Organize sanayi bölgesi atıksularının membranlı arıtma sistemleriyle yeniden kullanılabilirliğinin araştırılması
Investigation of reusability of organized industrial zone wastewater with membrane treatment systems
Yazar: İBRAHİM UYANIK
Danışman: DOÇ. DR. OKTAY ÖZKAN
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Türkiye'de Organize Sanayi Bölgesi (OSB) oluşumu oldukça yaygın olup OSB'si olmayan il yoktur. OSB'lerde atıksular genellikle merkezi atıksu arıtma tesislerinde toplanarak arıtılmaktadır. Türkiye, su kaynakları bakımından su stresi yaşayan ülke kategorisinde yer almaktadır.  OSB'ler, faaliyet gösteren tesislerin su kullanımına bağlı olmakla beraber, tekstil ve gıda sektörünün yoğunlukta olmasından dolayı genellikle yoğun su tüketen bölgeler olarak öne çıkmaktadır. OSB'lerde suyun geri kazanılması ve yeniden kullanılması için yeni teknolojilere ihtiyaç duyulmaktadır. 
Kayseri OSB, firma sayısı, kapasitesi, nitelikli ve kurumsal yapısı ve başarılı atıksu arıtma tesisi ile bu tez çalışmasında atıksuların yeniden kullanılabilmesinin araştırılması için uygun bir araştırma alanı olarak öne çıkmıştır. Günlük atıksu debisi 30.000 m3 olan bu OSB'de atıksular büyük oranda tekstil, geri dönüşüm, kağıt endüstrisi ve evsel nitelikli kaynaklardan oluşmaktadır.
Bu tez çalışmasında, Kayseri OSB atıksu arıtma tesisi (AAT) sularının yeniden kullanılabilirliği hem MBR ile hem de membran filtrasyon sistemiyle değerlendirilmiştir. Bu amaçla, ilk olarak KOSB AAT çıkış suları ultrafiltrasyon (UF) membranıyla arıtılmış ve nanofiltrasyon (NF) ve ters ozmoz (RO) membranlarıyla geri kazanımı incelenmiştir. Benzer şekilde KOSB AAT ön çöktürme çıkış suları da MBR ile laboratuvar ölçekli bir sistemde arıtılmış ve NF ve RO filtrasyon sistemleriyle, "sulama suyunun kimyasal kalitesinin değerlendirilmesi için geliştirilmiş tablo"ya göre (Atıksu Arıtma Tesisleri Teknik Usuller Tebliği, EK 7) yeniden kullanılabilirliği incelenmiştir.
AAT çıkış suyu için kullanılan 3 farklı UF membranı çıkış sularının NF ve RO filtrasyon sonuçları; su kalitesi, membran karakterizasyonu ve su akısı açısından değerlendirilmiştir. MBR için de benzer şekilde kullanılması planlanan 6 farklı membran için yapılan kesikli filtrasyon çalışmalarında, en düşük dirence sahip bir MF ve bir UF membranı işletilerek 3 farklı NF ve 3 farklı RO membranına beslenmiştir. MBR sonrası NF/RO ve AAT çıkış suyunda UF ve NF/RO eşleşmelerinde tıkanmaya daha az meyilli, su kalitesi ve akısı daha yüksek ikililer her iki membranlı sistem için de belirlenmiştir. 
Yapılan deneysel çalışmalarda kullanılan UF, NF ve RO membranlarından daha az tıkanma eğilimi gösteren membranlar taramalı elektron mikroskobu (scanning electron microscope, SEM), enerji dağılım X-ray spektroskopisi (energy dispersive X-ray spectroscopy) ve eşodaklı lazer tarama mikroskobu (confocal laser scanning microscopy, CLSM) görüntüleme teknikleriyle incelenmiştir. 
MBR'de yeniden kullanım için en uygun membran türleri olarak, moleküler ağırlık engelleme sınırı (molecular weight cutoff, MWCO) 250 kDa olan UF membranı ile XLE membranı olduğu bulunmuştur. Bu membranlar, hem yüksek su kalitesi, hem yüksek akı, hem de düşük tıkanma eğilimi göstermiştir. Benzer şekilde, AAT çıkış suyunda UF 250 kDa membranının XLE membranıyla en iyi performansı sağladığı bulunmuştur.
Sonuç olarak, OSB atıksularının hem MBR'de hem de AAT'de geri kazanımı incelenmiş olup her iki sistemin de aynı membran çiftleriyle en iyi başarıyı sergilediği görülmüştür. Su stresi yaşayan bir ülke olarak yüksek miktarda su kullanan OSB'lerin daha sıkı deşarj standartlarına maruz kalabileceği ve sürdürülebilirlik için suyu yeniden kullanmak zorunda kalacağından dolayı membranları sistemlerin kullanılması kaçınılmazdır. Membranların ve MBR'lerin yatırım ve işletme maliyetlerinin de düşmesiyle gelecekte bu sistemlerin daha çok kullanılacağı öngörülmektedir.

Abstract:
Organized industrial zones (OIZs) are common in Turkey since there is no city without OIZ. Wastewater is generally collected in a wastewater treatment plant (WWTP) and treated within the zone.  Turkey falls into water-stressed countries as its fresh water sources are decreasing. OIZs are water-guzzling regions since the industrial activities are mainly textile, food and others that use water more than other sectors. New technologies need for reuse and recycle of water. 
Kayseri OIZ, Turkey, comes to the forefront as the quality, capacity, and organizational structure with a successful wastewater treatment plant for this water reusing thesis study.  Daily flowrate of the OIZ is 30,000 m3 which is comprised of textile, recycle and paper industry as well as municipal wastewater coming from the daily water usage of workers.
In this study, reuse of Kayseri OIZ wastewater is evaluated with both MBR and membran filtration system. With this purpose, firstly, KOIZ WWTP effluent is filtrated with ultrafiltration membrane then with nanofiltration (NF) and reverse osmosis (RO) membranes for a reuse option. Similarly, primary sedimentation effluent of the WWTP is treated with an MBR and then NF and RO membranes to evaluate irrigation water quality of Turkey stated. 
3 different UF membranes used for the study are further filtrated wtih NF and RO membranes for the evaluation of membrane characterization, permeate quality and water flux. For the MBR study, 6 diffferent microfiltration (MF) and UF membranes were used for the selection of the least resistive two membranes in batch studies to operate in MBR. Each permeate of MBR is fed to NF and RO membranes. Membranes in both systems are determined which have good water quality, high flux values, and low tendency to fouling.
Visualization techniques that are scanning electron microscope (SEM), SEM- energy dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDS) and confocal laser scanning microscopy (CLSM) are used to determine the fouling tendencies of the UF, NF, and RO membranes. 
For reusing in MBR, a UF membrane, with 250 kDa molecular weight cutoff (MWCO) value is proper for further treatment with XLE membrane. These membranes showed good water quality, high flux values, and low tendency to fouling. Similarly, UF 250 kDa membrane and XLE membrane are the best performed membranes in WWTP effluent.
As a result, it is seen that both the effluent of WWTP and the effluent of the primary sedimentation effluent of WWTP could be reused with membrane treatment systems and with the same membranes. Turkey, facing with the water-stress problem, membrane treatment systems are inevitable as the discharge standards are stringent and sustainable water management is necessary.
With the decrease in investment and operation and management costs of membrane treatment systems, these systems will be used frequently in near future.