Atıksu arıtma tesisi havalandırma sistemi için nanokabarcık sistem uygulamasının araştırılması
Investigation of nanobubble system for wastewater treatment plant aeration system
Yazar: MEHMET BURAK BOSTAN
Danışman: DOÇ. DR. MURAT KARABEKTAŞ
Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Arıtma sistemleri = Treatment systems ; Atık su = Waste water ; Biyolojik arıtma = Biological treatment ; Havalandırma = Ventilation

Özet:
Hızla artan dünya nüfusu, hızlı kentleşme ve sanayileşme sonucu artan atıksular 
denizlerimizi ve yer altı sularımızı kirleterek geleceğimizi tehdit etmektedir. Gelecekte 
temiz su kıtlığı yaşamamak, artan atıksu miktarının doğaya etkilerini en aza indirmek 
ve sürdürülebilir şehirler yaratmada daha temiz yarınlarımız için atıksulara etkili ve 
verimli arıtma yöntemleri uygulamak oldukça önemlidir. Bu doğrultuda uygulanan 
arıtma yöntemlerinden hiçbir kimyasalın kullanılmadan atıksu içerisinde bulunan 
çözünmüş organik maddelerin bakteriyolojik faaliyetler sonucunda giderilmesi 
prensibine dayanan biyolojik atıksu arıtma yöntemi oldukça sağlıklı ve verimli bir 
yöntem olarak ülkemizde ve dünyada yaygın olarak kullanılmaktadır. Biyolojik atıksu 
arıtma yönteminde, bakteriyolojik faaliyetlerin oluşabilmesi ve devam edebilmesi için 
prosese dışarıdan oksijen sağlanması gerekmektedir. Bunun için, biyolojik atıksu 
arıtma tesislerine oksijen sağlayan birçok yöntem geçmişten günümüze
uygulanmaktadır. Atıksu arıtma tesislerindeki havalandırma sistemlerinin yüksek 
enerji tüketimleri ve küresel ölçekte yükselen enerji fiyatları bu tesisleri işletenler 
açısından ciddi maliyet problemleri yaratmaktadır. Bu doğrultuda atıksu arıtma 
tesislerindeki havalandırma sistemine bağlı artan maliyetleri düşürebilmenin en 
önemli yolunun oksijenlendirmede kullanılan kabarcık boyutunun küçültülmesiyle 
sağlanabileceği yapılan çalışmalarla ispatlanmıştır. Bu çalışmalar neticesinde atıksu 
arıtma tesislerinde kullanılan geleneksel havalandırma sistemlerinin yerine daha 
verimli ve daha düşük maliyetli olduğu kanıtlanan nanokabarcıklı havalandırma 
sistemine geçiş yapılması yönünde fikirler ortaya atılmıştır. Yapılan bu çalışmada;
kurulan deney düzenekleriyle atıksu arıtma tesislerindeki nanokabarcıkla 
havalandırma uygulaması ile geleneksel havalandırma sistemi karşılaştırmalı olarak 
incelenerek belirlenen parametreler bazında nanokabarcıkla havalandırma sisteminin
etkinliğinin ortaya konulması amaçlanmıştır. Bu amaçla ilk olarak literatür çalışması 
yapılarak dünyadaki çalışmalar ve uygulamalar incelenmiştir. Bu doğrultuda elde 
edilen bilgilerle deney düzenekleri oluşturulmuştur. Oluşturulan deney 
düzeneklerinden birincisinde atıksuya kompresörle 1 saat boyunca hava verilmiştir. 
İkinci deney düzeneğinde ise atıksuya 1 saat boyunca nanokabarcıklarla havalandırma 
yapılmıştır. Son olarak da iki yöntem birlikte eş zamanlı uygulanarak deneyler 
tamamlanmış ve üç deney düzeneğinden alınan numuneler laboratuvarda incelenerek, 
uygulanan bu farklı havalandırma yöntemlerinin atıksudaki sıcaklık, çözünmüş 
oksijen, kimyasal oksijen ihtiyacı, biyokimyasal oksijen ihtiyacı, askıda katı madde, 
fosfat ve toplam azot parametreleri açısından karşılaştırmaları yapılmıştır.

Abstract:
Rapidly increasing world population, rapid urbanization and increasing wastewater as 
a result of industrialization pollute our seas and underground waters and threaten our 
future. It is very important not to experience a shortage of clean water in the future to 
minimize the effects of increasing wastewater amount on nature and to apply effective 
and efficient treatment methods to wastewater for our cleaner future in creating 
sustainable cities. Biological wastewater treatment method, which is based on the 
principle of removing dissolved organic substances in wastewater as a result of 
bacteriological activities, without using any chemicals, is widely used in our country 
and in the world as a very healthy and efficient method. In the biological wastewater 
treatment method, oxygen must be supplied from the outside to the process in order 
for bacteriological activities to occur and continue. For this, many methods that 
provide oxygen to biological wastewater treatment plants have been applied from past 
to present. The high energy consumption of the aeration systems in wastewater 
treatment plants, and the rising energy prices on a global scale create serious cost 
problems for the operators of these plants. In this respect, studies have proven that the 
most important way to reduce the increasing costs associated with the aeration system 
in wastewater treatment plants can be achieved by reducing the bubble size used in 
oxygenation. In line with these studies, ideas have been put forward to replace the
traditional aeration systems used in wastewater treatment plants with a nanobubble 
aeration system, which has proven to be more efficient and less costly. In this study; it 
is aimed to reveal the efficiency of the nanobubble aeration system on the basis of the 
determined paremeters by examining the nanobubble aeration aplication in the 
wastewater treatment plants with the experimental setups established and the 
conventional aeration system comparatively. For this purpose, firstly, a literature study 
was conducted and studies and practices in the world were examined. In this direction, 
experimental setups were created with the information obtained. In the first 
experimental setup, air was given to the wastewater with a compressor for 1 hour. In 
the second experimental setup, the wastewater was aerated with nanobubbles for 1 
hour. Finally, the experiments were completed by applying the two methods 
simultaneously, and the samples taken from the three experimental setups were 
examined in the laboratory, and the comparison of these different aeration methods in 
terms of temperature, dissolved oxygen, chemical oxygen demand, biochemical 
oxygen demand, suspended solids, phosphate and total nitrogen parameters in the 
wastewater has been made.