhangi bir inhibisyon/ toksik etki söz konusu değildir.
Özet (Çeviri)
Environmental biotechnology has been as area where extensive scientific efforts have been devoted to realize the characteristics and biodegradation of complex pollutants in different wastewaters and illuminate related biochemical reactions. Biological treatment has been traditionally based on the activated sludge process involve primary settling, aeration and secondary settling. However, the obligation to comply with new concepts of environmental sustainability, which require reducing the use of recourses and making the most energy efficient systems, underline the need for recognizing the full potential from the new and emerging technological options in wastewater treatment. Olive oil wastewater is one of the most complex and strong agro-industrial wastewaters which cause significant pollution problems in environments if appropriate treatment is not applied before disposal. The disposal and treatment of this wastewater is an important subject specially for the Mediterranean countries as most of olive oil producers in the world are located in this region. Due to specific characterization of this wastewater, especially high amount of organic, toxic and recalcitrant compounds, and on the other hand it's seasonally generation, it is necessary to find most appropriate method to have the best treatment efficiency. The most abundant organic substance in olive mill wastewater are polyphenols which are generally cause the high strength characteristic of wastewater, responsible for antimicrobial and toxic attribute of it, and are barriers in the wastewater biological treatment. This study, intended to provide the starting move towards the olive mill wastewater treatment by using the function of chemical conditioning and membrane filtration in reduction of the organic compounds of wastewater to the lowest level, that allows domestic biological treatment plant to be operated as final treatment system. For this application, in this work a significant amount of COD has been removed by means of chemical conditioning and membrane filtration using ultrafiltration and nanofiltration processes. In this framework, the olive oil wastewater with an initial COD of 106500 mg/L was subjected first to a coagulation - flocculation process, applying PAC supplemented with anionic polyelectrolyte yielded excellent effluent quality with COD level of 40800mg/L under optimum condition after coarse filtration (62 % overall COD removal). The particle size distribution analysis was conducted before and after chemical conditioning. This method is a beneficial tool for wastewater characterization that supplies valuable data about COD fractions for different size intervals and shows the relation between these COD fractions and particle size distribution of the wastewater. It can also compare different treatment technologies as a function of Particle Size Distribution. The results revealed that the chemical precipitation effectively removed the particulate fraction of COD and the highest COD removal efficiency was achieved on this fraction which appeared as the major fraction of raw wastewater. While after coagulation flocculation, the most COD portion remained on soluble fraction below 2 nm, but also with a similar significant removal from 27.500 mg/L in raw wastewater down to 21.000 mg/L. This level represented 53% of the remaining COD after chemical conditioning, which gives clear indication that major change occurred in the size range below 2 nm particularly important for membrane filtration. Applying ultrafiltration and nanofiltration yielded significant results in reducing COD. First step was started with a raw wastewater with a COD level of 51000 mg/L after coarse filtration. Ultra filtration using UC010 was able to reduce this level down to 33300 mg/L, and the nanofiltration step further reduced the COD concentration to 8300 mg/L. , with a final overall COD removal efficiency of % 92. Second step was started with chemical conditioning prior to membrane filtration, the effluent COD decrease to 29300 mg/L after ultrafiltration and finally to 5870 mg/L after nanofiltration steps. The third step involved the sequence of ultrafiltration, chemical conditioning and nanofiltration; a final COD of 6200 mg/L was obtained after the final nanofiltration step, which is a great efficiency in COD removal for this strong wastewater. The next part was the biological treatability of the integrated chemically- physically treated wastewater. A laboratory-scale sequencing batch reactor with a net volume of 5L was conducted with activated sludge taken from a domestic wastewater treatment plant. The system was fed with synthetic substrate (peptone mixture) with the same characteristics of domestic wastewater, in terms of organic carbon content and COD fractions with various biodegradation characteristics. It was operated for 2 months at steady state condition and a sludge age of 8 days, to get acclimated biomass. Respirometric measurements were used to determine the possible inhibitory