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
- Tez No: 907853
- Danışmanlar: PROF. DR. İSMAİL KOYUNCU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Çevre Bilimleri, Mühendisliği ve Yönetimi Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 111
Özet
Son yıllarda teknolojinin ilerlemesi ve nüfusun artmasıyla birlikte su talebi yükselmiş, bu durum sınırlı su kaynaklarının hızla tükenmesine neden olmuştur. Yeraltı ve yerüstü su kaynakları ile denizler, yoğun atıksu kirliliğiyle karşı karşıya kalmıştır. Geleneksel sistemler kaynakların geri kazanımı yapmak için yeterli değildir. Bu bağlamda, daha az yer kaplarken daha fazla atıksu arıtımı yapan, ekonomik ve yüksek kaliteli su sağlayan yenilikçi arıtma yöntemlerine yönelik araştırmalar son zamanlarda yoğunlaşmıştır. Membran teknolojileri, bu tür yöntemlerin öncülerindendir ve özellikle evsel atıksu arıtma tesislerinde, geleneksel sistemlerin yerine kullanımı yaygınlaşmaya devam etmektedir. Membran Biyoreaktör (MBR) sistemleri, biyolojik arıtma ile membran filtrasyonunu birleştirerek evsel ve endüstriyel atıksuların arıtımında kullanılmaktadır. Bu süreç, atık sudaki organik maddelerin biyolojik olarak parçalanmasını sağlar ve katı-sıvı ayrımını membranlar vasıtasıyla gerçekleştirir. Yüksek verimli bir fiziksel ayrım sunduğu için MBR sistemleri, konvansiyonel evsel atıksu arıtma tesislerindeki son çökeltim havuzunun yerini almakta ve daha küçük alanlarda yüksek verimli arıtma imkanı sunmaktadır. Ancak, MBR sistemleri her ne kadar gelişmiş bir teknoloji sunsa da, işletme maliyetleri ve membran tıkanma sorunları gibi bazı dezavantajlara sahip olabilir. İşte bu noktada biyofilm temelli prosesler, özellikle biyolojik arıtma sürecini daha verimli hale getirmek için önemli bir alternatif sunmaktadır. Son yıllarda biyofilm teknolojileri dünyada daha yaygın ve geniş kullanım alanına sahip olmuştur. Atıksu arıtma tesislerine gelen atıksuyun miktarı ve taşıdığı organik yükte meydana gelen artışlar dolayısıyla arıtma tesislerinde kapasite artışına olan ihtiyaç artmıştır. Aktif çamur prosesi gibi konvansiyonel arıtma sistemleri gün geçtikçe sıkılaşan deşarj standartlarını sağlamak konusunda bazı eksiklikler barındırmaktadır, bu nedenle ek kapasiteyi mümkün olan en az maliyetle sağlamak için daha verimli sistemlerin tasarımına gerek duyulmaktadır. Entegre Sabit Film Aktif Çamur (IFAS) sistemi, atıksu arıtma tesislerinde biyolojik arıtım sürecini iyileştirmek amacıyla geliştirilmiş bir teknolojidir. IFAS, klasik aktif çamur sistemlerinin verimliliğini artırmak için sabitlenmiş biyofilm taşıyıcılarını kullanır. Biyofilm taşıyıcılar farklı malzeme cinslerinden oluşabilmektedir (plasitk, ipliksi, seramik ve mineral bazlı). Bu sistemde, biyofilm taşıyıcıları, biyolojik arıtma tanklarının içerisine yerleştirilir ve mikroorganizmalar bu yüzeylerde tutunarak büyür. Böylece, atıksu içerisindeki organik maddeler ve azot gibi kirleticiler, mikroorganizmalar tarafından daha etkin bir şekilde giderilir. IFAS sistemlerinin en önemli avantajı, mevcut arıtma tesislerinin kapasitesini artırması ve özellikle azot giderimi gibi biyolojik süreçlerin verimliliğini yükseltmesidir. Sabitlenmiş taşıyıcılar, mikroorganizmalar için daha fazla yüzey alanı sağlar, bu da daha yüksek biyolojik aktivite ve daha hızlı kirletici giderimi anlamına gelir. Ayrıca, IFAS sistemleri yer açısından da avantajlıdır, çünkü mevcut arıtma tanklarının içerisine eklenebildiği için yeni altyapı yatırımlarına ihtiyaç duyulmaz. Bu nedenle, IFAS özellikle sınırlı alana sahip tesislerde, atıksu