Endokrin bozucu maddelerin membran biyoreaktör sistemine entegre edilmiş elektrooksidasyon sistemiyle arıtımının incelenmesi
Investigation of the treatment of endocrine disturbing compounds by using electrooxidation system integrated with the membrane bioreactor system
Yazar: ONUR SÖZÜDOĞRU
Danışman: DOÇ. DR. OKAN TARIK KOMESLİ
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Amaç: Bu çalışmada insan ve canlı hayatı üzerinde ciddi olumsuz etkileri olan endokrin bozucu maddelerin (EBM) pilot ölçeğindeki batık düz plaka ultrafiltrasyon membranlara sahip anoksik/oksik MBR (A/O MBR) sistemine elektrooksidasyon (EOP) sistemi entegre edilerek oluşturulan hibrit sistemi ile arıtım verimi araştırılmıştır.
Yöntem: Hibrit sistemin ilk kısmını oluşturan A/O MBR sistemi farklı çamur yaşlarında (10 gün, 15 gün, 25 gün ve 30 gün) ve akılarda (13 L/m2.saat, 18 L/m2.saat ve 26 L/m2.saat) EBM'lerin giderimi için işletilmiştir. Tam olarak arıtılamayan EBM'lerin arıtım verimini artırmak için hibrit sistemin ikinci kısmı olan EOP prosesi uygun pH (3.0, 6.0 ve 9.0), akış hızı (Q) (8 mL/dk, 12 mL/dk ve 16 mL/dk) ve akım şiddeti (I) (10 A, 15 A, 20 A) optimizasyon çalışmasını da tez kapsamında yapılmıştır.
Bulgular: Çalışmanın ilk kısmında A/O MBR sistemi ile Karbamazepin, bisfenol-A, metilparaben, etilparaben, 17α-etinilestradiol, β-estradiol, estron, tonalid, galaksolid ve triklosan'ın arıtılması incelenmiştir. Deneysel sonuçlar, A/O MBR sisteminin yüksek çamur yaşı (30 gün) ve düşük akı değerinde (13 L/m2.saat) karbamezapin dışında tüm EBM'lerin yüksek oranda (>%86) giderimi sağladığını göstermiştir. Çamur yaşı ve akı, karbamezapin, etilparaben, 17α-etinilestradiol ve triklosan'ın giderilmesinde önemli parametrelerken, bisfenol-A (%90), metilparaben (>91), β-estradiol (>99), estron (>99), tonalid (>99) ve galaksolid (>99) gideriminde çok fazla etkin değillerdir. Etilparaben, 17α-etinilestradiol, triklosan ve karbamazepin A/O MBR ile yüksek çamur yaşı (30 gün) ve düşük akıda (13 L/m2.saat) sırasıyla %93, %97, %87 ve %35 oranında arıtılmıştır. Çamur yaşının düşmesi (30 gün→10 gün) ve akı değerinin artmasıyla (13 L/m2.saat→26 L/m2.saat) etilparaben, 17α-etinilestradiol, triklosan ve karbamazepin'in giderme verimi sırasıyla %73, %77, %52 ve %1'e kadar düşmüştür. Hibrit sistemin ikinci kısmını oluşturan EOP değişik pH, akım şiddeti ve akış hızı dikkate alınarak A/O MBR çıkış sularında bulunan EBM'lerin arıtım veriminin artırılması sağlanmıştır. Kemometri optimizasyon çalışmasından elde edilen çıktılar deneysel olarak denenmiş ve en iyi optimum koşul pH= 3.0, I= 15 A ve Q= 12 mL/dak olarak belirlenmiştir
Sonuç: Geliştirilen hibrit sistem ile A/O MBR çıkışında arıtılamayan EBM'lerin EOP ile oksitlenerek çıkış suyunda bulunmadığı görülmüştür. Böylece EBM'lerin arıtımına yönelik yeni bir yaklaşımla EBM arıtımı başarılı bir şekilde yapılmıştır.

Anahtar Kelimeler: Endokrin Bozucu Maddeler, Membran Biyoreaktör, Elektrooksidasyon, Atıksu arıtımı

Abstract:
Purpose: In this study, the treatment efficiency of endocrine disruptors, which have serious adverse effects on human and living life, with the hybrid system created by integrating an electrooxidation system to submerged flat plate ultrafiltration anoxic/oxic MBR system in pilot-scale was investigated
Method: The A/O MBR system, which constitutes the first part of the hybrid system, has been operated to remove EDCs in different sludge ages (SRTs: 10 d, 15 d, 25 d, and 30 d) and fluxes (13 L/m2.h, 18 L/m2.h, and 26 L/m2.h). EOP process, which is the second part of the hybrid system, in order to increase the treatment efficiency of EDCs that cannot be fully treated, suitable pH (3.00, 6.00, and 9.00), flow rate (Q) (8 mL/min, 12 mL/min, and 16 mL/min), and current density (I) (10 A, 15 A, and 20 A) optimization studies were also carried out within the scope of the thesis.
Findings: In the first part of the study, the removal of Carbamazepine, bisphenol-A, methylparaben, ethylparaben, 17α-ethinylestradiol, β-estradiol, estron, tonalid, galaxolide, and triclosan with the A/O MBR system was examined. The results indicated that the A/O MBR system ensures higher removal of all EDCs (>86%) except for carbamazepine (34%) at high SRT (30 d) and low flux (13 L/m2.h). SRT and flux could be vital operating parameters for the removal of carbamazepine, ethylparaben, triclosan, and 17α-ethinylestradiol; however, there might be not affected significantly on the removal of bisphenol A (>90%), methylparaben (>91), β-Estradiol (>99%), estron (>99%), tonalide (>99%) and galaxolide (>99%). The removal of ethylparaben, 17-α-ethinylestradiol, triclosan, and carbamazepine with A/O MBR at high sludge age (30days) and low flux (13 L/m2.h) were 93%, 97%, 87%, and 35%, respectively. When the SRT was reduced from 30 days to 10 days and the flux increased from 13 L/m2.h to 26 L/m2.h was the removal efficiency of ethylparaben, 17α-ethinylestradiol, triclosan, and carbamazepine decreased to 73%, 77%, 52%, and 1%, respectively. The second part of the hybrid system has been investigated to increase the treatment efficiency of the EDCs in the A/O MBR effluent by using the EOP system at optimum pH, flow rate, and current density. The outputs obtained from the chemometric optimization study were experimentally tested and the best optimum running was determined as pH= 3.0, I= 15 A, and Q=12 mL/min.
Results: It was observed that the EDCs that could not be treated at the A/O MBR output were oxidized in the integrated EOP system and were not present in the outlet water. Thus, the removal of EDCs has been successfully carried out with a new approach to treatment.

Keywords: Endocrine Disrupting Compounds, Membrane Bioreactors, Electrooxidation, Wastewater treatment