Anaerobik membran biyoreaktörde (anmbr)ilaç endüstrisi kimyasal sentez atıksularının arıtılabilirliğine ozonlamanın etkisi
Ozonation effect on treatibility of pharmaceutical industry chemical synthesis wastewater with anaerobic membrane bioreactor (anmbr)
Yazar: HASAN BAYRAK
Danışman: DOÇ. DR. YASEMİN KAYA
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
İlaç endüstrisinin hızla gelişmesi ile ilaç atıksuları ciddi bir su kirliliği kaynağı haline gelmiştir. İlaç endüstrisi atıksuları kompleks yapıda olup, yüksek KOİ değerine sahiptirler. Avrupa Birliği Su Çerçeve Direktifi'ne 2014 yılında yapılan revizyonda izleme listesine bazı ilaç aktif maddeleri eklenmiştir. Bu kapsamda gelecekte ilaç atıksularının arıtımının sadece organik madde giderimi göz önüne alınarak yapılamayacağı açıkça ortadadır. Yüksek çıkış suyu kalitesi sağlaması ve biyokütle bekletme süresinin çökelme ve granülasyon özelliklerinden bağımsız olarak istenildiği gibi ayarlanabilmesi nedeniyle Anaerobik Membran Biyoreaktör (AnMBR)'ler kuvvetli atıksular için  tercih edilmektedirler.

Bu tez çalışmasının amacı, kimyasal sentez prosesi ile etodolak ilaç aktif madde üretimine ait yüksek kirliliğe sahip ilaç endüstrisi atıksuyunun hibrit ozonlama-AnMBR sistemi ile arıtılabilirliğini araştırmak ve uygun arıtım teknolojisi önermektir. 66 cm2 flat−sheet membran (0.05 µm, Polietersülfon-PES) modülünün takılı olduğu AnMBR sistemi 2500 mg/L, 5000 mg/L, 7500 mg/L, 10000 mg/L ve 15000 mg/L giriş KOİ değerlerinde pH: 7 ve sıcaklık: 35oC'de toplam 390 gün işletilmiştir. AnMBR'de 2500-10000 mg/L KOİ ile besleme süresince, %85-90 arasında KOİ giderim verimi elde edilmiştir. 15000 mg/L KOİ ile yapılan besleme sürecinde ise KOİ giderim verimi sürekli olarak azalmış ve tüm işletme süresince en düşük giderim verimleri elde edilmiştir (%60). İnhibisyon nedeniyle atıksuyun giriş KOİ değeri olan 20000-23000 mg/L'ye kadar çıkılamamıştır. KOİ 7500 mg/L'de başlayan sülfit inhibisyonunu engellemek amacıyla reaktör 167 gün ön ozonlanmış ham ilaç atıksuyu ile beslenmiştir. Ozonlama sonrası KOİ giderim verimi tekrar artış göstermiş ve %85'e kadar çıkmıştır.  557. günden sonra aynı deney şartlarında (ön ozonlama+AnMBR) AnMBR sistemine hollow−fiber modül takılmış (0.05 µm-Polipropilen-PP) ve modül tipinin sistem performansına etkisi incelenmiştir. Sistem hollow-fiber membran modülü ile 168 gün işletilmiştir. Hollow−fiber membranın işletime alındığı ilk günlerde KOİ giderimi %85-86 civarında olup daha sonra %90-94'lere kadar çıkmıştır. Sonuç olarak, hibrit ozonlama ve AnMBR ile verimli işletme koşulları sağlanabilmiştir. %90'ın üzerinde KOİ giderim verimleri elde edilmiştir. Ozonlama aynı zamanda %99'lara varan etodolak gideriminde etkin rol oynamıştır. Real-time PCR ve FISH analizi ile mikrobiyal türler belirlenerek inhibisyona açıklık getirilmiştir. AnMBR'nin işletim performansını göstermek ve membran tıkanmasına yol açan temel nedenleri belirlemek amacıyla modelleme çalışmaları yapılmıştır. Membran otopsi çalışmaları ile membran kirlenme mekanizmaları incelenmiş ve membranlardaki kirlenme mekanizmalarına açıklık getirilmiştir.

Abstract:
In recent years, pharmaceutical wastewater has become a serious source of water pollution with the rapid development of the pharmaceutical industry. Pharmaceutical wastewaters comprise complex components and have high COD values. Some pharmaceutical active compounds were added to watch liste of European Union Water Framework Directive in 2014. In this context, the treatment of pharmaceutical wastewater has not focussed mainly on the organic matter removal in the future. Anaerobic Membrane Bioreactors (AnMBRs) have been preferred for the treatment of wastewater having highly concentreated pollution in recent years, which offer high quality effluent and have no retention time for biomass and granulation properties.

The aim of the thesis is to scrutinise both the treatability of etodolac chemical synthesis wastewater resulted from pharmaceutical industry and it's removal, by using a hybrid ozonation-Anaerobic Membrane Bioreactor (AnMBR) system, and after an appropriate treatment method will be recommended. An AnMBR system in which 66 cm2 flat-sheet membrane (0.05 µm, Polyethersulfone-PES) module had been installed was operated by supplied with feed water during 390 days, the concentration of 2500 mg/L, 5000 mg/L, 7500 mg/L, 10000 mg/L and 15000 mg/L of COD, respectively. The boundary conditions of the system were 35oC and pH:7. When the system had been fed with the concentration of 2500-10000 mg/L of COD, the removal efficiency of COD was between 85% and 90%. However, when the system had been fed with the concentration of 15000 mg/L of COD, the removal efficiency of 60% of COD was reached by decreasing gradually. Furthermore, because of sulfite inhibition, the system was not able to be fed with the high concentration of COD (20000-23000 mg/L). Thus, to prevent the sulfite inhibition, once the wastewater had been processed with ozone called pre-ozonation, the wastewater was added into the system during 167 days. After the pre-ozonation process, the removal efficiency of the system increased by reaching the level of 85%.

As from 557th day, before the flat-sheet membrane uninstalled from the system, an hollow-fiber membrane (0.05 µm, Polypropylene-PP) module introduced into the system by keeping the system boundaries identically. This system was operated during 168 days. In the first of the days of this process, the removal efficiency of COD was about 85%, and afterwards the ratio reached the level of 90%-95%. Consequently, as a result of the hybrid ozonation – AnMBR, the desired efficient operation conditions was provided. Pre-ozonation was also effective to obtain the high etodolac removal efficiency up to 99%. Membrane fouling mechanisms were examined and membrane fouling mechanism was observed with flux modelling and membrane autopsy investigations. The AnMBR reactor was operated with the flat-sheet membrane for longer period than the hollow-fiber membrane. PCR and FISH analysis were performed to determine the microbial population.