arıtma kapasitesini artırmak ve arıtma kalitesini iyileştirmek için ideal bir çözümdür. Hibrit IFAS MBR sistemi, biyofilm taşıyıcıları kullanarak biyokütlenin membran tıkanıklığına neden olabilecek askıda katı maddelerin azaltılmasını hedefleyen bir hibrit sistemdir. Bu taşıyıcılar, biyokütleyi hem askıda hem de sabit film (biyofilm) şeklinde tutarak arıtma verimliliğini artırır ve membran tıkanıklığını önemli ölçüde azaltır. IFAS MBR sistemlerinde, biyofilm taşıyıcılarının sunduğu ek yüzey alanı, biyokütle birikimini artırarak daha uzun çamur yaşlarında ve yüksek yük koşullarında etkili bir arıtma sağlar. IFAS MBR sistemi düşük çamur yaşlarında (SRT 5 gün) yüksek nitrifikasyon performansı ve yüksek toplam azot giderimi sağlamaktadır. Ayrıca, IFAS MBR sistemleri, enerji tüketiminde azalma ve membran temizlik sıklığının azaltılması ile membran ömrünün uzaltılması gibi işletim konusunda önemli avantajlar sunmaktadır. Marmara Denizi'nin bir iç deniz olması, alınan sürekli göçler ile nüfusun artması, bölgede denize deşarj edilen atıksuların yetersiz arıtılması ve iklim değişikliğine bağlı deniz suyu sıcaklıklarının artması 2021 yılında müsilaj (deniz salyası) oluşumuna sebep olmuştur. Buradaki en büyük pay arıtılmadan ya da yetersiz arıtmayla denize bırakılan atıksuların, organik madde, azot, fosfor ve ağır metaller gibi kirleticiler içermesinden kaynaklanmaktadır. Bu kirleticiler, denizin oksijen seviyesini azaltarak su kalitesini düşürür ve deniz canlıları için olumsuz bir ortam yaratır. Bu kapsamda Marmara Denizi'nin korunması ve atıksu arıtımının daha etkin bir şekilde gerçekleştirilmesi için yeni çözümler aranmaktadır. Mevcut sistemlerin azot ve fosfor gibi nütrientlerin arıtımı konusunda yetersiz kalmasından dolayı ileri biyolojik arıtma sistemlerine dönüştürülmeleri gerekmektedir. Bu bağlamda Marmara Denizinde meydana gelen müsilaj olayı tezin konusuna ilham olmuştur. Bu tez çalışmasında, IFAS MBR ve MBR sistemleri aynı işletme koşulları altında pilot ölçekte çalıştırılmış ve iki sistemin arıtma performansları karşılaştırılmıştır. İki sistem arasındaki tek fark IFAS MBR sisteminin havalandırma havuzuna yerleştirilen ve işletme için önemli bir parametre olan taşıyıcı medyadır. Literatür taraması yapıldığında IFAS ve MBR sistemlerinin hibrit olarak kullanımı yaygın olmamakla birlikte literatüre katkı sağlayacak bir çalışma hedeflenmiştir. Marmara Denizine yapılan atıksu deşarjlarının karakteristik özelliği evsel nitelikli atıksu olduğu için sistemlerin işletilmesi sırasında kullanılan atıksu İstanbul Teknik Üniversitesi Ayazağa Kampüsünün kanalizasyonundan sağlanmıştır. Sistem işletilirken hidrolik bekletme süresi kademeli olarak düzenlenmiştir. Bu yöntem ile sistemler için optimum yükleme oranlarını belirleyerek arıtılabilecek maksium atıksu miktarı saptanmıştır. Sistemler, düşük çamur yaşı koşullarında (SRT 5 gün) evsel atıksuyla beslenmiş ve işletme sırasında temel parametreler izlenmiştir. Arıtma performanslarının yanı sıra, membran tıkanıklığı ve enerji tüketimi gibi işletme parametreleri de değerlendirilmiştir. Bulgular, IFAS MBR sisteminin MBR'lerin işlevsel kapasitelerini önemli ölçüde artırma, membran ömrünü uzatma, daha düşük hacimde daha fazla atıksu arıtımı ve genel operasyonel maliyetleri düşürme potansiyelini vurgulamaktadır. Çalışma soncunda elde edilen veriler arazi maliyetlerinin yüksek olduğu Marmara Havzasında IFAS MBR sisteminin yeni bir bakış olarak ortaya koymaktadır. Kapasite artırımı yapamayan ve alan sorunu yaşayan endüstriler için bir alternatif bir seçenektir.
