Sentetik organik bileşiklerin aktif çamur sistemine etkileri
The effects of synthetic organic compounds on activated sludge systems
Yazar: BERRAK EROL NALBUR
Danışman: PROF. DR. UFUK ALKAN
Uludağ Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2008
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Aktif çamur = Activated sludge ; Toksisite = Toxicity ; İnhibisyon = Inhibition

Özet:
Bu çalışmada, son zamanlarda üretimleri ve kullanımları yaygın olan sentetik organik bileşiklerin (SOB) aklime olmayan aktif çamur kültürünün biyojenik substrat tüketim kinetiği üzerindeki etkileri incelenmiştir. SOB olarak EPA'nın öncelikli kirleticiler listesinde yer alan ve birçok endüstrinin atıksuyunda bulunabilen SOB'lerden 2-klorofenol (2-CP) ve 2,4-diklorofenol (2,4-DCP), 1,2,4- triklorobenzen (1,2,4-TCB) ve asenaften seçilmiştir. Toksisite ve inhibisyon etkisi belirlenmek üzere respirometrik yöntemler kullanılmıştır. Çalışmada toksisiteyi azaltmak amacı ile aktif çamur sistemlerinin işletim parametrelerinde uygulanabilecek değişimler ve SOB'lerin fiziksel ve kimyasal özelliklerine göre toksisite etkileri belirlenmiştir. Bu amaçla, çalışmanın ilk aşamasında çamur yaşları 5 ve 8 gün olan ve anlık olarak doldurulan iki adet laboratuar ölçekli ardışık kesikli reaktör (AKR) kurulmuştur. İkinci aşamada ise 8 günlük çamur yaşına ve 30, 60 ve 90 dakikalık doldurma süresine sahip üç adet AKR'nin toksisiteye olan tepkisi belirlenmiştir. Çamur yaşı 5 ve 8 gün olan ve anlık olarak doldurulan reaktörlerde EC50 değerleri sırası ile fenol için, 362 ve 454, 2-CP için 141 mg/L ve 163 mg/L, 2,4-DCP için 40 mg/L ve 91 mg/L, 1,2,4-TCB için 19 mg/L ve 28 mg/L, Asenaften için 2.58 mg/L ve 3.09 mg/L olarak bulunmuştur. Çamur yaşı 8 gün olan ve doldurma süreleri 30, 60 ve 90 dakika olan reaktörlerde ise EC50 değerleri sırası ile fenol için 498 mg/L 641 mg/L,468 mg/L, 2-CP için 178 mg/L,199 mg/L, 174 mg/L, 2,4-DCP için 101 mg/L, 125 mg/L, 97 mg/L ve 1,2,4-TCB için 28.5 mg/L, 28.71 mg/L, 28.43 mg/L olarak bulunmuştur. Çalışmanın sonuçları, test bileşiklerinin 5 günlük çamur yaşına sahip AKR'de 8 günlük çamur yaşına sahip AKR'ye göre daha fazla toksisiteye neden olduğunu göstermiştir. Doldurma sürelerine göre AKR'ler karşılaştırılırsa 60 dakikaya kadar olan doldurma sürelerinde AKR'lerin toksisiteye dayanıklılığın arttığını, 90 dakikalık doldurma süresinde ise toksisiteye dayanıklılığın 30 ve 60 dakikalık doldurma süresine sahip AKR'ye göre azaldığı görülmektedir. Bunun nedeni doldurma süresinin seçicili sitemdeki temas süresine karşılık gelmesi ve çok kısa ve çok uzun temas sürelerinde seçici etkisinin görülmemesidir. Bu nedenle AKR sistemlerinde doldurma süresinin toplam reaksiyon süresine olan optimum oranı 0.041 olarak belirlenmiştir. Bileşiklerin toksisitesi karşılaştırıldığında çözünürlüğü yüksek olan bileşiklerin daha az toksik etkiye, düşük olan bileşiklerin daha yüksek toksik etkiye sahip olduğu görülür. Klor sayısı arttıkça bileşiklerin toksik etkisi artmaktadır. Yine aromatik halka sayısı ne kadar fazlaysa toksik etki o kadar fazla olmaktadır.

Abstract:
In this study, the effects of synthetic organic compounds (SOCs) on biogenic substrate utilisation of unacclimated activated sludge culture were investigated. 2-chlorohenol (2-CP), 2,4-dichlorophenol (2,4-DCP) , 1,2,4-trichlorophenol (1,2,4-TCB) and acenaphtene were selected as test compounds which take place in the priority pollutant list of EPA and can be found in the effluents of many industries. Respirometric methods were used in order to evaluate toxicity and inhibition effect. The effects of operational parameters namely sludge age and feeding time on the possible reduction of toxicity of the SOCs were determined in sequencing batch reactors (SBRs). Hence, in the first stage of the study two lab scale SBRs were fed instantly with sludge ages of 5 and 8 days. In the second stage of the study, the responses of the three lab scale SBRs with 8 days of sludge age and feeding times of 30, 60 and 90 minutes against toxicity were determined. In the first stage the EC50 values were found to be 362 mg/L and 454 mg/L for phenol, 141 mg/L and 163 mg/L for 2-CP, 40 mg/L and 91 mg/L for 2,4-DCP, 19 mg/L and 28 mg/L for 1,2,4-TCB for the SBRs with 5 days and 8 days, respectively. In the second stage the EC50 values were found to be 498 mg/L, 641 mg/L,468 mg/L for phenol, 178 mg/L,199 mg/L, 174 mg/L for 2-CP, 101 mg/L, 125 mg/L, 97 mg/L for 2,4-DCP and 28.5 mg/L, 28.71 mg/L, 28.43 mg/L for 1,2,4-TCB for the lab-scale SBRs with feeding times of 30 minutes, 60 minutes and 90 minutes, respectively. Results of these experiments showed that the selected compounds caused more toxicity in the SBR operated at a sludge age of 5 days than that of 8 days. The comparison of SBRs according to the feeding times showed that the resistance against toxicity increased by the increasing feeding times until 60 minutes but it decreased with the feeding time of 90 minutes. The reason of which can be explained by the fact that the feeding time of an SBR resembles the contact time of a selector activated sludge system and the selective effect disappears at extremely short and long feeding times. Hence, the optimum ratio of feeding time to total reaction time was determined as 0.041. The comparison of the toxicity levels of SOCs indicate that the more soluble the SOC is, the less toxic the SOC becomes, and the less soluble the SOC is the more toxic it becomes. The increase in the chlorinated number increases toxicity. The number of the aromatic circle in the molecular structure of the SOC also increases the toxicity effects of the compound.