Geri Dön

Development of aerobic granular sludge for urban wastewater treatment and investigation of its efficiency in treatment processes

Kentsel atıksu arıtımı için aerobik granül çamurun geliştirilmesi ve arıtma proseslerinde etkinliğinin araştırılması

  1. Tez No: 904942
  2. Yazar: MARIAMA YAKUBU
  3. Danışmanlar: PROF. DR. AZİZE AYOL
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2024
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Dokuz Eylül Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 112

Özet

Son yıllarda, aerobik granüler çamur (AGÇ) sisteminin atık su arıtımında tam ölçekli uygulanabilirliğini arttırmak için işletiminin geliştirilmesine odaklanılmıştır. Odaklanılan alanlar arasında, işleme alma sırasında granül oluşumunun iyileştirilmesi ve çökebilirlik ve çamur yönetimi gibi özellikler yer almaktadır. Bu çalışmada, yavaş anaerobik besleme, anaerobik, aerobik, anoksik, çöktürme ve boşaltma konfigürasyonunda laboratuvar ölçekli bir ardışık kesikli reaktör (AKR) kullanılarak farklı koşullar altında AGÇ oluşumu ve arıtma performansları incelenmiştir. Çalışma, aklimatizasyon aşaması (AP), çalışma aşaması 1 (SP1), çalışma aşaması 2 (SP2) ve her birinin belirli bir hedefi olan bir toplu test olmak üzere dört aşamada gerçekleştirilmiştir. AP sırasında, pH başlangıçta 5 olarak ayarlanmış ve ardından haftalık olarak 6'ya ve sonra 7'ye yükseltilmiştir. Buradaki amaç hızlı mantar granülasyonu sağlamak ve pH arttıkça stabilitesini test etmektir. SP1 ve SP2'de, granül performansı ve arıtma verimliliği üzerindeki etkilerini belirlemek için sırasıyla düşük sıcaklıklar ve biyoçar uygulaması gerçekleştirilmiştir. Aerobik granüller ve çamur susuzlaştırılabilirliği üzerindeki etkilerini araştırmak için 13 günlük bir test iki değerlikli iyon (Ca2+) ve katyonik polielektrolit (CPE) eklenerek gerçekleştirilmiştir. AP'de pH 5'te reaktör başlatıldıktan sonra 3. günde ilk birkaç pelet benzeri granül ortaya çıkarak başarılı mantar granülleri tespit edilmiştir. Mantar granülleri 6. ile 10. gün arasında yaklaşık 1 mm boyutuna kadar büyüse de, yüksek kesme kuvveti nedeniyle havalandırma sırasında dağılmasına neden olan kabarık ve zayıf bir yapıya sahipti. 5. günde (pH 5), SVI30 ve SVI10, mantar granülü oluşumunu doğrulayarak aşı çamurunun 113 ve 134 mL/g'dan sırasıyla 55 ve 67 mL/g'a önemli ölçüde azalmıştır. Ancak, sonraki günlerde pH artışı ve granül dağılması ile birlikte yavaş çökelme özelliğine sahip hafif flokların varlığıyla SVI30 ve SVI10, AP'nin sonunda sırasıyla 103 ve 139 mL/g'a yükselmiştir. Mastersizer 2000 kullanılarak yapılan ölçümlerde, mantar granüllerinin partikül boyutu dağılımı (PSD) yaklaşık 21 ila 239 μm aralığında olup SP1 sonrası ile benzerlik göstermiş, ancak SP2'de