Patlayıcı Endüstrisi Atıksularının Anaerobik Arıtılabilirliğinin İncelenmesi
Explosive indusrty wastewaters anaerobic treatability study
Yazar: BETÜL TAVACI
Danışman: DOÇ. DR. MEHMET KOBYA
Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü / Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Anaerobik arıtma = Anaerobic treatment ; Patlayıcı maddeler = Explosives ; Toksisite = Toxicity

Özet:
Bu çalışma patlayıcı endüstrisi atıksularının anaerobik biyoreaktör ile mezofilik şartlar altında arıtabilirliğini incelemek amacıyla yapılmıştır. Reaktördeki atıksuyun ortalama sıcaklığı 35 ± 2 °C'dir. Hidrolik bekleme süresi 1-30 gün, çamur yaşı ise 30-100 gün arasında çalışılmıştır. Reaktör 2 ay sonunda dengeye ulaşmıştır. Sistemin performansını değerlendirmek için tüm çalışma boyunca giriş ve çıkış patlayıcı maddelerin konsantrasyonları, oluşan ara ürünleri, uçucu yağ asidi (UYA) konsantrasyonları, pH, toplam alkalinite ve MLSS konsantrasyonları gibi parametreler izlenmiştir. İyi işletilen sistemlerde toplam UYA konsantrasyonu 500 mg/L'yi aşmaması gereklidir. Yapılan bu çalışmada UYA konsantrasyonu 146 ile 447 mg HAc/L aralığında değişmiştir. Anaerobik biyoreaktörün çalışma süresince adaptasyon evresi de dahil olmak üzere sistemde önemli bir pH değişimi gözlenmemiştir. Anaerobik biyoreaktördeki atıksuyun ortalama pH değeri 7,97 olarak bulunmuştur.Patlayıcı endüstrilerinde bulunan TNT, RDX, HMX gibi zor parçalanan kirleticilerin giderimini incelemek amacıyla belirli dozlarda bu kirleticileri içeren sentetik atıksular hazırlanarak sisteme besleme yapılmıştır. HPLC cihazında yapılan analizlere göre kirleticiler anaerobik koşullarda arıtılabilmiştir. TNT kirleticisinin; RDX ve HMX kirleticilerinden daha önce arıtıldığı gözlemlenmiştir. HMX kirleticisi ise diğer kirleticilere göre çok zor parçalandığı için arıtım süresi en uzun olan kirletici olarak tespit edilmiştir. HPLC cihazı ölçüm sonuçlarına göre TNT'nin, RDX ve HMX'e göre daha çabuk arıtılmasının sebebi, TNT'nin diğer kirleticilerden daha kararsız yapıda olmasıdır. Ayrıca TNT'nin molekül ağırlığı diğer kirleticilerden büyük olmasına rağmen yoğunluğu diğerlerine göre düşüktür. Bu sebeple diğer kirleticiler ara ürünlere dönüşürken arıtımları zaman almaktadır. TNT, HPLC ölçümlerine göre çabuk arıtıldığı gözükse de aslında reaktöre girer girmez etkileşime girerek hızlı bir şekilde ara ürünlere dönüşmektedir. HMX diğer kirleticilere göre daha yavaş başlangıç parçalanma hızına sahiptir. Bu sebeple arıtımı daha uzun zaman almaktadır.TNT, RDX, HMX kirleticilerinin anaerobik arıtımdaki ara ürünlerini belirlemek amacıyla Maldi MS cihazında da analizler yapılmıştır. Kirleticilerin dönüştüğü ara ürünler molekül ağırlıklarına göre belirlenmiştir. TNT kirleticisinin karboksilik maldi matriksine göre ara ürünleri o- Nitroaniline, 2,4- DA-6-NT (2,4 diamino- 6 nitrotoluen), 1,3,5- TNB ( 1,3,5 trinitrobenzen); HMX kirleticisinin ara ürünü 1,4- dinitro- piperazine; RDX kirleticisinin ara ürünü ise Tetrahydro- 1,3,5 trinitro- 1,3,5- triazin- 2(1H)- one?dır. TNT kirleticisinin antra maldi matriksine göre ara ürünleri o- Phenylene diamin, 1,2,4- trinitro butanetriol; RDX kirleticisinin ara ürünü sistein; HMX kirleticisinin ara ürünü 1,2,3- trinitro- propantrioldür. TNT kirleticisinin sinapinik maldi matriksine göre ara ürünleri tyrosine, trytophan ve 1,3 diamino- 2,4,6- trinitro benzen; HMX?in siyanid ara ürünü 1,2,3- trinitro propantrioldür. TNT kirleticisinin DHB maldi matriksine göre ara ürünüleri nitrobenzen, 2 amino 4,6- dinitro toluen; RDX kirleticisinin ara ürünü 1,2,4- dihydro 5- one; HMX kirleticisinin ara ürünü ise 1,3- dinitro- 2- imidazolidone?dır.TNT, RDX ve HMX gibi kirleticilerin anaerobik degradasyonları sonucunda oluşan ürünlerin de toksik etki yapabilmesi söz konusudur. Bu nedenle sistemden çıkan arıtılmış suyun toksisitesi için farklı zamanlarda elde edilen anaerobik çıkış sularının E. coli AB1157 suşunun canlılığı üzerindeki toksik etkileri değerlendirilmiştir. Reaktör çıktılarının 1/2 oranında seyreltilerek ve direkt olarak ayrı ayrı toksisite denemeleri yapılmıştır. Denemeler sonunda elde edilen veriler, reaktör çıktılarının ½ oranında seyreltildiğinde veya direkt olarak E. coli bakterisi ile 120 dakika ve 24 saat süre ile inkübe edildiğinde, canlılık üzerine toksik etki yapmadığını göstermiştir. Ayrıca mevcut olan kültürün varlığını tespit etmek amacıyla tür tanımlaması yapılmıştır. Deney sonunda besiyeri üzerindeki kolonilerin morfolojik farklılıkları gözlenmiş ve farklı koloniler isimlendirilmiştir. Anaerobik reaktörde yapılan tür tanımlarında göre Clostridium ve Yarrowia lipolytica türleri tespit edilmiştir.

