Evaluation of biofilm performance of different structures with integrated fixed activated sludge and membrane bioreactor
Entegre sabit filmli aktif çamur sistemi ve membran biyoreaktör ile farklı yapıdaki biyofilm performanslarının değerlendirilmesi
- Tez No: 775641
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ TÜRKER TÜRKEN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Çevre Biyoteknolojisi Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 75
Özet
Doğal kaynaklar sınırlı olmakla birlikte su, canlıların yaşamsal faaliyetlerini sürdürebilmeleri adına vazgeçilmez bir kaynaktır. Hızlı nüfus artışı ve sanayileşmenin yükselişiyle birlikte su kullanımının yoğunlaşması, küresel su kıtlığı kavramının başlıca sebebi olarak öne çıkmaktadır. Su kullanımının yoğunlaşması suya olan talebin ve su kaynakları üzerindeki baskının artmasına sebep olurken, mevcut su kıtlığının gelecek yıllarda“su krizine”dönüşmesine de sebebiyet verecektir. Bir önlem alınmadığı takdirde, zaman geçtikçe bu sorunun daha da kritik bir seviyeye ulaşması kaçınılmazdır. Bu sorunun önüne geçebilmek için atık suların iyi bir şekilde arıtılıp, yeniden kullanımı sağlanmalıdır. Atık suların yeniden kullanılması kapsamında iyi bir arıtım teknolojisi belirlenmesi gerekmektedir. İyi bir arıtım teknolojisi konusunda sadece yüksek giderim verimlerine değil, teknolojinin fizibilitesine de odaklanmak gerekir. Bu bağlamda, yer sorunu önemli bir husus olan büyük şehirlerde, arıtma teknolojisinin az yer ihtiyacı bir önceliktir. Arıtma verimliliğini artıran yeni teknolojiler gelişirken bu yeni sistemleri birbirleri ile entegre kullanarak yer ihtiyacı ve işletme zorluklarını artıran hususların önüne geçmek mümkündür. Sistemlerin kendi içlerindeki iyileştirme çalışmaları yapılırken bununla beraber arıtma sistemlerinin entegre kullanılması atıksu arıtma kalitesini artırırken özellikle günümüzde çok önem kazanmış olan yer ihtiyacını azaltabilmektedir. Tez kapsamında da bu konu dikkate alınarak, atık suların arıtımı için az yer kaplayan ve yüksek giderim verimleri sağlayan membran biyoreaktör (MBR) sistemleri ile biyofilm sisteminin entegrasyonu irdelenmiştir. Entegre biyofilm sistemleri, gerekli enerji ve iş gücü girdileri azaltılarak organik madde yükü bakımından yoğun atıksuların arıtımında ekonomik bir çözüm olarak son yıllarda ön plana çıkmaktadır. Bu özellikleri sayesinde yerleşimden uzak tesislerde ve nispeten daha az nüfuslu yerlerde konvansiyonel atıksu arıtma tesisleri yerine daha uygun bir çözüm olarak değerlendirilebilmektedir. Biyofilm sistemin performansı yükleme şartlarından çok etkilenir. Yüksek ve çok düşük yüklemeler çıkış suyunun kalitesini bozar. Havalı biyolojik arıtım sistemlerinde optimum yükleme değerleri, kullanılan reaktörün tipine göre farklılık gösterir. Farklı işletim parametrelerinin ve etkin özelliklerin IFAS-MBR sistemlerinin davranışı üzerindeki etkisi, pilot ölçekli sistem ile gözden geçirildi. Ana deneysel bulgulara dayanarak, aşağıdaki sonuçlar çıkarılabilir: •KOİ giderimi, deneylerin çoğu için genellikle tatmin ediciydi. Bununla birlikte, giren C/N oranındaki ani bir düşüş veya inatçı kirleticinin giren tuzluluğundaki bir şok, endüstriyel atıksuyu arıtan IFAS-MBR'deki bakteriyel konsorsiyumun davranışını etkileyebilir. •Biyofilm uzmanlığı sayesinde deneyler boyunca sistemin iyi nitrifikasyon kabiliyeti elde edildi. Biyofilmin uzun alıkonma süresi, nitrifikasyonların büyümesini arttırdı, böylece en düşük karışık likör SRT değerleri