Batık membran biyoreaktörlerde (Mbr) eş zamanlı elektrofiltrasyon ve elektrokoagülasyon uygulamaları ile membran kirlenmesinin azaltılması
Reduction of fouling in submerged membrane bioreactors by simoultaneous electrofiltration and electrocoagulation applications
Yazar: SEÇİL BAYAR
Danışman: PROF. DR. AHMET KARAGÜNDÜZ
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Membran biyoreaktörlerde karşılaşılan en önemli problem, membran kirlenmesine bağlı olarak ortaya çıkan süzüntü akısındaki azalma veya transmembran basıncındaki artış olmuştur. Genel olarak membran kirlenmesi, çözünmüş kirleticilerin ve partiküllerin membran yüzeyinde birikmesi ve/veya membran gözeneklerini tıkaması sonucu  meydana gelmektedir. 
Elektrik alan altında yapılan filtrasyon çalışmaları membran kirlenmesini azaltmaya ve membran akısını arttırmaya neden olur. İki elektrot arasına yerleştirilen membrana elektriksel alan uygulandığında elektroforez (EF), elektroozmoz (EO) ve elektroliz reaksiyonları gibi çeşitli elektokinetik prosesler meydana gelmektedir.  Membran negatif yüklü olduğunda EO katot yönünde gerçekleşir. Bu durumda katyonlar beraberinde taşıdıkları su molekülleri ile katot yönüne doğru net bir su geçişine sebep olurlar.  EF ise yüklü olan kolloidlerin yüklerine bağlı olarak anot ve katot yönünde hareketini sağlar. Genel olarak negatif yüklü olan kirleticiler (bakteri flokları, çözünmüş mikrobiyal ürünlerin vb.) bu proses  sonucunda membran yüzeyinden uzaklaşırlar. 
Bu çalışma kapsamında, deneyler batık membran elekto-biyoreaktör sistemde iki farklı gözenek boyutundaki (0.05 ve 0.22 μm) polieter sülfon membranlar (PES) ile farklı membran tipleri; polieter sülfon (PES 0.10 μm), karışık ester (ME 0.10 μm) ve polikarbonat (PC 010 μm) membranları kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Elektriksel alan, membran modüllerde membranların arkasına katot yüzey olarak yerleştirilen çözünmeyen paslanmaz çelik materyal ile belli bir uzaklığa yerleştirilen (2 cm) platinyum kaplı titanyum anot yüzey arasında oluşturulmuştur. Elektriksel alan altında meydana gelen iki temel olay olan; elektroforetik kuvvet ve elektoozmotik akış  ile gerek sürekli gerekse aralıklı verilen farklı voltaj değerlerinde membran kirlenmesinde ve süzüntü akısında meydana gelen değişimler gözlenmiş ve hiç voltaj uygulanmayan membran modülleri ile karşılaştırılmıştır.

Abstract:
The most important problem encountered in MBRs was an decline in permeate flux or increase in transmembrane pressure depends on membrane fouling. In general the membrane fouling was attributed to the solubles and particles on the membrane surface and/or membrane clogging. 
Various processes, including electrophoresis (EP), electroosmosis (EO) and hydrolysis reactions, occur when an EF was applied to a membrane which is placed in between an anode and a cathode. EO occurs toward the cathode if the membrane pores are negatively charged. The cations with the water of hydration move toward the cathode causing a net water flow from the anode to the cathode. This process occurs in the diffuse layer and contributes as an additional flux from the feed side to the permeate side. The other important process is the EP in which charged colloids move toward the respective electrodes. Usually colloids (bacterial flocs and SMPs) are negatively charged; therefore, they are pushed away from membrane surface toward the anode. 
In this study, polietersulphone (PES) was chosen as the basement membranes with  0.05 and 0.22 μm pore sizes and different type membranes polietersulphone (PES 0.10 μm), mixed ester (ME 010 μm) and polycarbonate (010 μm) for submerged MBR experiments. Electrical field was formed between a thin platinium coated titanium sheet as an anode electrode and porous stainless steel plate as a cathode electrode. The membranes were supported by these cathode surfaces. Two different modes; continious and intermittent voltage applications were performed in submerged MBR system. Thus, the effect of electrophoretic migration and electroosmotic flow on membrane fouling and permeate flux were investigated comparing to other membrane modules without electric field.