Membran biyoreaktörlerde venturi enjektörü kullanılarak işletme şartlarının iyileştirilmesinin araştırılması
Investigation on the improvement of operating conditions by using the venturi injector in membrane bioreactors
Yazar: GÖKMEN ÖZTÜRKMEN
Danışman: DOÇ. DR. NECATİ KAYAALP
Dicle Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering ; İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Atıksu arıtımında membran biyoreaktörlerin (MBR) kullanılmasının pek çok avantajı bulunmaktadır. Bunlar kısaca, daha kaliteli çıkış akımının sağlanması, daha az yer gerektirmesi, modüler olması ve daha az atık çamuru üretmesi olarak sıralanabilir. Bu avantajlarından dolayı MBR teknolojisinin uygulama alanları artmakta, kurulan tesislerin kapasitesi sürekli olarak gelişmekte ve bunların geliştirilmesine yönelik pek çok araştırma yapılmaktadır.
Buna karşın MBR teknolojisinin çeşitli dezavantajları da bulunmaktadır. Atıksu arıtımında kullanılan membranların yüzey ve gözeneklerinin zamanla tıkanması, diğer bir deyişle membran kirlenmesi, MBR'lerin önemli dezavantajlarından biridir. Membranlar kirlendikçe sistemin enerji kullanım verimi düşmekte, dolayısıyla sistemin arıtma maliyetleri artmaktadır. Bu durum MBR'lerin işletme maliyetini önemli oranda arttırmaktadır. MBR'lerin en önemli dezavantajı olan membran kirlenmesini azaltmak için, daha az kirlenen membranların üretilmesi, yeni membran modüllerinin geliştirilmesi ve işletme şartlarının optimize edilmesi konusunda pek çok araştırma yapılmaktadır.
Bu çalışmada laboratuvar ölçekli batık bir MBR'de yeni bir havalandırma şeklinin membran kirliliğini azaltma ve oksijen transfer verimini arttırmadaki etkinliği araştırılmıştır. Bu kapsamda batık bir MBR'ye bir venturi enjektörü entegre edilerek, gerekli havanın sisteme kendiliğinden girmesi sağlanmıştır. Venturi enjektörü sayesinde elde edilen jet akımı, membran yüzeyine yöneltilerek membran yüzeyinin daha etkili bir şekilde temizlenmesi amaçlanmıştır.
Yapılan sentetik ve gerçek atıksu çalışmalarında, aynı hava miktarı venturi enjektörü ile sağlandığında MBR'deki çözünmüş oksijen konsantrasyonunun blower ile sağlanandan çok daha yüksek olduğu gözlenmiştir. Membran kirliliği çalışmalarından, aynı akı ve havalandırma hızında venturi enjektörü kullanılan sistemde transmembran basıncı (TMP) gelişim hızının çok daha düşük olduğu, sistem akısı arttıkça blower ve venturi havalandırma sistemleri arasındaki farkın daha çok arttığı gözlenmiştir. Buna paralel olarak, eşit şartlar altında venturi sisteminin çalışmada belirlenen maksimum çalışma TMP değerine blower sisteminden çok daha geç ulaştığı gözlenmiştir.

	
Anahtar Kelimeler: Venturi, membran biyoreaktör, kirlenme, havalandırma

Abstract:
There are many advantages of using a membrane bioreactor (MBR) in wastewater treatment. These advantages can be summarized as better effluent quality, less footprint, being modular and less waste sludge production. Due to these advantages, application fields and the installation capacity of MBR technology have been constantly increasing and numerous studies have been done to improve this technology.
However, in addition to its advantages, MBR technology has important disadvantages. One of the most important disadvantages is the blocking of membrane pores and surface as it is being used, in other words, membrane fouling. As membranes become fouled, the energy utilization efficiency of the system drops; therefore, treatment cost of the system increases. When a specific fouling point is reached, the system should be shut down and the membranes are subjected to an intensive cleaning process. This case increases the operation cost of MBRs substantially. To mitigate the most important disadvantage of the MBRs, which is membrane fouling, a lot of research has been done in terms of production of less fouling membranes, development of new membrane modules and optimization of operating conditions.
In this study, the effectiveness of a novel aeration method on membrane fouling reduction and on the improvement of oxygen transfer efficiency was investigated. In this scope, the required air was ensured to enter the system spontaneously by integrating a venturi injector to a submerged MBR. It is aimed to clean the membrane surface more efficiently by directing the jet flow through the venturi injector to the membrane surface.
In studies performed with the synthetic and real wastewater, by supplying the same amount of air, it is observed that the oxygen concentration in MBR was very high compared to that supplied by the blower. Membrane fouling studies indicate that the with the same flux and aeration rate, transmembrane pressure (TMP) development is much lower in the venturi injector system at the same flow and aeration rate, and the difference between the blower and venturi aeration systems is observed to increase more as the system flow increases. In parallel to that under the same conditions, it was observed that the venturi system reached to the maximum TMP value later than the blower system. In parallel, comparing to the blower system, the venturi system, set under the same conditions, reached much later to the TMP value determined within the scope of this study.

Keywords: Venturi, membrane bioreactor, fouling, aeration