için bile nitrifikasyonu destekledi; Biyofilm, düşman ortamlarda bile (yüksek tuzluluk) hidrokarbonlar gibi daha fazla inatçı kirleticilerin giderilmesine etkin bir şekilde katkıda bulunur. •Respirometrik kesikli testler, askıda kalan biyokütlenin KOİ gidermeye yönelik kabiliyetinin daha fazla olduğunu vurgularken, biyofilm çoğunlukla nitrifikasyona veya spesifik inatçı kirleticilerin giderilmesine katkıda bulunur. •Biyofilm ayrılması, membran tıkanmasını güçlü bir şekilde etkiler. Biyofilm ayrılması, askıdaki biyokütle (nitrifikasyon, hidrokarbonların uzaklaştırılması) üzerinde faydalı bir“tohumlama”etkisi yaratabilir ve aynı zamanda kek tabakasına doğru kompaktlığı sağlayabilir. Tez kapsamında da, iki farklı medya türü kullanılarak medya türünün giderim verimi üzerine etkisi iredelenmiş ve optimum miktarda kullanımı konusunda çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Biyofilm sistemi ile entegre işletilen MBR sistemi ile yüksek giderim verimleri ortaya çıkmasıyla beraber, az alan ihtiyacı sayesinde öne çıkarılması gerekli bir teknoloji olduğu kanısına varılmıştır. Ayrıca, MBR sisteminin önünde yer alan biyofilm sistemi ile membrana gelen yük azaltılarak, membranın geri yıkaması için gerekli kimyasal kullanımı azaltılmıştır. Bu durumda membranın kullanım ömrünün uzamasına ve maliyet açısından sadece MBR kullanılan sistemlere oranla daha verimli olması sağlamıştır. Tüm bu incelemeler sırasında yapılan analizlerin sonuçları ve yorumları da“Sonuçlar ve Tartışma”kısmında detaylı olarak belirtilmiştir. Ayrıca, MBR sisteminin önünde yer alan biyofilm sistemi ile membrana gelen yük azaltılarak, membranın tıkanma olasılığı ile geri yıkama için gerekli kimyasal kullanımı azaltılmıştır. Bu durumda membranın kullanım ömrünün uzamasına ve maliyet açısından sadece MBR kullanılan sistemlere oranla daha verimli olmasına olanak sağlamıştır. Ana deneysel bulgulara dayanarak, aşağıdaki sonuçlar çıkarılabilir: KOİ gideriminde %94'lük bir verim elde edilmiştir. Biyofilm sayesinde deneyler boyunca sistemde iyi bir nitrifikasyon verimi sağlandı. Biyofilmin uzun bekleme süresi, nitrifikasyonu artırmış, böylece düşük SRT değerleri için bile nitrifikasyonu desteklenmiştir. Biyofilm ayrılması, membran tıkanmasını güçlü bir şekilde etkiler. Su geri kazanımı konusunun önem kazandığı günümüzde konvansiyonel sistemler yerine geri kazanım sistemlerine olan ihtiyaç artmaktadır. Bu kapsamda geliştirilen membran biyoreaktör sistemleri daha az alanda daha fazla atıksu geri kazanımı sağlamaktadır. IFAS sistemlerinin MBR sistemlerine entegrasyonu sayesinde alan ihtiyacı minimuma indirilmiş ve kirletici konsantrasyonları yüksek atıksuların geri kazanılabileceği görülmüştür. Teknoloji ile değişen dünyada gelişen arıtma teknolojileri ile beraber bu teknolojilerin birbirleri ile entegre olarak kullanılması tez kapsamında da görüldüğü gibi birçok avantajlar doğurmaktadır. IFAS-MBR entegre sistemine benzer şekilde farklı sistemlerin beraber kullanılmasıyla daha iyi arıtma verimlerine daha az alan, kimyasal kullanımı, işletme personeli gibi maddi yükümlülük ve işletme riski doğuran parametre ihtiyaçlarının azaltılması mümkün kılınabilmektedir. Gelecekte, IFAS malzeme yapısı, yüzey alanı ve geometrik şekil gibi değerler değiştirilerek daha yüksek verimliliğe sahip sistemlerin geliştirilmesi öngörülmektedir. Bu çalışmada, daha pürüzlü bir yapıya ve daha yüksek yüzey alanına sahip olan biyotaşıyıcının daha yüksek verimliliğe sahip olduğu gözlenmiştir.
