Ponza taşı atıklarının hareketli yataklı biyolojik arıtma sistemlerinde taşıyıcı malzeme olarak kullanımının arıtma performansı ve renk giderimine etkisi
Treatment and color removal performance of pumice stone waste as a carrier material in moving bed biological treatment systems
Yazar: BERRAK TORUSDAĞ
Danışman: PROF. DR. SEVAL SÖZEN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Çevre Bilimleri, Mühendisliği ve Yönetimi Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Adsorpsiyon = Adsorption ; Arıtma sistemleri = Treatment systems ; Atık su = Waste water ; Kot = Denim ; Oksidasyon = Oxidation ; Ponza = Pumice ; Renk giderme = Decolorization

Özet:
Denim kumaşı, kot üretiminde kullanılan pamuklu bir kumaştır. Denim işleme tesislerinde üretim sonucu oluşan atıksular içeriğinde çok yüksek miktarda organik madde kirliliği ve renk bulundurmaktadır. Bu nedenle bu atıksuların arıtımında organik madde giderimine ilave olarak renk giderimine yönelik de ek yatırımlar yapılması gerekmektedir.
Ponza taşı ise denim işleme tesislerinde büyük miktarlarda kullanılan bir üretim malzemesidir. Kullanılan ponza taşının sadece küçük bir kısmı geri kazanılarak tekrar kullanılmakta, geri kalan bölümü de işlevini kaybettiği düşünüldüğü için biriktirilmektedir ve uzaklaştırılması yüksek maliyet gerektirir. 
Hareketli yataklı biyolojik arıtma sistemleri, biyofilm sistemleri ve aktif çamur sistemlerinin eş zamanlı uygulanıp faydalarının birleştirildiği bir hibrid prosestir. Bu arıtma sistemlerinde, reaktörde serbest bir şekilde hareket eden ve üretim maddesi polietilen olan farklı tiplerde bulunan "biyofilm taşıyıcı yatak malzemeleri" kullanılmaktadır. Bu taşıyıcılar sayesinde reaktörde olması gerekenden daha çok biyokütle tutulup, daha sabit ve yüksek verimli arıtma gerçekleşebilmektedir. Hareketli yataklı biyolojik arıtma sistemleri, geleneksel aktif çamur tipi biyolojik arıtma sistemlerine göre, çok önemli oranda reaktör hacmi ve enerji tasarrufu sağlamaktadır.
Bu çalışmada, hareketli yataklı biyolojik arıtma sistemlerinde yaygın olarak kullanılan sentetik taşıyıcı malzemeler yerine gözenekli yapısından kaynaklı yüksek poroziteye sahip olan ponza taşı taşıyıcı malzeme olarak kullanılmıştır. 
Çalışmada temel olarak ponza taşının iki farklı işlev altında kullanılabilirliği ve atık malzemenin katma değeri olan bir malzemeye dönüştürülebilmesi araştırılmıştır. Atık olarak uzaklaştırılan ponza taşlarının yeniden kullanımının işlevli olabileceği nedeniyle taşıyıcı malzeme (carrier) olarak kullanımının arıtma ayak izini küçültmesi buna ek olarak adsorban olarak kullanılabilmesi ile organik maddenin giderim performansıyla birlikte renk giderim performansı da incelenmiştir.
4-6,35 mm, 6,35-8 mm ve 10-14 mm boyut aralığında kullanılan ponza taşlarının KOİ giderim performansı açısından en uygun aralığı araştırılmış ve 10-14 mm boyutundaki ponza taşlarının taşıyıcı malzeme olarak kullanılmasının daha verimli olduğuna karar verilmiştir. 
Yapılan deneysel çalışmada ponza taşının taşıyıcı olarak kullanıldığı durumda, taşıyıcı kullanılmayan askıda sistemin KOİ giderimine ilave olarak, yaklaşık 60 mg/L daha fazla giderim olduğu görülmüştür. Bu ilave giderimin reaktördeki taşıyıcı ponza taşı üzerinde gerçekleştiği anlaşılmaktadır.  Ponza taşı ilave edilen reaktörde gözlenen ilave KOİ giderimi aslında bu sistemlerin hedeflenen KOİ giderimini daha küçük hacimlerde gerçekleştirilebileceğinin de bir göstergesidir.
Çalışmada aynı zamanda ponza taşının adsorban olarak kullanılması ile üç farklı dalga boyunda (436 nm, 525 nm, 620 nm) ve Pt-Co renk biriminde normalize edildiğinde %20, %30 ve %40 doluluk oranlarında renk giderimi sağlandığı da gözlemlenmiştir.

Abstract:
Denim fabric is a cotton fabric used in jeans. The wastewater generated as a result of production in denim processing plants contains a very high amount of organic matter pollution and color. Therefore, in the treatment of these wastewaters, in addition to organic matter removal, additional investments should be made for color removal.
Pumice stone is a production material used in large devices in denim processing plants. Only a small part of the used pumice stone is recovered and reused, the rest is accumulated because it is considered lost and its removal requires high costs.
It is a hybrid process that combines the benefits of moving bed biological treatment systems, biofilm systems and activated sludge results by applying them simultaneously. In these treatment plants, different types of "biofilm carrier bed materials" are used, which are polyethylene, the production material, which moves freely in the reactor. Thanks to these carriers, more biomass is retained in the reactor than it should be, and a more stable and highly efficient treatment can be achieved. Moving bed biological treatment systems provide significant reactor volume and energy savings compared to conventional activated sludge type biological treatment systems.
This extensive, mobile bed biological treatment uses pumice as a carrier material, which has high porosity due to the porous structure, instead of the commonly used synthetic carrier materials.
In the study, the usability of pumice stone under two different functions and its conversion into a material with added value were investigated. Since the pumice stones, which are removed as waste, can have a re-start function, consumption as a carrier material reduces the treatment footprint and in addition, using it as an adsorbent, the color removal performance disappears along with the organic scavenging performance.
The optimum range of COD removal performance values of pumice stones used in the size range of 4-6.35 mm, 6.35-8 mm and 10-14 mm was investigated and it was decided to use 10-14 mm pumice stones as carrier material more efficiently.
It has been used as the carrier of the pumice stone, which does not affect the explanations made, in the case where the carrier has an additional, approximately 60 mg/L more removal as COD removal from the exposed system. It is understood that this additional removal is not preserved on the carrier pumice stone in the reactor. The additional COD removal observed in the reactor in which pumice stone was added is actually an indication that these systems can achieve the targeted COD removal in smaller volumes.
In the study, it was also observed that the use of pumice stone as an adsorbent provided color removal at 20%, 30% and 40% filling rates in normalized environments at three different wavelengths (436 nm, 525 nm, 620 nm) and Pt-Co color unit.