Biyolojik olarak arıtılmış ekmek mayası endüstrisi atıksularının ileri arıtım alternatiflerinin incelenmesi
Investigation of advanced treatment alternatives for wastewater of baker's yeast industry treated biologically
Yazar: GÖKHAN BALCIOĞLU
Danışman: YRD. DOÇ. DR. ZEREN BERİL ÖZÇELEP
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Bu çalışmada, biyolojik olarak arıtılmış ekmek mayası atıksularının membran ve ozonlama prosesleri ile ileri arıtılarak geri kazanılması amaçlanmıştır. Geri kazanılan suyun tarımsal sulama suyu olarak kullanılabilirliği araştırılarak bu kapsamda literatüre ve endüstriyel uygulamaya katkıda bulunulması hedeflenmiştir. Çalışmanın birinci bölümünde; ekmek mayası atıksuyunun membran proseslerle ileri arıtımı çalışılmıştır. Bu amaçla yapılan deneysel çalışmalar; membran seçimi, seçilen membran için uygun filtrasyon koşullarının belirlenmesi ve süzüntü kalitesinin ikinci bir membran ile iyileştirilerek tarımsal sulama suyu kalitesine getirilmesi aşamalarından oluşmaktadır. Membran seçiminde çalışılan membranlar (FM UP020, FM UP005, NF 270, NF 90 ve Desal 5DL) için membran performansı (kirletici madde giderim verimleri) ve membran kirlenmesi (akı kayıpları ve temas açısı ölçümleri) bir arada değerlendirilmiştir. Membranlar arasında en düşük toplam akı kaybı (%35) ve kirlenmeden kaynaklanan akı kaybı (%5) Desal 5DL membranında meydana gelmiştir.  En yüksek giderim verimleri ise NF 90 membranı ile elde edilmiştir. Fakat bu membranda meydana gelen toplam akı kaybı (%90) oldukça yüksektir. Membran seçiminde Desal 5DL uygun membran olarak belirlenmiştir. Filtrasyon koşullarının giderim verimleri ve kirlenme üzerindeki etkileri araştırılması için, Desal 5DL ile farklı pH (3, 7 ve 10), farklı basınç (12, 18 ve 24 bar) ve farklı sıcaklıklarda (25 0C,  35 0C ve 45 0C) çalışılmıştır.  Uygun filtrasyon koşulları pH: 7; basınç: 12 bar ve sıcaklık 250C olarak belirlenmiştir. Farklı filtrasyon koşulları altında membranlarda meydana gelen kirlenme mekanizmalarının değerlendirilmesinde temas açısı, AFM (Atomik Kuvvet Mikroskopisi) ve FTIR (Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi) ölçümlerinden yararlanılmıştır. Desal 5 DL membranı ile elde edilen süzüntü kalitesinin iyileştirilmesi için kullanılan NF 90 membranında, BW 30 membranına göre daha düşük kirlenmeden kaynaklanan akı kaybı elde edilmiştir. Çalışmanın ikinci bölümünde; ekmek mayası atıksuyunun ozonlama prosesi ile ileri arıtımı çalışılmıştır. Ozonlama prosesinde farklı pH (3, 7.5, 9 ve 11)  ve farklı sıcaklık (250C, 350C ve 450C)  değerlerinin kirletici madde giderim verimleri ve ozon tüketim verimi üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Uygun koşullar altında gerçekleştirilen ozonlama prosesi ile etkili bir renk giderimi (%96?98) elde edilirken iletkenlik parametresinde önemli bir giderim verimi (%10) elde edilememiştir. Ozonlama ile arıtılan atıksuyun kalitesinin artırılması için kullanılan BW 30 membranı ile yüksek kaliteli bir süzüntü elde edilmiştir. Çalışmanın üçüncü bölümünde ise iki adımlı nanofiltrasyon ve ozonlama/ters ozmoz prosesleri ile ileri arıtımı gerçekleştirilen ekmek mayası atıksuyunun sulama suyu olarak kullanılabilirliği değerlendirilmiştir. Sonuç olarak, tez kapsamında önerilen her iki ileri arıtım prosesi ile de B sınıfı sulama suyu elde edilmiştir. Ayrıca arıtılmış atıksuyun kalitesi, sulama suyunun kimyasal kalitesi ile karşılaştırıldığında II. sınıf sulama suyu elde edilebildiği ortaya konmuştur.

Anahtar kelimeler: Ekmek mayası atıksuyu, ileri arıtma prosesleri, membran 
prosesler, ozonlama prosesi, tarımsal sulama suyu

Abstract:
In this study, reuse of biologically treated baker's yeast industry wastewater by using membrane and ozonation advanced treatment scheme was aimed. It was investigated the usage of recycled water for the purpose of agricultural irrigation. In this context, it was aimed to contribute to literature and industrial application. In the first section of this study, advanced treatment of baker's yeast wastewater by membrane processes was studied. This section experiments comprised of membrane screening, determining of optimum filtration conditions, enchament of permeate quality for agricultural irrigation. In the membrane screening membrane performance (pollutant removal efficiencies) and membrane fouling (flux declines, contact angle measurements) were evaluated together for studied membranes (FM UP020, FM UP005, NF 270, NF 90 and Desal 5DL). The lowest total flux decline (35%) and flux decline caused by fouling (%5) was occurred for Desal 5DL. The highest removal efficiencies were obtained by NF 90 membrane whereas 90% total flux decline was occurred.  Desal 5DL was decided as suitable membrane in membrane screening part. The experiments were conducted at different pH (3, 7 and 10), transmembrane pressure (12, 18 and 24 bar) and temperature (25 0C,  35 0C and 45 0C) values for determining the effects of filtration conditions on the pollutant removal and membrane fouling. The optimum filtration conditions were determined as pH:7;  transmembrane pressure: 12 bar and temperature: 25 0C. Membrane fouling mechanisms at different filtration conditions were evaluated using contact angle, AFM (Atomic Force Microscopy) and FTIR (Fourier Transform Infrared Spektroscopy) measurements. Lower flux decline caused by membrane fouling was occured for NF 90 membrane rather than BW 30 membrane in the enchament of permeate quality part.  In the second section of this study, advanced treatment of baker's yeast wastewater by ozonation processes was studied. The effect of different pH (3, 7.5, 9 and 11) and temperature (250C, 350C and 450C) values on the pollutant removal efficiencies and ozone consumption. Higher color removal efficiency (96?98%) was obtained whereas rather lower conductivity removal efficiency (10%) was obtained by ozonation at optimum conditions. Higher permeate quality was achieved with BW 30 membrane that used followed by the ozonation process. In the third section of this study, it was evaluated the usage of water obtained by two step NF treatment and ozonation/reverse osmosis treatment as agricultural irrigation. As a result, B grade agricultural irrigation was obtained for both proposed treatment process. Also, II. grade agricultural irrigation was achieved as compared to agricultural irrigation chemical quality.

Keywords: Baker‟s yeast wastewater, advanced treatment processes, membrane 
processes, ozonation, agricultural irrigation water