Analyzing organic fouling and biofouling on zwitterionic modified reverse osmosis membrane
Zwitterionik ile modifiye edilmiş ters osmoz membranında organik ve biyolojik tıkanma analizi
- Tez No: 485197
- Danışmanlar: PROF. DR. İSMAİL KOYUNCU, DOÇ. DR. BAHADIR TUNABOYLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Çevre Bilimleri, Mühendisliği ve Yönetimi Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 151
Özet
Su, doğanın ve içerisinde barındırdığı bütün varlıkların canlılığını sürdürebilmesi için gerekli olan en önemli maddedir. Yeryüzünün 2/3'ü sularla kaplı olmasına rağmen bu kaynakların %97,.'ini tuzlu sular, %2.5'ini ise tatlı sular oluşturmaktadır. İçilebilir su kaynakları; düzensiz kentleşme, aşırı nüfus artışı ve artan sanayileşme gibi nedenlere bağlı olarak giderek azalmaktadır. Ülkeler, yılda kişi başına düşen su miktarı bakımından su fakiri, su azlığı çeken ve su zengini ülkeler olarak üç grupta sınıflandırılır. Su stresi çeken bir ülke olarak tanımlanan ülkemizde kişi başına düşen su miktarı 1520 m3'tür. 15 yıl içinde kişi başına düşen su miktarının 1100 m3'e düşeceği ve su fakiri kategorisinde yer alan ülkelerden olacağımız öngörülmektedir. Bu veriler göz önüne alındığında ve mevcut su kaynaklarındaki azalma düşünüldüğünde son zamanlarda deniz suyunun arıtılarak içme ve kullanma suyunda kullanılması kaçınılmaz bir gerçek haline gelmiştir. Küresel su kaynaklarına katkıda bulunabilmek amacıyla günümüzde deniz suyunun desalinasyon ile arıtımı göze çarpmaktadır. Su kaynaklarındaki bu istatiksel veriler göz önüne alındığında her geçen gün artan su ihtiyacı desalinasyon tesislerine yönelimi zorunlu hale getirmiştir. Desalinasyon tesislerinde en çok kullanılan membran prosesi ters osmozdur. Ters osmoz prosesinde, dinamik basınç tuz çözeltisinin osmotik basıncının üzerine çıkmak için uygulanmaktadır. Bu da, membranın tuz çözeltisi içeren tarafından temiz su içeren tarafına suyun geçmesini sağlamaktadır. Tuzlar ters osmoz membranı ile tutulmakta ve ayırım gerçekleştirilmektedir. Besleme suyunda çözünür halde bulunan demir ve mangan ters osmoz membran yüzeyinde okside olabilir ve askıda katı madde olarak çökelebilir. Daha ileri olarak metallerin oksidasyonu, membranların bozunmasına neden olan oksidasyonu hızlandırır. Membran yüzeyinde hidrojen sülfür koloidal kükürde kolayca okside olduğundan askıda katı madde haline dönüşebilir. Besleme suyundaki hidrojen sülfür klorla reaksiyona girerek kükürdün serbest hale geçerek çökelmesine neden olur. Sudaki çözünmüş oksijenin hidrojen sülfürle reaksiyonu, klorla olan reaksiyon kadar hızlı değildir. Koloidal kükürt yapışkandır ve bu yüzden membran yüzeyinden gidermek zordur. Yeraltı sularında hidrojen sülfür olabileceği unutulmamalıdır. Ters osmoz sistemlerle mikrobiyal canlıları gidermek mümkün olmasına rağmen sadece mikrobiyal olarak emniyetli suların beslenmesi tavsiye edilir. Bununla beraber, bazı ters osmoz sistemler, yüzeysel sularda bulunan ve su ile taşınan protozoan cysts (crytosproridium ve giardia) bertaraf etmek için kullanılır. Tıkanma, membranın su arıtma prosesinde karılaşılan başlıca zorluklarından biridir. Tıkanma, birbiriyle ilişkili olarak