Abstract:
In this study, treatment of explosive industry wastewater was investigated in anaerobic bioreactor at mesophilic conditions. The temperature of explosive industry wastewater is 35 ± 2 °C in the reactor. Hydraulic retention time is 1 - 30 days; the sludge age is 30 ? 100 days in experimental study. The reactor has reached equilibrium after 2 months. The effect of initial and effluent explosives concentrations, consisting intermadiate products, volatile fatty acid (VFA) concentrations, pH, total alkalinity (TA) and MLSS concentrations on process performance was examined. Total concentration of VFA must not exceed 500 mg/L in well operating systems. In this study, the concentration of VFA has changed between 447 146 mg HAc/L. During the adaptation phase of operation, including an anaerobic bioreactor system, a significant pH change was not observed. The average pH value of wastewater in an anaerobic bioreactor was found to be 7,97.The explosive industries of the synthetic wastewater containing such TNT, RDX and HMX pollutants in certain doses was prepared and the feed system. According to analyzes made by HPLC, the pollutants was treated under the anaerobic conditions. TNT contaminant was treated faster than RDX, HMX pollutants. HMX contaminant biodegrade very diffuculty so it's treating time is very long. According to the results of HPLC measurements, because of TNT treatment more quickly than RDX and HMX, TNT is more unstable structure than other pollutants. Although, the molecular weight of TNT is greater than other pollutants, it's density is lower than others. For this reason, when other pollutants are converted to intermediate product, it took time. According to HPLC analysis, TNT seems to treate quickly entering the reactor, but it actually interact with materials and transform to intermediate product rapidly. Initial degradation rate of HMX is slower than the other pollutants. For this reason, a longer treatment period of time.In order to determine the TNT, RDX, HMX pollutants?s intermediate product in anaerobic treatment, Maldi MS analyzes were carried out device. The molecular weight was determined according to the pollutants into intermediate products. According to carboxylic maldi matrix, TNT pollutant?s intermediate products are o Nitroaniline, 2,4 - DA-6-NT (2.4 diamino-6 nitrotoluene), 1,3,5 - TNB (1,3,5 trinitrobenzene); HMX pollutant?s intermediate product is 1,4 - dinitro-piperazine; RDX pollutant?s intermediate products is tetrahydro 1,3,5 - trinitrobenzene-1,3,5 triazin-2 (1H) - one. According to antra maldi matrix, TNT pollutant?s intermediate products o-Phenylene diamine, 1,2,4 - trinitrobenzene butanetriol; RDX pollutant?s intermediate product is cysteine; HMX pollutant?s intermediate products is 1,2,3 trinitrobenzene-propantriol. According to sinapic maldi matrix, TNT pollutant?s intermediate products are trytophan, and 1,3 - diamino-2,4,6 - trinitrobenzene benzene; HMX pollutant?s intermediate product is cyanide 1,2,3 - trinitrobenzene propantriol. According to DHB maldi matrix, TNT pollutant?s intermediate products are nitrobenzene, 2 amino-4.6 - dinitro toluene; RDX pollutant's intermediate product is 1,2,4 - dihydro 5 - one; HMX pollutant?s intermediate product is 1,3 - dinitro-2 imidazolidone.TNT, RDX, and HMX pollutant?s intermediate products that result of anaerobic degradation, make toxic effect also. Therefore, the treated water leaving the system at different times to toxicity of effluents obtained from the anaerobic E. coli strains AB1157 toxic effects on the viability evaluated. The outputs of the reactor 1/2 dilution of separately directly to the toxicity tests. The data obtained at the end of experiment, the reactor directly or diluted by ½ outputs E. coli bacteria were incubated with a period of 120 minutes and 24 hours, did not make a toxic effect on the vitality shown. In addition, species identification is made available in order to detect the presence of culture. The morphological differences observed in colonies on the medium end of the experiment and the different colonies named. According to such definitions in the anaerobic reactor of Clostridium and Yarrowia lipolytica species have been identified.