yaklaşık 46 ila 479 μm aralığına kadar artmıştır. Ca2+ eklenmesinden sonra partikül boyutunda çok fazla değişiklik olmamasına rağmen, işletimin sonunda CPE eklenmesinden sonra partikül boyutunda 78,463 ila 1659,59 μm aralığında üstel bir artış gözlenmiştir. SP1 boyunca pH 7'de tutulduğunda, mantar granülleri daha yüksek pH seviyeleri üremeleri için elverişli olmadığından bakterilere dönüşmüştür. SP1'de 15.5 – 9.9°C arasında değişen düşük sıcaklıklara rağmen granül çökelmesi önemli ölçüde artmıştır. SP1'in 30. gününde, SVI30, SVI10 ve SVI5 sırasıyla 38, 50 ve 63 mL/g ve SVI30/SVI10 oranı 0,76 ile aerobic granül oluşmuştur. MLSS, SP2 sonrası 7390 mg/L'ye ve işletim sonunda 20190 mg/L'ye yükselmiştir ve MLVSS/MLSS oranı 0,8 olarak bulunmuştur. SP2 için SVI30, SVI10 ve SVI5 sırasıyla 19, 24 ve 30 mL/g'a düşmüştür ve işletim sonunda tam granülasyon ile dengeli durumda SVI değeri 10 mL/g olarak belirlenmiştir. SP1'de 71 mg/L (%93), 1,28 mg/L (%70) ve 57 mg/L (%47) COD, TP ve TN çıkış konsantrasyonları ve giderim verimlilikleri ile yüzde 99'un üzerinde NH4+ giderimi sağlanmıştır. SP2'de biyoçar ilavesi, organik madde aktivitelerinde ve granül çökelmesinde artışa yol açmış ancak kirlilik gideriminde artış sağlamamıştır. SP1'e kıyasla, SP2 ve toplu testte COD ve TN giderim verimlilikleri sırasıyla %90'dan fazla ve yüzde 35-19 aralığında bulunmuş ancak TP giderimi SP1'de yüzde 74'e yükselmiştir. Ca2+'nın PO43- ile çökelmesi, TP giderimini %88'e yükseltmiş ve bu, testte CPE eklenmesiyle yüzde 91'e ulaşmıştır. Çamur susuzlaştırılabilirliği, SP2'nin sonunda 1,4 sg/L olan normalize edilmiş kapiler emme süresi ile belirlenmiştir, ancak bu test çalışmasında CPE eklenmesinden sonra %71,4 artışla ile 0,4 sg/L'ye düşmüştür. Bu düşük değer, CPE'nin EPS'yi modifiye etmesi veya parçalayarak PS ve PN ağını bozması ve böylece su bağlama özelliklerini azaltması nedeniyle AGÇ'den etkili su salınımını göstermektedir. SP1, SP2 ve toplu test için EPS analizi, her çalışma aşamasında PS'den daha yüksek PN konsantrasyonu ile EPS içeriğinde artış olduğunu ve işletim boyunca en yüksek 344,8 mg/L EPS'ye sahip olduğunu ortaya koymuştur. Genel olarak, bu çalışma, AGÇ-AKR sisteminin başlangıcında düşük pH uygulayarak hızlı granül oluşumunun elde edilme olasılığının yüksek olduğunu doğrulamıştır ve soğuk bölgelerde, bu stratejinin uygulanması, psikrofilik sıcaklığın granül oluşumu üzerindeki olumsuz etkisini azaltmış ve granül çökelmesini iyileştirmiştir. AGS'de hızlı granülasyon için biyokömür ilavesi, düşük sıcaklık altında granülasyonu ve kirlilik giderimini iyileştirmek için önemli bir rol oynamıştır. AGÇ'de polielektrolit kullanımı sadece çamur susuzlaştırılabilirliğini artırmakla kalmamış, aynı zamanda granül boyutunu da arttırmıştır.

