Sentezlenen yeni membranların kimyasal yöntemlerle modifiye edilerek membran biyoreaktörde kullanılması
New membranes modified by chemical methods which are synthesized using membrane bioreactor
Yazar: SEVGİ GÜNEŞ DURAK
Danışman: PROF. DR. NEŞE TÜFEKCİ
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Endüstriyel atık su = Industrial waste water ; Hidrofilik membran = Hydrophilic membrane ; Hidrofobik membran = Hydrophobic membrane

Özet:
Su kaynaklarının giderek azalması atıksuların arıtımının daha etkili bir şekilde yapılmasını zorunlu kılmaktadır. Bu amaçla membran teknolojisi kullanımı giderek artmaktadır. Bu çalışmada Batık MBR (Membran Biyoreaktör) sistemi kullanılarak meyve suyu atıksuyunun arıtımı gerçekleştirilmiştir. İlk aşamada atıksuyun karakterizasyonu yapılmış ve değerler esas alınarak sentetik bir atıksu hazırlanmıştır. Çalışmada aktif çamur iki farklı organik yükleme (KOİgiriş=500 mg/L ve KOİgiriş=1000 mg/L) ve iki farklı çamur yaşı (ÇY=15 gün ve ÇY=30 gün) uygulanmıştır. Arıtımda kullanılmak üzere polieterimid (PEİ) ve poliakrilonitril (PAN) membranlar sentezlenmiş ve daha sonra bu polimerlere polivinilpirolidon (PVP)  kimyasalı eklenerek membranlar modifiye edilmiştir. Sentezlenen membranlar modüllere takılarak aerobik batık MBR sistemine batırılmış ve paralel olarak işletilerek membranlardan süzüntü elde edilmiştir. Buna bağlı olarak modifikasyonun arıtıma etkileri, modifiye edilmemiş membranlarla kıyaslanmıştır.
Aktif çamur için pH, çözünmüş oksijen, çözünmüş mikrobiyal ürün (SMP), hücre dışı polimerik maddeler (EPS), mikroorganizmaların flok yapısı ve yüzey özellikleri (yüzey yükü ve göreceli hidrofobisite), KOİ, azot, fosfor, zeta potansiyeli ve atıksuyun viskozitesi incelenmiştir. Membranlar için ise temas açısı (hidrofilisite/hidrofobisite), SEM, FT-IR, AFM, porozite, su tutma kapasitesi ve membran çözeltileri için viskozite analizleri gerçekleştirilmiştir.
Yapılan analizlere göre en verimli arıtımı sağlayan ve en az kirlenen (yüzeysel kirlenme ya da porların tıkanması) membran tespit edilmeye çalışılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre; en iyi akı performansı ve yüksek süzüntü hacmi ile kirliliğe karşı uzun süreli kullanım sağlayan ve ekonomik açıdan en etkili olan membranın PVP katkılı kimyasal modifikasyonla sentezlenmiş PANmod membran olduğu belirlenmiştir. Ayrıca KOİgiriş konsantrasyonunun 1000 mg/L ve çamur yaşının 30 gün olduğu koşullarda arıtılabilirlik daha etkili bir şekilde gerçekleştirilmiştir (Giderim verimi KOİ=98,5%, denge akısı Jd = 14 L/m2.h).

Abstract:
The gradual decrease of water resources necessitates the construction of more effective treatment of wastewater. For this purpose the use of membrane technology is gradually increasing. In this study the submerged MBR (Membrane Bioreactor) were performed using the purification of juice wastewater system. Firstly, characterization of wastewater was made according to the values based on the synthetic wastewater. In this study, two different organic loading activated sludge (COD = 500 mg / L, COD = 1000 mg / L) and two different sludge age (SA=15 days and SA=30 days) were used. For use in treatment, the polyetherimide (PEI) membranes and polyacrylonitrile (PAN) membranes synthesized, and then these polymers were modified by adding polyvinylpyrrolidone (PVP) chemicals. Synthesized membranes were immersed in the aerobic submerged MBR system by attaching to the modules and obtained filtrate membranes operated in parallel. Accordingly modification refining effects were compared with unmodified membranes.
For the activated sludge, pH , dissolved oxygen, dissolved microbial products (SMP), extracellular polymeric substances (EPS), microorganisms jib structure and the surface properties (surface charge and relative hydrophobicity), COD, nitrogen, phosphorus, zeta potential and wastewater viscosity was examined. For membranes, contact angle (hydrophilicity / hydrophobicity), SEM, FT-IR, AFM, porosity, viscosity analyzes for water content and membrane solution was performed.
In the analysis made, the membrane which enables the most efficient treatment and which is least contaminated (surface contamination or clogging of the pores) was to be identified. According to the obtained results; it was determined that modificated PANmod membrane by added PVP chemical, has the best flux performance and high filtrate volume and providing long-term use against pollution. And also it is the most effective and economical membrane. The best results in this study has been obtained in the following operating conditions SA=30 days, COD=1000 mg/L (COD=99,2% removal efficiency, Jd = 14 L/m2.h permeate flux).