Combined treatment of domestic wastewater and biodegradable kitchen waste in a fludizied-bed anaerobic ceramic membrane bioreactor
Akışkan yataklı anaerobik seramik membran biyoreaktörde evsel atıksu ve biyolojik olarak parçalanabilir mutfak atıklarının birlikte arıtımı
- Tez No: 925692
- Danışmanlar: PROF. DR. BARIŞ ÇALLI, PROF. DR. ERKAN ŞAHİNKAYA
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Marmara Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 168
Özet
Membran prosesleri, yüksek kaliteli su üretimindeki verimlilikleri nedeniyle su geri kazanımında önemli bir rol oynamaktadır. Batık anaerobik membran biyoreaktörler (AnMBR'ler), özellikle düşük mukavemetli ya da düşük sıcaklık gibi zorlu koşullar için sürdürülebilir atık su arıtımında umut verici teknolojiler olarak öne çıkmaktadır. Membran biyoreaktörlerin avantajlarını anaerobik süreçlerle birleştiren AnMBR'ler, çamur üretimini en aza indirir, havalandırma ihtiyacını ortadan kaldırarak enerji gereksinimlerini azaltır ve yenilenebilir bir enerji kaynağı olan metan üretir. Ancak üretilen enerji genellikle ısıtma gereksinimlerini karşılamada yetersiz kalmaktadır. Bu çalışma, evsel atık suyun (DWW) biyobozunur mutfak atığı (FW) ile karıştırılmasıyla oluşturulan yüksek KOİ'li atık su kullanılarak, akışkan yataklı anaerobik seramik membran biyoreaktörde (AnFCMBR) enerji geri kazanımı ve arıtma verimliliğini araştırmaktadır. Sistem, filtrasyon akıları (1,7–5 L/m²/sa), hidrolik alıkonma süreleri (22–7 saat) ve organik yükleme oranları (OLR) (0,46–6,08 kg/m³·gün) dahil olmak üzere değişen koşullar altında 519 gün boyunca çalıştırılmıştır. Giriş KOİ seviyeleri, artan FW içeriğiyle 500±143 mg/L'den 2000±196 mg/L'ye yükselmiş ve %92–98 KOİ giderim verimleri elde edilmiştir. Membran ve kek tabakası bu verime %5–8 oranında katkıda bulunmuştur. FW ilavesi, çözünebilir mikrobiyal ürün (SMP) ve hücre dışı polimerik madde (EPS) konsantrasyonlarını önemli ölçüde artırarak filtrasyon performansını olumsuz etkilemiştir. Filtrasyona karşı spesifik direnç (SRF) ve kapiler emme süresi (CST) de artan OLR ile yükselmiştir. FW ilavesiyle metan üretimi 5,5 kat artmış ve üretilen enerji, biyoreaktörün işletimi için gereken enerjinin 12 katı olarak hesaplanmıştır. Bu ortak arıtım yaklaşımı, enerji pozitif atık su arıtımı ile sulama için uygun, yüksek kaliteli çıkış suyu üretiminin fizibilitesini göstermektedir. Atık sudaki azot ve fosfor gibi besinlerin geri kazanımı, sistemin sürdürülebilirliğini daha da artırmaktadır. Ayrıca, FW'nin kanalizasyon hatları aracılığıyla yakındaki arıtma tesislerine taşınması, düzenli depolama alanlarına giden atık miktarını ve kentsel katı atık taşıma maliyetlerini azaltmaktadır. Bu öncü çalışma, AnFCMBR'nin biyobozunur mutfak atıkları ve evsel atık suların yönetimi için sürdürülebilir bir çözüm sunduğunu, yenilenebilir enerji üretimi ve kaynak geri kazanımı sağlarken karbon ayak izini önemli ölçüde azalttığını vurgulamaktadır.
Özet (Çeviri)
Membrane processes play a pivotal role in water recovery due to their efficiency in producing high-quality water. Submerged anaerobic membrane bioreactors (AnMBRs) stand out as promising technologies for sustainable wastewater treatment, particularly for low-strength or challenging conditions such as low temperatures. Combining the advantages of membrane bioreactors with anaerobic processes, AnMBRs minimize sludge production, reduce energy demands by eliminating aeration, and generate methane as a renewable energy source. However, the energy produced often falls short of heating requirements. This study investigates energy recovery and treatment efficiency in a fluidized bed anaerobic ceramic membrane bioreactor (AnFCMBR) using high-COD wastewater created by blending domestic wastewater (DWW) with biodegradable kitchen waste (FW). The system operated for 519 days under varying conditions, including filtration fluxes (1.7–5 L/m²/h), hydraulic retention times (22–7 hours), and organic loading rates (0.46–6.08 kg/m³·d). Influent COD levels rose from 500±143 mg/L to 2000±196 mg/L with increased FW content, achieving COD removal efficiencies of 92–98%. The membrane and cake layer contributed 5–8% to this efficiency. Adding FW significantly increased supernatant soluble microbial product (SMP) and extracellular polymeric substance (EPS) concentrations, negatively impacting filtration performance. Specific resistance to filtration (SRF) and capillary suction time (CST) also increased with higher OLR. Methane production, which rose 5.5-fold with FW addition, was 12 times greater than the energy required to operate the bioreactor. This co-treatment approach demonstrates the feasibility of energy-positive wastewater treatment with high-quality effluent suitable for irrigation. Nutrients such as nitrogen and phosphorus in the effluent can be recovered, further enhancing sustainability. Transporting FW via sewer lines to nearby treatment plants reduces landfill-bound waste and urban solid waste transportation costs. This pioneering study highlights AnFCMBR as a sustainable solution for managing biodegradable kitchen waste and DWW, significantly lowering the carbon footprint while enabling renewable energy generation and resource recovery.
Benzer Tezler
- Aktif çamur sistemlerinde reaktif ön çökeltmenin koi bileşenleri ve ayrışma kinetiğine etkinin değerlendirilmesi
Evaluation of the effects of reactive pre-sedimentation to cod components and decomposition kinetics in activated sludge systems
AYŞİN ERTÜRK
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAYRETTİN GÜÇLÜ İNSEL
- 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
SUDE SALİMİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEVAL SÖZEN
- Combined treatment of landfill leachate with domestic wastewater
Katı atık düzenli depolama sızıntı sularının evsel atıksularla birlikte arıtılması
DİDEM ÇAKIROĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
1998
Çevre MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiÇevre Teknolojileri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FERHAN ÇEÇEN
- Organik atıklardan sürdürülebilir enerji geri kazanımı: Biyolojik ve termal geri kazanım proseslerinin analizi
Sustainable energy recovery from organic wastes: Analysis of biochemical and thermal processes
HASAN SUPHİ ALTAN
Doktora
Türkçe
2022
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEVAL SÖZEN
- Exploring the use of microbial fuel cells for sewage treatment on cargo and cruise ships
Kargo ve yolcu gemilerinde atık su arıtımı için mikrobiyal yakıt hücrelerinin kullanımının araştırılması
HÜSEYİN FATİH NACAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Denizcilikİstanbul Teknik ÜniversitesiDeniz Ulaştırma Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GAZİ KOÇAK