Yukarı akışlı havasız çamur yataklı reaktörde ağır metal ve tuzluluğun etkisinin incelenmesi
The investigation of effects of heavy metals and salinity in upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor
Yazar: SİBEL ASLAN
Danışman: PROF. DR. NUSRET ŞEKERDAĞ
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Bölümü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2009
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Bu çalışmada, yukarı akışlı havasız çamur yataklı reaktörlerin verimi üzerinde farklı ağır metallerin ve tuzluluğun etkisi incelenmiştir. Çalışma laboratuvar ölçekli dört adet yukarı akışlı havasız reaktörden meydana gelen deney setinde yürütülmüştür. Üç adet reaktör ağır metal ve tuz etkisinin incelenmesi amacıyla kullanılırken, dördüncü reaktör kıyaslama yapabilmek amacıyla kontrol reaktörü olarak seçilmiştir.Çalışmada incelenecek ağır metal olarak bakır, krom ve çinko seçilmiştir. Çalışma esas olarak sekiz aşamadan meydana gelmiştir. Birinci aşamada bakır konsantrasyonlarının etkisini incelemek amacıyla reaktörler 25, 50 ve 100 mg/L bakır içeren sentetik atıksu ile beslenmiştir. Bu aşamada tüm konsantrasyonlarda KOİ, TKN ve TP giderme verimleri genellikle kontrol reaktörün veriminden daha yüksek olmuştur. Her üç konsantrasyonda %90'ın üzerinde bakır giderme verimleri elde edilmiştir. İkinci aşamada 300, 375 ve 450 mg/L bakır dozlarının uygulanmasına geçilmiştir. KOİ giderme verimi 300 mg/L'den sonra düşmeye başlamıştır. TKN giderme verimleri düşük olurken, TP giderme verimleri kontrole kıyasla çok yüksek olmuştur. Üçüncü aşamada, proses performansı üzerinde aşırı dozlamanın etkisini incelemek amacıyla daha yüksek bakır dozlarının (500, 750 ve 1000 mg/L) uygulanmasına geçilmiştir. Bu konsantrasyonlarda KOİ giderme verimleri önemli derecede azalırken, TKN ve TP giderme verimleri kontrolden daha yüksek olmuştur. Bakır giderme verimleri birinci aşamaya kıyasla azalmasına rağmen, yine makul derecede bakır giderme verimi (>%70) elde edilmiştir.Dördüncü aşamada krom ile ilgili çalışmalara geçilerek reaktörlere 100, 250 ve 500 mg/L konsantrasyonlarında krom uygulanmıştır. 100 mg/L krom konsantrasyonundan itibaren KOİ giderme verimlerinde azalma başlarken, her üç konsantrasyonda TKN ve TP giderme verimleri kontrolden yüksek olmuştur. 100 ve 250 mg/L konsantrasyonlarında krom giderme verimleri yüksek olurken, 500 mg/L'de düşük olmuştur.Ağır metallerle ilgili son aşamada (5. aşamada) çinko konsantrasyonlarının etkisi incelenmiştir. 100, 250 ve 500 mg/L çinkonun uygulandığı reaktörlerde KOİ giderme verimleri ilk iki konsantrasyonda yüksek olurken, son konsantrasyonda verim önemli derecede azalmıştır. TKN giderme verimleri ise 100 ve 250 mg/L çinko konsantrasyonunda düşük olurken, 500 mg/L'de kontrolden daha yüksek olmuştur. TP giderme verimleri her üç konsantrasyon için yine kontrolden yüksek olmuştur. Çinko giderme verimleri 100 ve 250 mg/L çinko konsantrasyonunda yüksek olurken, 500 mg/L çinko konsantrasyonunda önemli derecede düşük olmuştur.Ağır metallerle ilgili aşamalar tamamlandıktan sonra 6.aşamada tuzluluğun etkisinin incelenmesi amacıyla reaktörlere 10 g/L, 25 g/L ve 50 g/L NaCl içeren sentetik atıksu verilmiştir. KOİ giderme verimleri 10 g/L NaCl'de kontrole yakın olurken, 25 g/L NaCl'den sonra verimde düşüş başlamış ve 50 g/L NaCl konsantrasyonunda yaklaşık olarak %30'a düşmüştür. TKN ve TP giderme verimleri her üç konsantrasyonda da kontrolden düşük olmuştur.Çalışmanın yedinci aşamasında ağır metal ve tuzluluğun birlikte eşzamanlı etkisi incelenmiştir. Bu amaçla bu aşamada iki reaktör kullanılmıştır. Birinci reaktör 250 mg/L bakır, 100 mg/L krom, 250 mg/L çinko ve 10 g/L NaCl içeren sentetik atıksu ile beslenmiş ve diğer reaktör yine kontrol olarak kullanılmıştır. Bu aşamada KOİ ve TKN giderme verimleri önceki aşamalara kıyasla önemli derecede düşük olurken, TP giderme verimleri kontrolden önemli derecede yüksek olmuştur. Bakır, krom ve çinko giderme verimleri %90'ın üzerinde olmuştur.Çalışmanın son aşamasında her bir ağır metalin tek başına tuzla birlikte meydana getireceği etkiyi incelemek amacıyla reaktörler sırasıyla 250 mg/L bakır + 10 g/L NaCl, 100 mg/L krom + 10 g/L NaCl, 250 mg/L çinko + 10 g/L NaCl içeren sentetik atıksu ile beslenmiştir. Krom ve tuz içeren atıksuyla beslenen reaktörde KOİ giderme verimleri, tek başına kromun uygulandığı aşamadaki verime yakın olurken, bakır ve çinko için verimler önceki aşamalardan düşük olmuştur. TKN giderme verimleri her üç ağır metalin tek başlarına uygulandığı aşamadaki verim aralığına yakın olurken, TP giderme verimleri krom için ilk krom aşamasındaki verimine yakın, bakır için ilk bakır aşamasındakinden yüksek ve çinko için ilk çinko aşamasındakinden düşük olmuştur. Krom ve bakır giderme verimleri %95'in üzerinde olurken, çinko giderme verimleri başlangıçta yüksek olmuş (>%90); fakat zamanla azalmıştır.