Özet (Çeviri)

In recent years, the focus on aerobic granular sludge (AGS) system has been to enhance its operation in order to increase its full-scale applicability in wastewater treatment. Among the areas of focus include improving granule formation during its startup and its properties such as settleability and sludge management. In this study, AGS formation under different conditions and their treatment performance were investigated using a lab-scale sequencing batch reactor (SBR) in a configuration of slow anaerobic feeding, anaerobic, aerobic, anoxic, settling and discharge. The study was carried out in four phases of acclimatization phase (AP), study phase 1 (SP1), study phase 2 (SP2) and a batch test with each having a specific objective. A low pH of 5 with a weekly increase to 6 and then to 7 was applied during AP to achieve rapid fungal granulation and to ascertain its stability as pH increases. In SP1 and SP2, low temperatures and biochar respectively were applied to ascertain their effect on granule performance and treatment efficiency. A 13-day batch test was conducted with the addition of divalent ion (Ca2+) and cationic polyelectrolyte (CPE) to investigate their impact on aerobic granules and sludge dewaterability. Successful fungal granules were formed with the first few pellets-like granules appearing on the 3rd day after reactor start-up at a pH of 5 in AP. Although fungal granules increased in size to about 1mm by the 6th to 10th day, it had a fluffy and weak structure which caused it to disintegrate during aeration due to high shear force. On the 5th day (pH 5), SVI30 and SVI10 decreased significantly from 113 and 134 mL/g of inoculum sludge to 55 and 67 mL/g respectively confirming fungal granule formation. However, with pH increment in the subsequent days and granule disintegration which resulted in the presence of lightweight flocs with slow settleability, SVI30 and SVI10 increased to 103 and 139 mL/g respectively at the end of AP. Using Mastersizer 2000, particle size distribution (PSD) of fungal granules were in the range of about 21 to 239 μm which was similar to that after SP1 but further increased in SP2 to a range of about 46 to 479 μm. Although there was no much change in particle size after Ca2+ addition, an exponential rise was observed after CPE addition with particle size in a range of 78.463 to 1659.59 μm at the end of batch test. With pH kept at 7 throughout SP1, fungal granules converted to bacteria as higher pH levels are not favorable for their proliferation. Granule settleability increased considerably despite low temperatures ranging from 15.5 – 9.9oC in SP1. AG was formed by 30th day of SP1 with SVI30, SVI10 and SVI5 of 38, 50 and 63 mL/g respectively and SVI30/ SVI10 of 0.76. MLSS increased up to 7390 mg/L and then to 20190 mg/L after SP2 and batch test respectively with an MLVSS/MLSS of 0.8. Higher SVI outcome was obtained in both SP2 and batch test as SVI30, SVI10 and SVI5 declined to 19, 24 and 30 mL/g respectively for SP2 and at steady state with complete granulation after batch test SVI of 10 mL/g was attained. COD, TP and TN effluent concentrations and removal efficiencies of 71mg/L (93%), 1.28mg/L(70%) and 57mg/L(47%) respectively with over 99% NH4+ removal were achieved in SP1. Biochar addition in SP2 resulted in an increment in organic matter activities and granule settleability but not so much improvement in nutrient removal. COD and TN removal efficiencies in comparison to SP1 were >90% and 35-19% respectively for SP2 and batch test but TP increased to 74% removal in SP1. Ca2+ precipitation with PO43- increased TP removal to an efficiency of 88% which further improved after CPE addition to 91% in batch test. Sludge dewaterability was determined by normalized capillary suction time (NCST) which was 1.4 sg/L by the end of SP2 but further declined to 0.4 sg/L with 71.4% improvement in batch test study after CPE addition. This low NCST indicates the effective water release from AGS due to modification or breakdown of EPS by CPE disrupting PS and PN network and thereby reducing its water binding properties. EPS analysis for SP1, SP2 and batch test revealed an increase in EPS content with higher PS than PN in each study phase and batch test had the highest EPS of 344.8 mg/L. Overall, this study confirmed the high likelihood of obtaining rapid granule formation by applying low pH at the beginning of AGS-SBR system and in cold regions, implementing this strategy could reduce the negative impact of psychrophilic temperature on granule formation as well as improve granule settleability. Biochar augmentation in AGS for rapid granulation may play a role under low temperature conditions to improve granulation and nutrient removal. Using polyelectrolyte in AGS does not only enhance sludge dewaterability but also increases granule size.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    868603

    Enhancing biomethane production and phosphorus recovery from aerobic granular sludge through a thermal alkali pretreatment

    Termal alkali ön arıtma ile aerobik granüler çamurdan biyometan üretiminin ve fosfor geri kazanımının arttırılması

    MERVE ATILĞAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. HALE ÖZGÜN ERŞAHİN

  2. Tez No

    167447

    The development and use of combined cultures for the treatment of low strength wastewaters

    Birleşik kültür geliştirilmesi ve düşük kirlilikteki atıksuların arıtımında kullanılması

    TUBA HANDE ERGÜDER

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2005

    Çevre MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    DOÇ.DR. GÖKSEL DEMİRER

  3. Tez No

    710329

    Microbial nitrate reduction induced autonomous self-healing in concrete

    Betonda mikrobiyal nitrat indirgenmesi ile gerçekleşen otonom kendini onarma

    YUSUF ÇAĞATAY ERŞAN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2016

    BiyoteknolojiGhent University

    Biyomühendislik ve Bilimleri Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. NICO BOON

  4. Tez No

    876756

    Sekiz haftalık step aerobik egzersizlerin otizmli ve zihinsel engelli bireylerde motorik becerilere etkisinin incelenmesi

    Investigation of the effects of eight- week step aerobic exercises on motor skills in autistic and mentally disabled individuals

    MÜNEVVER KORKMAZ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    SporBalıkesir Üniversitesi

    Beden Eğitimi ve Spor Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. İBRAHİM ERDEMİR

  5. Tez No

    645997

    Aerobik egzersizin karaciğer FGF-21 ve PGC-1 αlfa ekspresyonu yoluyla fruktoza bağlı metabolik sendrom bileşenlerine etkisi

    effect of aerobic exercise on fructose induced metabolic syndrome components through liver FGF-21 and PGC-1 αlpha expression

    BELKIS NARLI

    Tıpta Uzmanlık

    Türkçe

    Türkçe

    2020

    BiyokimyaGazi Üniversitesi

    Biyokimya (Tıp) Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. CANAN YILMAZ

Geri Dön