Ardışık kesikli reaktörler ile deri endüstrisi atıksularında karbon ve azot gideriminin araştırılması
Sequencing batch reactor treatment of tannery wastewater for carbon and nitrogen removal
Yazar: SELDA MURAT
Danışman: PROF. DR. DERİN ORHON
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2002
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Atık su = Waste water ; Azot giderimi = Nitrogen removal ; Biyolojik arıtma = Biological treatment ; Deri endüstrisi = Leather industry ; Endüstriyel atık su = Industrial waste water ; Karbon giderimi = Carbon removal ; Kesikli reaktörler = Batch reactors

Özet:
ARDIŞIK KESİKLİ REAKTÖRLER İLE DERİ ENDÜSTRİSİ ATTKSULARTNDA, KARBON VE AZOT GİDERİMİNİN ARAŞTIRILMASI ÖZET Deri endüstrisi atıksuyu yüksek azot, TKN konsantrasyonuna ve yüksek KOI/N oranına sahip kuvvetli bir atıksudur. Ham atıksuda dengeleme sonrası 16 olarak ölçülen KOI/N oranı, ön çöktürme sonrası önemli KOI giderimi dolayısıyla 10,5'e, kimyasal çöktürme sonrası 5,5'e düşmektedir. Bu oran ise karbon ve azotun aynı anda gideriminin dışarıdan karbon kaynağı olmaksızın gerçekleştirilebilmesi için uygun değildir. KOI/N oranının haricinde deri endüstrisi atıksuyunda nitrifikasyon ile azot giderimi söz konusu olduğunda, atıksuda bulunan sülfür, krom ve klorürün de göz önüne alınması gerekmektedir. AKR sistemleri, reaksiyonun ve çökmenin aynı tankta gerçekleştiği sistemlerdir. Sistem tek reaktör yada paralel işletilen bir çok reaktörden oluşmaktadır. AKR sistemleri, KOI, NH3-N, NOx-N vb. seçilen parametrelerin konsantrasyon değişimlerinin izlenmesi ve modellenmesi avantajlarım sağlamaktadır. Ayrıca çevrim sürelerinin ve havalandırmalı/havalandırmasız fazların düzenlenebilmesi, kinetik değerlendirme sonuçlarının uygulamaya geçirilmesi için gerekli işletme esnekliğini sağlamaktadır. Çalışmanın amacı AKR teknolojisinin karbon ve azot giderimi açısından deri endüstrisi atıksuyuna uygulanabilirliğini araştırmaktır. Çalışmanın amacı doğrultusunda (i) AKR ile ulaşılabilen KOI ve azot giderim performansı gözlemlenmiş, (ii) azot giderimi, temel nitrifikasyon/denitrifikasyon stokiometrisi bağlamında değerlendirilmiş, (iii) kararlı halde işletilen AKR'de ölçülen NH3-N, NOx-N ve KOI parametrelerinin konsantrasyon profillerinin, model kalibrasyonu yapılarak sistem performansı değerlendirilmiş ve azot giderim verimi, sürekli aktif çamur sistemi olan İstanbul Deri Organize Sanayi Bölgesi atıksu arıtma tesisi ile karşılaştırılmıştır. Pilot AKR 2000 aralık ayı başından, 2001 aralık ayı sonuna kadar yaklaşık 12 ay işletilmiştir. İlk işletmede reaktör, günde 1 çevrim yapacak şekilde ayarlanmıştır. Aerobik çamur yaşı nitrifikasyonun gerçekleşmesi için önemli bir parametredir, tam nitrifıkasyondan emin olmak için toplam çamur yaşı 15 gün seçilmiştir. Hidrolik bekletme süresi ise 3 gündür. İkinci işletmede ise reaktör günde iki çevrim için ayarlanmıştır. Toplam çamur yaşı 15 gün seçilmiş, 3 gün hidrolik bekletme süresi için sistem ayarlanmıştır. Çalışma süresince, reaktörü besleyen ön çöktürme çıkış suyu karakteri tipik deri endüstrisi atıksuyu karakterinde bulunmuştur. Çalışma sonuçlan (i) AKR deri endüstrisinde etkili karbon ve azot giderimi için uygundur. Arıtılmış suda çözünmüş KOI, giriş atıksuyundaki çözünmüş inert KOI ve içsel solunum metabolik ürünü olan kalıntı KOPnin toplamıdır. AKR sistemi, azot gideriminde, işletme parametrelerinin kolay ayarlanabilmesi ve işletme esnekliği avantajını sağlamaktadır. Sürekli aktif çamur sistemleri ile kıyaslandığında Vo/Vf ixoranı bu amaçla kullanılan ilave bir parametredir, (ii) proses performansının deneysel değerlendirilmesi için proses stokiometrisine dayalı kütle dengesi kurulması gerekmektedir. Bu çalışmada, kütle dengesi ile sistemin nutrient giderim verimi doğru hesaplanmıştır, (iii) AKR'nin çevrim içi performansının modellenmesi için proses katsayılarının deneysel olarak belirlenmesi gerekmektedir. Bu çalışmada deri endüstrisi için proses katsayıları verilmiş ve bu katsayıların doğruluğu deneysel çalışmaların model kalibrasyonu ile test edilmiştir, (iv) nitrifikasyonun, sıcaklık, klorür ve krom inhibisyonları literatür ile uyumlu bulunmuştur. Çalışma süresince sistemin KOI giderme verimi ortalama %90 bulunmuştur. Reaktörde çamur çökme özelliği çok iyi olmuş, kabarma ve köpük problemi ile karşılaşılmamıştır. Çamur çökme indisi, S VI ise genellikle 90-100 mlg"1 değerinin altında ölçülmüştür.