effect of olive oil wastewater on the biodegradation of domestic sewage and to choose best mixture ratio of domestic sewage and olive mill wastewater for the biological treatment. Biodegradability of the olive mill wastewater when mixed into a domestic wastewater was essentially tested on the basis of oxygen uptake rate (OUR) profiles generated in respirometric measurements. Respirometric tests were conducted in 2L batch reactor started with biomass taken from SBR system at endogenous respiration stage. The first OUR measurement was conducted with synthetic wastewater or peptone mixture only, as control to evaluate biodegradation characteristics of domestic sewage. In tests 2 and 3 the biodegradability of pretreated olive oil and peptone mixture with mixing ratios of 15% and 50% were evaluated to determine the effect of olive oil wastewater in different concentrations on combined biological treatment. In 4th measurement, pretreated olive oil wastewater with no additional peptone was applied to assess its characteristics and behavior in biodegradation. In last OUR measurement, raw olive oil wastewater with total COD of 200mg/L in respirometric vessel was applied to understand the biodegradation characteristic od olive oil wastewater before any pretreatment. The results of model calibration show two major COD fractions in pretreated OMW: the readily biodegradable fraction, and the slowly biodegradable COD fraction. Three different COD fractions were shown for peptone: readily biodegradable, rapidly hydrolysable and slowly hydrolysable COD. Two hydrolysable fractions undergo hydrolysis to breaking down into readily biodegradable COD, then utilized by microorganisms. The respirometric results displayed the recalcitrant nature of row olive mill wastewater, without proper pretreatment. Significantly tampered and reduced OUR profile obtained with raw olive wastewater dosing in last OUR measurement, shows only limited and partial biodegradation. According to basic mass balance between oxygen consumed and substrate utilized in a biochemical reaction, the magnitude of the COD utilized in the test was 46 mg COD/L, corresponding to only 21% of the 200 mg COD/L dose used in the experiment. Also results indicated that olive oil wastewater becomes fully biodegradable after a pretreatment scheme involving chemical conditioning and membrane filtration with an ultrafiltration/nanofiltration sequence, due to removal of nonbiodegradable COD fraction. Biodegradation was tested in mixture with peptone, which properly simulates and approximates the biodegradation characteristics of sewage after appropriate dilution of OMW. Results indicate complete removal of OMW together with peptone mixture in all conducted OUR measurements. Olive mill wastewater dosing, even at highest dosage did not exert any appreciable impact on the biodegradation of the peptone mixture as growth and hydrolysis kinetics basically remained the same in all respirometric measurements. Also there were no inhibitory/toxic impact of OMW dosing on the biomass, as the amount of active biomass remained the same in all tests. Full biodegradation of OMW was achieved by biomass acclimated only to peptone and without any acclimation to olive oil wastewater.
Benzer Tezler
- Performance tests of hybrid membrane bioreactor (IFAS MBR) system in different sludge and hydraulic retention time
Hibrit membran biyoreaktor (IFAS MBR) sisteminin farklı çamur yaşı (SRT) ve hidrolik bekletme (HRT) sürelerinde performans testlerinin yapılması
ELİF CEREN ESEN
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ TÜRKER TÜRKEN
- Tekstil endüstrisinde ileri oksidasyon/membran filtrasyon bütünleşik sistemiyle su geri kazanımı ve konsantre yönetimi
Water recovery and concentrate management by advaced oxidation/membrane filtration integrated system in textile industries
SEVGİ TOPCU
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Çevre MühendisliğiGebze Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. COŞKUN AYDINER
- Optimization of anaerobic membrane bioreactors for sludge treatment
Anaerobik membran biyoreaktörler ile çamur arıtımı optimizasyonu
AMR MUSTAFA ABDELRAHMAN
Doktora
İngilizce
2023
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA EVREN ERŞAHİN
PROF. DR. EVELİNE VOLCKE
- Kağıt endüstrisi atıksularının membran filtrasyonu ve oluşan membran konsantrelerinin ileri oksidasyon prosesi/ultrafiltrasyon hibrit sistemi ile arıtımı
Membrane filtration of paper industry wastewater and treatment of membrane concentrations with advanced oxidation process/ultrafiltration hybride system
UMUR ALKAN AKBACAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Çevre MühendisliğiKocaeli ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ESRA CAN DOĞAN
- Comparison between membrane bioreactor and hybrid membrane bioreactor (IFAS MBR) systems: A pilot scale study
Membran bı̇yoreaktör ve hı̇brı̇t membran bı̇yoreaktör (IFAS MBR) sı̇stemlerı̇nı̇n karşılaştırılması: Pı̇lot ölçeklı̇ bı̇r çalışma
MUHAMMED AHMET DEMİRBİLEKLİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL KOYUNCU