Özet (Çeviri)
With the increasing global demand for water treatment, there has been rising interest in innovative treatment methods that offer compact designs, cost-effectiveness, and high-quality water output. Membrane technologies have emerged as a leading solution in this domain and are increasingly being adopted in place of conventional systems, especially in domestic wastewater treatment facilities. Membrane Bioreactor (MBR) systems, due to their economic feasibility and ease of operation, have become a key focus of research in the field. Membrane Bioreactor (MBR) systems are a cutting-edge process that integrates biological wastewater treatment with advanced membrane filtration, offering a highly efficient solution for both domestic and industrial wastewater treatment. In MBR systems, biological degradation of organic matter occurs through the activated sludge process, while solid-liquid separation is achieved using a membrane. This obviates the need for secondary settling tanks, which are a standard component of traditional wastewater treatment facilities. Fine pores of membrane, typically in the microfiltration or ultrafiltration range, allow for high-quality effluent with low turbidity and nearly complete removal of suspended solids and pathogens. MBR systems are particularly valued for their ability to operate with higher biomass concentrations, resulting in smaller footprint requirements and improved treatment performance. Today, it has become necessary to revise conventional wastewater treatment plants to ensure nitrogen and phosphorus removal and to achieve treatment efficiency levels that allow for wastewater reuse in water-intensive industries. To meet these demands, new technologies must be employed, and wherever possible, local resources should be utilized in the design of facilities and selection of equipment. In doing so, the environmental sector can reduce dependency on foreign technologies. The Integrated Fixed Film Activated Sludge (IFAS) system represents a relatively recent advancement in wastewater treatment technology, providing several benefits compared to conventional activated sludge systems. In IFAS systems, a growth medium is introduced into the activated sludge tank to facilitate biomass development and enhance the overall treatment process. This medium can either be fixed or free-moving. The technology is relatively recent and can be implemented either as an upgrade to existing facilities or as part of new construction projects. IFAS integrates advantages of traditional activated sludge and biofilm technologies within a single reactor, providing performance improvements of up to 40% without requiring additional aeration tanks. The media in IFAS system provides an increased surface area to support greater biomass accumulation and enhances microbial growth, increasing sludge retention time and treatment efficiency. This thesis presents a comparative analysis of the operational performance of two wastewater treatment systems: a Membrane Bioreactor (MBR) and a Hybrid Membrane Bioreactor known as the Integrated Fixed Film Activated Sludge Membrane Bioreactor (IFAS MBR). The two systems were operated simultaneously parallel under identical conditions using real wastewater from the Istanbul Technical University's Ayazaga Campus. The aim of the study was to assess the treatment efficiencies, operational stability, and membrane fouling behaviors of both systems in handling municipal wastewater at SRT 5 days.
Benzer Tezler
- Performance comparison of membrane bioreactor with dynamic membrane bioreactor
Membran biyoreaktör ve dinamik membran biyoreaktörün performans karşılaştırması
MEHMET AKİF VERAL
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Çevre MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiBiyomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZER ÇINAR
- Hastane ve medikal laboratuvarı atıksularının membran biyoreaktör (MBR) ile farklı koşullarda arıtılması: İlaç etken madde giderim performansının ve akut inhibisyon etkisinin incelenmesi
Treatment of hospital and medical laboratory wastewater under different conditions by membrane bioreactor (MBR): Investigation of removal performance of pharmaceuticals and acute inhibition effect
RECEP PARTAL
Doktora
Türkçe
2020
Çevre MühendisliğiSüleyman Demirel ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NEVZAT ÖZGÜ YİĞİT
DOÇ. DR. SELDA MURAT HOCAOĞLU
- Katı atık sızıntı sularının batık elektro-membran biyoreaktör sistemi ile arıtılabilirliğinin araştırılması
Investigation of solid waste leachate treatability by submerged membrane electro-bioreactor system
GÜLİZAR KURTOĞLU AKKAYA
Doktora
Türkçe
2018
Çevre MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET SİNAN BİLGİLİ
- Investigation of the factors affecting membrane bioreactor performance during volatile fatty acid production from food waste
Yemek atıklarından uçucu yağ asidi üretimi sırasında membran biyoreaktör performansını etkileyen faktörlerin incelenmesi
BEGÜM BİLGİÇ
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OSMAN ATİLLA ARIKAN
PROF. DR. MOHAMMAD TAHERZADEH
- 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