Abstract:
The effects of heavy metals and salinity on the performance of upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactors were investigated in this study. The study was carried out in the experimental set-up consisted of four upflow anaerobic sludge blanket reactors. Three reactors were used to investigate the effects of heavy metals and salinity, while fourth reactor was intended for control.Copper, chromium and zinc were chosen as tested heavy metal. The study fundamentally consisted of eight stages. In the first stage, to investigate the effects of copper concentrations, the reactors were fed with the synthetic influent containing 25, 100 and 250 mg/L of copper. At this instance, COD, TKN and TP removals were usually higher than those of the control reactor. At the tested three concentrations, copper removals were obtained to be higher than 90%. In the second stage, 300, 375 and 450 mg/L of copper were dosed. COD removals started to decrease at the higher concentrations than 300 mg/L. TKN removals were low, while TP removals were very high compared to control. In the third stage, the higher copper doses (500, 750 and 1000 mg/L of copper) were applied to investigate the effect over-dosing on the process performance. At these concentrations, although COD removals were dramatically decreased, TKN and TP removals were higher than those of the control reactor. Despite the copper removals decreased compared to first stage, it was also obtained the reasonable copper removal efficiencies (>70%).In the fourth stage, the tests related to chromium were begun and 100, 250 and 500 mg/L concentrations of chromium were applied to reactors. COD removals started to decrease as from 100 mg/L of chromium; while TKN and TP removals were higher than those of the control at tested three concentrations. Chromium removals were high at 100, 250 mg/L concentrations of chromium; while they were low at 500 mg/L.In the final stage (fifth stage) interested in heavy metals, the effects of zinc concentrations were investigated. At the reactors dosed 100, 250 and 500 mg/L of zinc, COD removals were high at first two concentrations, while they were low at the latter one. TKN removals were low at 100-250 mg/L concentrations of zinc; they were higher than those of the control at 500 mg/L concentration of zinc. TP removals were higher than those of the control at all of the concentrations. Zinc removals were high at 100, 250 mg/L of zinc; while they were significantly low at 500 mg/L of zinc.After the tests interested in heavy metals were completed, to investigate the effects of salinity, the reactors were fed with the synthetic wastewater containing 10 g/L, 25 g/L and 50 g/L of NaCl in the sixth stage. While COD removals were close to those of the control at 10 g/L of NaCl, they started to decrease at 25 g/L of NaCl and eventually decreased to 30% at 50 g/L of NaCl. TKN and TP removals were lower than those of the control at all of the tested concentrations.In the seventh stage of study, it was investigated the simultaneous effects of heavy metals and salinity. For this aim, two reactors were used in this stage. The first reactor was fed with synthetic wastewater containing 250 mg/L copper, 100 mg/L chromium, 250 mg/L zinc and 10 g/L NaCl and other reactor was used as control. COD and TKN removals were significantly low compared to previous stages; while TP removals were dramatically higher than those of the control. Copper, chromium and zinc removals were up to 90%.At the final stage of the study, to investigate the effects of salinity together with each heavy metal, the reactors were fed with synthetic wastewater containing 250 mg/L copper + 10 g/L NaCl, 100 mg/L chromium + 10 g/L NaCl, 250 mg/L zinc + 10 g/L NaCl, respectively. COD removals at the reactor fed with synthetic wastewater containing chromium and salt were close to those of the stage which chromium was dosed solely, while COD removals for copper and zinc were lower than the previous stages. TKN removals were close to those of stage in which every heavy metal was dosed solely; TP removals for chromium, copper and zinc were respectively close to those of the previous chromium stage, higher than the previous copper stage and lower than the previous zinc stage. Copper and chromium removals were >95%, while zinc removals was high in the beginning (>90%), it gradually decreased with time.