Fermentasyon endüstrisi atıksularında denitrifikasyon prosesi ile H2S kontrolü
Control of H2S by denitrification process in fermentation industry wastewater
Yazar: ESRA CAN DOĞAN
Danışman: YRD. DOÇ. DR. AYLA ARSLAN
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2008
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Bu çalışmanın amacı, fermentasyon endüstrisi atıksularının anaerobik arıtımı sonucunda biyogazda metan gazı ile birlikte oluşan hidrojen sülfür gazının ototrofik denitrifikasyon prosesi ile kontrolünün etkinliğini ortaya koymaktır. Bu amaçla, S ve N giderim verimleri, giderim verimlerini etkileyen faktörler, toplam kütle dengeleri, spesifik sülfür oksidasyon hızları ve farklı elektron alıcıları (NO3- ve NO2-) kullanılması halinde sistem verimliliğinde ve oluşan son ürünlerdeki değişimler karakterize edilmiştir. Düşük hidrolik bekletme sürelerinde elde edilen yüksek giderim verimleri nitrat veya nitritin kullanıldığı ototrofik denitrifikasyon prosesi ile sülfür oksidasyonunun kısa sürede gerçekleşen bir proses olduğunu göstermektedir. Bu çalışmada yükleme hızı ve molar yükleme oranları (NO3-/S-2 ve NO2-/S-2) sülfür giderim verimini etkilememiştir. Fakat denitrifikasyon sonucu ara ürün olarak elementel kükürt ya da son ürün olarak sülfat oluşumu yükleme oranı ile yakından ilişkilidir. YS/N olarak tanımlanan ve deneysel olarak hesaplanan biyokütle verim değerleri giriş NO3-/S-2 ve NO2-/S-2 molar yükleme oranlarının bir fonksiyonudur. Deneysel olarak hesaplanan YS/N değerleri termodinamik olarak hesaplanan YS/N değerleri ile uyumludur. Sonuçlar hidrojen sülfürün uzaklaştırılmasında ototrofik denitrifkasyon prosesinin uygulanabilirliğini göstermektedir. Nitrat ile yürütülen çalışmada giriş NO3-/S-2 yükleme oranı 1.4' den yüksek olduğu zaman, YS/N değeri ortalama 0.77' dir ve oluşan son ürün sülfattır. Fakat NO3-/S-2 oranı düştüğünde, kısmi olarak elementel kükürt oluşumu ile birlikte YS/N değeri artmıştır. Nitrit elektron alıcı olarak kullanıldığında, giriş NO2-/S-2 yükleme oranı 1.48' den yüksek olduğu zaman, YS/N ortalama 0.65 değerini almıştır. Bu da oluşan son ürünün sülfat olduğunu göstermektedir. NO2-/S-2 oranı azaldığında, YS/N değeri artmıştır ve elemental kükürt oluşumu gözlenmektedir. Maksimum sülfür oksidasyon hızı nitrat ve nitrit ile yürütülen çalışmalarda sırasıyla 0.11 gS-2/gUAKMsa ve 0.041 gS-2/gUAKMsa olarak hesaplanmıştır.

Abstract:
The objective of this study is to introduce the effectiveness of the control of H2S gas which formed in biogas together with methane as a result of anaerobic treatment of fermentation industry wastewater with autotrophic denitrification process. For this purpose, S and N removal efficiencies, the factors affecting the removal efficiencies, total mass balances, specific sulfide oxidation rates and changes in system efficiencies and end products with different electron acceptors (NO3- and NO2-) were characterized. High removal efficiencies obtained with low hydraulic retention times revealed that sulfide oxidation with autotrophic denitrification process in which nitrate or nitrite is used is a short lasting process. In this study, loading rate and molar loading ratios (NO3-/S-2 and NO2-/S-2) did not affect the sulfide removal efficiency. However, elemental sulfur formation as a by-product or sulfate formation as an end product as a result of denitrification were closely related with loading ratio. Experimentally calculated biomass efficiency values defined as YS/N are function of initial NO3-/S-2 and NO2-/S-2 molar loading ratios. Experimentally calculated YS/N values were in accordance with thermodynamically calculated ones. The experimental results showed that autotrophic denitrification process can be applied for removal of H2S. In the study conducted with nitrate when the initial NO3-/S-2 molar loading ratio was higher than 1.4, YS/N value was about 0.77 and the end product was sulfate. However when the NO3-/S-2 ratio further decreased, partial sulfur formation was observed and the YS/N value increased. When nitrite was used as an electron acceptor, if the initial NO2-/S-2 loading ratio was higher than 1.48, YS/N value was about 0.65. This demonstrated that the end product was sulfate. When NO2-/S-2 ratio decreased, YS/N value increased and elemental sulfur formation was observed. In the studies conducted with nitrate and nitrite, maximum specific sulfide oxidation rate was calculated as 0.11 g S-2/gVSSh and 0.041 g S-2/gVSSh respectively.