Yenilikçi üretim şekilleri ile ileri osmoz membranı yapısında yüksek performanslı membranların üretimi ve basınç destekli ileri osmoz hibrid prosesi ile membran biyoreaktörlerde dâhili olarak işletilmesi
Manufacturing of high-performance membranes with forward osmosis membrane structure through innovative manufacturing methods and its operation internally in membrane bioreactors with pressure-assisted forward osmosis hybrid process
Yazar: SERKAN ARSLAN
Danışman: PROF. DR. EBUBEKİR YÜKSEL
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Elektrospinning = Elektrospinning ; Membranlar = Membranes ; Nanolif = Nanofiber ; Osmoz = Osmosis

Özet:
Bu tez kapsamında, membran tıkanması, düşük su akısı, konsantre yönetimi ve reaktörde tuz birikmesi gibi MBR'lerde karşılaşılan işletme problemlerine çözüm bulmak amacı ile yenilikçi tübüler nanofiber ileri osmoz (TuNFO) yapısında membranlar üretilmiştir. Bu membranların, laboratuvar ölçekli MBR'de kullanılmadan önce yapılan performans testleri esnasında, su akısı ve ters tuz akısı açısından harici basınç uygulandığı zaman üstün özellikler gösterdiği görülmüştür. Yeni TuNFO membranının basınç altında işletilmesi sırasında, klasik ileri osmoz proseslerinden farklı olarak tuz geçişişinin hem konsantre tarafından besleme tarafına hem de besleme tarafından konsantre tarafına doğru iki yönlü gerçekleşmesi sebebiyle MBR içerisinde İOMBR'lerin en büyük problemi olan tuz birikmesinin engellendiği tespit edilmiştir. 
Bu tez kapsamında üretilen yenilikçi İO tipi membranlar, dâhili membran biyoreaktörde (MBR) hem basınç sürücülü hem de İO gibi (konsantre sirkülasyonu yapılarak) hibrit şekilde işletilmiştir. Membran biyoreaktörü, akabinde uygulanan bir ters osmoz sistemi ile entegre çalıştırılmış ve yüksek kalitede çıkış suyu edilmiştir. TO sisteminden çıkan konsantre ise MBR'deki dâhili TuNFO membranına geri sirküle edilerek konsantre yönetimi sağlanmıştır. MBR içinde tuz birikmesi engellenmiş ve TuNFO membranları çok uzun süre hiçbir yıkama yapılmadan MBR içerisinde işletilmiştir. Üretilen yenilikçi membran ve yeni işletme modeli patentlenmiştir.

Abstract:
Within the scope of this thesis, innovative tubular nanofiber forward osmosis (TuNFO) structured membranes were manufactured in order to find solutions to the operational problems encountered in MBRs such as membrane fouling, low water flux concentrate management, and salt accumulation in the bioreactor. During the performance tests of these membranes before they are used in laboratory-scale MBR it was observed that they represented superior properties in terms of water and reverse salt fluxes, and it was determined that these flux properties were realized with the help of additional pressure applied to the concentrate side from the feed side. During the operation of the new TuNFO membrane under pressure, unlike conventional forward osmosis processes, it has been determined that salt accumulation, which is the biggest problem of IOMBRs, is prevented in the MBR due to the fact that the salt transition occurs in both directions from the concentrate side to the feed side and from the feed side to the concentrate side.
Innovative FO-type membranes manufactured within the scope of this thesis were operated in an internal membrane bioreactor (MBR) in a hybrid manner like both FO (through concentrate recirculation) and pressure-driven membranes. The membrane bioreactor was operated integrated with an RO system, which was subsequently applied, and high-quality effluent was obtained. Concentrate coming out of the RO system is recirculated to the internal TuNFO membrane in the MBR and concentrate management is ensured. Salt accumulation in the MBR was prevented and TuNFO membranes were operated in the MBR for a long time without any washing. Both the innovative membrane and new operating model were patented.