Abstract:
SEQUENCING BATCH REACTOR TREATMENT OF TANNERY WASTEWATER FOR CARBON AND NITROGEN REMOVAL SUMMARY Tanneries generate a strong wastewater, characterized by a high nitrogen (TKN) content of around 200 mgl"1 and yet a similarly high COD/N ratio. In the raw wastewater a COD/N ratio of 16 was measured after homogenization; plain sedimentation was observed to drop this ratio to 10.5 due to significant COD removal; chemical settling induced a further decrease in this ratio to 5.5, a level clearly unfavorable for simultaneous carbon/nitrogen removal without external carbon source. Aside from a suitable COD/N ratio, nitrogen removal from tannery effluents and especially nitrification require specific consideration for the impact of sulfide, chromium and chloride inherently present in the wastewater. The SBR process is carried out in a single reactor, or in multiple reactors operating in parallel. While aeration and settling are simultaneous but in a spatial sequence in the continuous-flow systems, they are carried out in the same reactor but in temporal sequence in the SBR systems. SBR offers the advantage of observing and modelling concentration transients for selected key parameters such as COD, NH3-N, NOx-N, etc. It also provides the necessary flexibility of operation to transmit the outputs of kinetic evaluations into application, by appropriate adjustment of cycles and manipulation of aerated and non-aerated phases. The objective of the study is to highlight the major features of the SBR technology for carbon and nitrogen removal, applicable to tannery effluents. A pilot-scale SBR was installed on site to treat the plain-settled tannery effluent. It basically involves (i) observation of system performance for COD and nitrogen removal, as practically achievable with the SBR; (ii) evaluation of the fate of nitrogen on the basis of fundamental stoichiometry for nitrification and denitrification and (üi) interpretation of system performance by means of model calibration of the concentration profiles for the main parameters, such as NH3-N, NOx-N and soluble COD, observed during the cyclic operation of the SBR at steady state. Its removal efficiency was compared with that of the existing continuous-flow activated sludge system providing full treatment to wastewater from the Istanbul Tannery Organized Industrial District. The pilot SBR unit was operated for 12 months, from the beginning of December 2000 to the end of December 2001. The first operation for carbon and nitrogen removal was designed one cycle a day, the system was ultimately adjusted to a total sludge age of 15 days to ensure complete nitrification and the nominal hydraulic retention time was set to 3 days. The aerobic sludge age is particularly important, because nitrogen removal is only possible if the primary concern is to secure nitrification. The second operation was designed two cycle a day, a total sludge age of 15 days and the nominal hydraulic retention time was set to 3 days. The plain- settled tannery effluent that served as the feeding stream to the SBR exhibited the typical characteristics of the tannery wastewater. xiThe findings of the study may be reviewed to conclude that: (i) SBR is well suited to tannery wastewater for effective COD and N removal. It lowers soluble COD to a level essentially consisting of initial soluble inert COD and additional residual COD generated as metabolic products. It offers the flexibility of adjusting the degree of N removal by appropriate manipulation of the operating parameters. Compared to continuous-flow activated sludge, the Vo/Vf ratio is the essential additional parameter for this purpose (ii) Mass balance based on process stoichiometry is an essential complement of the experimental evaluation of process performance. In this study, mass balance provided an accurate and satisfactory confirmation of system performance for nutrient removal, (iii) Experimental assessment of major process coefficients is required for the modeling of the cyclic SBR performance. The study has defined these coefficients for tannery wastewater and tested their validity by means of model calibration of the experimental data, (iv) The temperature, chlorine and chromium inhibitions of nitrification given in the literature have been compromised. The system overall COD removal efficiency was 90 %. An activated sludge with good settling characteristics could be continuously maintained with no bulking and foaming and an average S VI level lower than 90-100 mlg"1. xii