inorganik tıkanma, organik tıkanma, kolloidal tıkanma ve biyolojik tıkanma olarak sınıflandırılabilir. Tıkanma tabakası, giriş su basıncının düşmesine, bu da geçirgenliğin azalmasına ve daha fazla enerji tüketilmesine neden olur. Bununla başa çıkmak için, giriş suyunun ön arıtımı, çalışma koşulunun modifikasyonu ve membran yüzey modifikasyonu gibi farklı yaklaşımlar uygulanmaktadır. Tıkanma tabakası, giriş su basıncının düşmesine, bu da geçirgenliğin azalmasına ve daha fazla enerji tüketilmesine neden olur. Bununla başa çıkmak için, giriş suyunun ön arıtımı, çalışma koşulunun modifikasyonu ve membran yüzey modifikasyonu gibi farklı yaklaşımlar uygulanmaktadır. İyi dizayn edilmiş ön arıtma sistemleri ile membranların gözeneklerinin tıkanması azaltılarak membranların ömrünün uzatılması sağlanabilir. Bulanıklık verici askıda katı maddeler membranlara ulaşmadan önce besleme suyundan giderilmelidir. Besleme suyunda bulanıklık sürekli kontrol edilmelidir. Bulanıklık seviyesi limitleri aşarsa sistemin çalışması durdurulmalıdır. Silt ve kil gibi askıda katı maddeler membranlarda tutulduğu zaman membranların gözeneklerinin tıkanır ve kanallaşmalar oluşur. Arıtılmış suya zarar verir. Silt Density İndex (SDI) besleme suyu kalitesinin belirlenmesinde anahtar indikatörüdür. SDI arıtılacak sudaki askıda katı madde konsantrasyonu ile membranın kirlenme potansiyelinin genel indikatörüdür. SDI arterken kirlenme potansiyeli de artar. SDI deney sonucu elde edilen değerleri, membran üretici firmaları tarafından verilmelidir. Çoğu membran üreticileri SDI15'sinin 5'den küçük olmasını isterken bazıları da 4'den küçük olmasını ister. Besleme suyunda bulanıklık değerlerinin, sınır değerlerini karşılaması tavsiye edilir. SDI ile bulanıklık arasında bir ilişki olduğu unutulmamalıdır. Bulanıklık yüksek olduğu zaman SDI'de genelde yüksektir. Düşük bulanıklı suların SDI'i 5'den daha büyük olanlar vardır. Giriş suyu ön arıtımı etkili bir yoldur, ancak sistemde önceden var olan bakteriler nedeniyle yeterince iyi değildir. Biyolojik kirliliği problem yapan şey, membrandaki mikroorganizmalardan atılan hücre dışındaki polimerik maddelerdir (EPS) ve bu EPS katmanı organik maddeler olarak kabul edilen polisakkaritlerden ve proteinden oluşmaktadır. Organik kirlenme ayrıca, humik maddeler ve polisakaritler, karbohidratlar, lipidler ve amino asitler organik kirlilikten sorumlu diğer bir kirlenme çeşididir. Kirlenme problemi ile başa çıkabilmek için kirlenme mekanizmaları aydınlatılmalı ve bu doğrultuda uygun adım atılmalıdır. Bu çalışmada, genellikle tıkanma fenomeni üzerine araştırmalarda uygulanan bazı konular ele alınmıştır. Bu çalışmada kullanılan membranlar, zwitterionik kaplı RO TFC membranlardır. Öncelikle, organik tıkanma, xanthan gum ve bovine serumu albomini (BSA) ve katyonik yüzey aktif madde DTAB kullanılarak araştırıldı. Ardından, biyolojik arıtılmış deniz bakterileri izole edildi ve tıkanma mekanizmalarını analiz etmek ve organik tıkanma ile biyolojik kirliliği birbirine bağlamak için membranlar üzerinde biyolojik kirlilik testleri yapıldı. Biyolojik kirliliğin ana noktası,“Escherichia coli”yerine deniz biyokirletici bakterileri kullanılmıştır.