Özet (Çeviri)
Water is an indispensable resource for living things to continue their vital activities although natural resources are limited. The intensification of water use with the rapid population growth and the rise of industrialization stands out as the main reason for the concept of global water scarcity. While the intensification of water use will increase the demand for water and the pressure on water resources, it will also cause the current water scarcity to turn into a“water crisis”in the coming years. Unless a precaution is taken, it is inevitable that this problem will reach an even more critical level as time goes on. In order to prevent this problem, wastewater should be well treated and reused. It is necessary to determine a good treatment technology within the scope of reuse of waste water. For a good treatment technology, it is necessary to focus not only on high removal efficiencies, but also on the feasibility of the technology. In this context, in big cities where space is an important issue, the small space requirement of treatment technology is a priority. In the scope of the thesis, considering this subject, the integration of the membrane bioreactor (MBR) systems, which take up little space and provide high removal efficiencies, and the biofilm system for the treatment of wastewater is examined. Compact biofilm systems have become highly preferred today due to their low energy requirements and low labor requirement. Biofilm systems, which have become especially popular in organic matter removal, are used in villages, hotels, sites and similar low-population areas. In these low-population areas, compact biofilm systems are also more affordable than the design and implementation of a large-scale treatment plant. The performance of the biofilm system is greatly affected by the loading conditions. High and very low loadings deteriorate the quality of the effluent. Optimum loading values in air biological treatment systems differ according to the type of reactor used. The effect of different operating parameters and active features on the behavior of IFAS-MBR systems was reviewed with the pilot scale system. Based on the main experimental findings, the following conclusions can be drawn: •COD removal was generally satisfactory for most of the experiments. However, a sudden decrease in the incoming C/N ratio or a shock in the inlet salinity of the persistent pollutant can affect the behavior of the bacterial consortium in the IFAS-MBR that treats industrial wastewater. •Thanks to the biofilm expertise, good nitrification ability of the system was achieved throughout the experiments. The long retention time of the biofilm enhanced the growth of nitrifications, thus promoting nitrification even for the lowest mixed liquor SRT values; The biofilm effectively contributes to the removal of more stubborn pollutants such as hydrocarbons, even in hostile environments (high salinity). •Respirometric batch tests highlight the greater ability of suspended biomass to remove COD, while biofilm often contributes to nitrification or removal of specific persistent contaminants. •Biofilm separation strongly influences membrane fouling. Biofilm separation can create a beneficial“seeding”effect on suspended biomass (nitrification, removal of hydrocarbons) and also provide the correct compactness to the cake layer. Within the scope of the thesis, the effect of the media type on the removal efficiency was examined by using two different media types and studies were carried out on the optimum amount of use. With the MBR system, which is integrated with the biofilm system, high removal efficiencies have emerged, and it has been concluded that it is a technology that should be highlighted due to its low space requirement. The results and comments of the analyzes made during all these examinations are also detailed in the“Conclusions and Discussion”section. In addition, with the biofilm system in front of the MBR system, the load on the membrane is reduced, and the possibility of clogging of the membrane and the use of chemicals for backwashing are reduced. In this case, it has allowed the membrane to prolong its useful life and be more cost-effective than the systems using only MBR.
Benzer Tezler
- Yeşil sentez gümüş nanopartikül katkılı nanofiber ile güçlendirilmiş polimetilmetakrilat (PMMA) rezin kompozitlerin üretilmesi ve antimikrobiyal ve mekanik aktivitelerinin değerlendirilmesi
Production of polimethylmethacrylate (PMMA) resin composites with green synthesis silver nanoparticles doped nanofiber and evaluation of their antimicrobial and mechanical activities
MERYEM ERDOĞDU
Doktora
Türkçe
2024
Diş HekimliğiNecmettin Erbakan ÜniversitesiProtetik Diş Tedavisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ RIZA TUNÇDEMİR
- Kuvvetli atıkların yukarı akışlı havasız filtrelerde arıtım kinetiği
Kinetics of strong waste treatment by anqerobic upflow filters
M.ATALAY TİMUR
- Assessment of properties and mechanical behavior of novel Al/Mg cast alloys
Yeni nesil Al/Mg dökme alaşımlarının özelliklerinin ve mekanik davranışının değerlendirilmesi
KAMİL ARMAĞAN GÜL
Doktora
İngilizce
2024
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EYÜP SABRİ KAYALI
PROF. DR. ÖZGÜR ASLAN
- Parasetamol ve ibuprofen içeren nanoliflerin antibiyofilm özelliklerinin değerlendirilmesi
Evaluation of antibiofilm characteristics of nanofibers including paracetamol and ibuprofen
GÜRKAN ALKAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
MikrobiyolojiSüleyman Demirel ÜniversitesiBiyoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEYHAN ULUSOY
DOÇ. DR. AYHAN ORAL
- Farklı teflon kaplı estetik tellerin fiziksel ve mikrobiyolojik özelliklerinin incelenmesi
Evaluation of the physical and microbiological properties of teflon coated arch wires
BETÜL AKYILDIZ
Diş Hekimliği Uzmanlık
Türkçe
2018
Diş HekimliğiBezm-i Alem Vakıf ÜniversitesiOrtodonti Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ BERZA YILMAZ