Ardışık kesikli reaktör sisteminde aşırı biyolojik fosfor gideriminin incelenmesi
An Investigation on enhanced biological phosphorus removal in sequencing batch reactor system
Yazar: BERİL AKIN SALMAN
Danışman: DOÇ.DR. AYŞENUR UĞURLU
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Bilimleri Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2002
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Fosfor = Phosphorus ; Fosfor giderimi = Phosphorus remoual ; Kesikli reaktörler = Batch reactors ; Nitratlar = Nitrates

Özet:
Bu çalışmada, aşırı biyolojik fosfor gideriminde oldukça önemli avantajlara sahip olan Ardışık Kesikli bir Reaktörde fosfor giderim performansı incelenmiştir. Özellikle fosfor giderim mekanizmasını etkileyen faktörler (nitrat, substrat, çamur yaşı, reaksiyon süreleri vb.) ile birlikte proses performansının arttırılması için farklı bir işletim şekli denenmiştir. Bu amaçla deneysel çalışmalar 2 farklı işletim özelliğine sahip ardışık kesikli reaktörde ve kesikli düzeneklerde yürütülmüştür. Çalışmanın birinci aşamasında, anaerobik-aerobik prensiplere göre çalıştırılan klasik bir AKR'de karbon kaynağı olarak sadece glikoz kullanılmış ve bu reaktör 120 gün süreyle aralıksız olarak çalıştırılmıştır. Yine bu rektörden alınan çamurla kesikli analizler yapılarak, asetik asit ve glikozun biyolojik fosfor giderimi üzerindeki etkileri incelenmiştir. Tez çalışmasının bu bölümünden elde edilen deneysel sonuçlar ile, AKR ile biyolojik fosfor gideriminin büyük oranda anaerobik ve aerobik fazların ortam şartlarının sağlanması ile gerçekleşebileceği görülmüştür. Yine glikozun fosfat bakterileri için tek başına yeterli bir substrat olmadığı, ancak ortamda glikozun yanında farklı kısa zincirli bir yağ asidinin (asetik asit) bulunmasının biyolojik fosfor giderim aktivitesini (ortalama % 70) arttırdığı gözlenmiştir. Deneysel çalışmaların ikinci bölümünde anaerobik-anoksik-aerobik prensiplere göre çalıştırılan laboratuvar ölçekli yeni bir AKR sistemi kullanılmıştır. 392 gün süreyle aralıksız olarak çalıştırılan bu reaktörde % 90-98 KOI, % 60-99.9 fosfor ve % 90-95 amonyak giderim değerleri elde edilmiştir. Reaktörde farklı bir işletim uygulanarak, doldurma ve boşaltma aynı anda yapılmış ve hacimsel değişim oranı düşük (0.25) tutulmuştur. Bu işletim şekliyle anaerobik sürede substratın tamamen tüketilmesi engellenmiş ve anoksik fazda da ortamda fosfat biriktiren bakterilerin de (PAO) kullanabileceği miktarda substratın kalması sağlanmıştır. Bu nedenle anoksik fazda ortamda aynı anda substratın ve nitratın bulunması, fosfat tutulumu yerine fosfat şahmının devam etmesine neden olmuştur. Bu sonuçlar nitratın fosfor giderimi üzerindeki inhibisyon etkisinin, nitratın mikroorganizmalar üzerindeki direkt bir etkisinden değil, anaerobik substrat tüketiminin artmasına bağlı olarak değiştiğini göstermiştir. Farklı çamur yaşlarının da (10, 15 ve 25 gün) uygulandığı reaktörde en yüksek fosfor giderim değerine 10 günlük çamur yaşında ulaşılmış ve bu çamur yaşında % 99.9'a varan giderim değerleri elde edilmiştir. Reaktörün işletildiği süre boyunca sürekli olarak ölçülen pH, ÇO ve ORP profillerinin sistemin kontrolü ve prosesdeki reaksiyonların değerlendirilmesinde oldukça iyi sonuçlar verdiği gözlenmiştir. Anahtar Kelimeler: Ardışık kesikli reaktör, aşırı biyolojik fosfor giderimi, nitrat, fosfor

Abstract:
In this study, phosphorus removal efficiency of a Sequencing Batch Reactor which has considerable advantages on enhanced biological phosphorus removal was examined. Especially, the factors (nitrate, substrate, sludge age, reaction durations, etc.) affecting the phosphorus removal mechanism as well as a new operational mode in order to improve the process performance were investigated. For this purpose, the experimental studies were carried out in two SBRs having different operational specifications and also in batch tests. In the first part of the study, a conventional SBR which was operated on anaerobic- aerobic principles was used. Glucose was used as a sole carbon source. This reactor was operated for 120 days continuously. The batch analysis were performed with the sludge taken from this reactor and the effects of acetic acid and glucose on biological phosphorus removal was examined. With the help of the experimental results obtained from this part of the thesis study, it was shown that biological phosphorus removal can be achieved in an SBR under anaerobic and aerobic conditions. It was also seen that glucose can not be a sole substrate for phosphate bacteria. However, besides glucose, the presence of a short chain fatty acid (acetic acid) increased the biological phosphorus removal activity (averagely 70 %). In the second part of the experimental studies, a laboratory scale SBR working with anaerobic-anoxic-aerobic principles was used. It was operated for 392 days. In this reactor, removal rates of 90-98 % COD, 60-99.9 % phosphorus and 90-95 % ammonia were achieved. A different operational mode was applied to the reactor. In this system simultaneous filling and decanting was applied and the volume exchange ratio (0.25) was kept low. With this operational conditions the complete utilization of substrate in anaerobic conditions was prevented. This provided sufficient substrate remaining for the phosphate accumulating organisms (PAOs) in the anoxic phase. Therefore, the presence of substrate and nitrate together in the anoxic phase resulted in phosphate release instead of phosphate uptake. This results showed that inhibition effect of nitrate on phosphorus removal was not directly related with nitrate itself on microorganisms; however, it was related with the anaerobic substrate utilization. The reactor was operated under different sludge ages (10, 15 and 25 days) and maximum phosphate removal rate was achieved at 10 days. At this sludge age phosphorus removal ratios up to 99.9 % were obtained. The profiles of pH, DO and ORP were monitored continuously during the operational period of the reactor and it was seen that monitoring of this parameters gave good results in the evaluation of the reactions in the process. Key Words: Sequencing batch reactor, enhanced biological phosphorus removal, nitrate, phosphate.