Özet (Çeviri)
Our planet has abundant amount of water recourses which exceeds up to 1,386 million cubic kilometers of water, that only 3.5 % of this high amount of water recourses is fresh which only one third of this occurs in glaciers, ground waters, rivers and lakes; location and bad accessibility is an obstacle to allocate most of this resources for beneficial uses specially for drinking purposes. Consequently, the difficulty in meeting the increasing demand for new freshwater resources has motivated many municipalities and water utilities to explore the desalination of seawater, brackish waters, and reclaimed water as alternative water supplies. In the desalination process salt and minerals can be removed within a couple of actions. Unlike traditional method, desalination doesn't use fresh water; so, by considering problems which is stated, desalination can be assumed as a good solution, especially for coastal areas. Two general types of technologies are thermal based process which can be done by multi-stage flash distillation (MSF), multi-effect distillation (MED), vapor compression distillation (VCD) that mostly are used in Caribbean, Red sea, and Persian Gulf regions which have concentrations of up to 39,000 and 41,000 mg/L and cheap fossil energy, and membrane based process, which use membrane for water purification; reverse osmosis (RO), nanofiltration (NF), electrodialysis reversal (EDR), electrodialysis (ED) are practiced as membrane based desalination in other regions than were stated. Fouling is one of the major ubiquitous challenges of the membrane in water treatment processes. Fouling can be categorized into inorganic fouling, organic fouling, colloidal fouling, and biofouling which are interrelated to each other. The fouling layer cause pressure drop in the feed channel that leads to reduction in the permeability and more energy consumption. To tackle this, different approaches have been practiced such as pretreatment of feed water, modification of the operating condition, and membrane surface moddification. Feed water pretreatment is an effective way but not well enough because of pre-existed bacteria in the system . Limited amout of bacteria in water after pretreatmnet can also cause very drastice fouling on the membrane by colonizing on the surface of the membrane. What makes biofouling problmatic is the extracellular polymeric substances (EPS) that excreted from the microorganisms on the membrane and this EPS layer is composed from the polysaccharides and protein which are considered as organic matters. Organic fouling also is another type of fouling which humic substances and polysaccharides, carohydrates, lipids, and amino acids are responsible for organic fouling. In order to cope with the fouling problem the mechanisms for fouling should be elucidated and proper step for banishing to that routh should be taken. Unfortunately, in research papers, the key word of“Antifouling”membrane has been utilized by testing only one mechanisms of fouling. However, applying such word needs to inverstigate all of the aspect of the fouling to make sure about the characteristics of the modified membranes. In this study, some issues which are practiced usually in research about the fouling phenomena are challenged. The membranes which were used in this study are zwitterionic coated RO TFC membranes. Firstly, organic fouling was investigated by applying xanthane gum and bovine serum albomin (BSA), and the cationic surfactant DTAB. Then the biofoulant marine bacteria was isolated and the biofouling tests were performed on the membranes to analyse the mechanisms and relating the organic fouling and biofouling to each other. The key point in the biofouling is utilizing the marine biofoulant bacteria instead of the“Escherichia coli”as a steriotype baceria for biofouling in the reseraches
Benzer Tezler
- Biyokütle kaynaklarının tavuk gübresinin yanma kalitesine etkisi
Fuel properties and incineration behavior of poultry litter blended with sweet sorghum bagasse and pyrolysis oil
ÜMİT PEHLİVAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
EnerjiSakarya ÜniversitesiYenilenebilir Enerji Sistemleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SAİM ÖZDEMİR
- Fabrication of thin film nanocomposite membranes using metal organic frameworks, experimental performances and economical analysis on desalination and dye removal
Metal organik çerçeveler kullanılarak ince film nanokompozit membranların üretimi, desalinasyon ve boya gideriminde deneysel performansı ve ekonomik analizi
HAMZA BAKAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET EMİN PAŞAOĞLU
- Investigation of treatment performances and energy recoveries from a real textile wastewater in conventional and high-rate MBR processes
Konvansiyonel ve yüksek yüklü MBR proseslerinde gerçek bir tekstil atıksuyu arıtım performansının ve enerji geri kazanımının araştırılması
TÜLAY YILMAZ
Doktora
İngilizce
2024
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EMİNE ÇOKGÖR
PROF. DR. ERKAN ŞAHİNKAYA
- Brokolideki biyoaktif bileşenlerin membran prosesleri ile kazanılması
Recovery of bioactive compounds in broccoli by membrane processes
EMEL YILMAZ
Doktora
Türkçe
2019
Gıda MühendisliğiTrakya ÜniversitesiUygulamalı Bilimler ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. PELİN ONSEKİZOĞLU
- Anaerobik osmotik membran biyoreaktörde kullanılan çekme çözeltilerinin inhibisyon etkisinin araştırılması
Investigation of the inhibition effect of draw solutions used in anaerobic osmotic membrane bioreactor
İLKNUR YALÇIN
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Çevre Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-CerrahpaşaÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YASEMİN KAYA
PROF. DR. GÜLSÜM YILMAZ