Membran teknolojiler kullanılarak arıtılmış kentsel atıksulardan sulama suyu geri kazanımı
Recovery of irrigation water from treated urban wastewater by using membrane technologies
Yazar: AYNUR YAŞAR
Danışman: PROF. DR. HAMZA SAVAŞ AYBERK
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Membran proseslere dayalı ileri arıtma teknolojileri ile kentsel arıtılmış atıksulardan sulama suyu geri kazanımı ve atıksuların yeniden kullanımı yaygınlaşmaktadır. Bu çalışmada, ultrafiltrasyon (UF), nanofiltrasyon (NF) ve ters ozmoz (TO) membran teknolojileri uygulanarak, biyolojik arıtılmış kentsel atıksulardan kentsel ve tarımsal sulama için ulusal/uluslararası mevzuata uygun sulama suyu eldesi ve etkin su geri kazanımı sağlanması amaçlanmıştır. Bu bağlamda lab-ölçek çapraz akış membran ünitesinde, kentsel ikincil arıtma çıkış sularına, UF ve NF prosesleri öncelikle ayrı daha sonra TO prosesi ile bütünleşik olarak uygulanmıştır. Çalışmanın birinci aşamasında; bütünleşik sistemlerin etkinliğini belirlemeye yönelik UF/TO bütünleşik membran sistemleri ön deneysel çalışmaları yürütülmüştür. İkinci aşamada; Taguchi yöntemi deneysel tasarım şartlarında üç farklı UF ve NF membranı ile ikincil arıtma çıkış suları ayrı ayrı filtrasyona tabi tutularak, dört farklı proses değişkeninin proses performans parametrelerine etkileri incelenmiştir. UF ve NF prosesleri için optimum filtrasyon koşullarının belirlendiği bu aşamada yüzey yanıt yöntemi aracılığıyla ANOVA analizleri yapılmıştır. Üçüncü aşamada; optimum filtrasyon koşullarına göre UF/TO, NFgevşek/TO, UF/NFgevşek ve UF/NFsıkı bütünleşik membran sistemleri deneyleri gerçekleştirilmiştir. Ayrıca ikinci ve üçüncü aşamada elde edilen tüm membran süzüntülerinin ilgili mevzuatlara göre kentsel ve tarımsal sulamada yeniden kullanılabilirliği de değerlendirilmiştir. Son aşamada, optimum filtrasyon şartlarında gerçekleştirilen UF ve NF prosesleri doğrulama deneyleri ve en iyi performansa sahip bütünleşik membran sistemleri deneylerinde kullanılan membranlar için akı kayıpları ve kirlenme direnci hesapları yapılmıştır. Kentsel arıtılmış atıksulara UF, NF ve TO teknolojileri ayrı ayrı ve bütünleşik olarak uygulandığında elde edilen sonuçlar; iyi kalitede su geri kazanıldığını, ulusal/uluslararası mevzuata göre kentsel ve tarımsal sulama için farklı sınıflarda sulama suyu üretilebildiğini göstermiştir.

Abstract:
Reuse of wastewater and recovery of irrigation water from urban treated wastewater by using advanced treatment technologies based on membrane processes are becoming widespread. In this study, it was aimed to achieve effective water recovery and obtain irrigation water that are in compliance with both the national and international regulations for urban and agricultural irrigation, from biological treated urban wastewater by utilizing of the ultrafiltration (UF), nanofiltration (NF) and reverse osmosis (RO) membrane technologies. In this context, at first the processes UF and NF were implemented separately, and then as integrated with the RO process to urban secondary treatment effluent in a lab-scale cross flow membrane unit. In the first stage of the study preliminary experiments of UF/RO integrated membrane systems were carried out in order to determine the effectiveness of integrated systems. In the second stage the effects of four different process variables on process performance parameters were investigated by filtrating secondary treatment effluent with three different UF and NF membranes under the experimental design conditions of the Taguchi method. In this stage where the optimum filtration conditions for UF and NF processes were determined, ANOVA analyses were carried out by means of the Response Surface Method. In the third stage UF/RO, NFloose/RO, UF/ NFloose and UF/NFtight integrated membrane systems experiments were carried out according to the optimum filtration conditions. It was also determined that all the membrane permeates obtained in the second and the third stages are in compliance with the relavant regulations and therefore can be reused in urban and agricultural irrigation applications. Finally, flux decline analyses and fouling resistance calculations were investigated for the membranes used in the UF and NF verification tests carried out under the optimum filtration conditions and integrated membrane systems experiments with the best performance. The results obtained with the seperate and integrated application of the UF, NF and RO processes on urban treated wastewater indicated that water with good quality can be recovered and irrigation waters of varying classes can be obtained in line with national/international regulations, for urban and agricultural irrigation.