Evsel atık suların mezofilik altı sıcaklıklarda laboratuvar ve pilot ölçekli reaktörlerde havasız arıtımı
Anaerobic treatment of domestic wastewater in laboratory and pilot scale reactors at sub-mesophilic temperatures
Yazar: BANU HORASAN
Danışman: DOÇ. DR. ÇİĞDEM YANGIN GÖMEÇ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Çevre Bilimleri ve Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Evsel atık su = Domestic sewage

Özet:
Düşük kirlilik yüküne sahip evsel atıksuların havasız arıtımları, havalı (aerobik) arıtma sistemlerine kıyasla, daha düşük çamur oluşumu, daha düşük enerji kaynağına ihtiyaç göstermeleri ve daha düşük işletme maliyetleri açısından avantajlara sahiptir. Evsel atıksuların havasız arıtımında en uygun sistem yukarı akışlı havasız çamur yataklı reaktörler (HÇYR)'lerdir. Bu reaktörler, düşük işletme maliyetlerine ihtiyaç gösteren basit sistemler olup, çeşitli endüstriyel atıksuların arıtılmalarında yıllardır başarıyla uygulanmaktadırlar. Son yıllarda farklı sıcaklık değerlerinde yapılan birçok araştırma, uygun proses tasarımı seçildiği taktirde, sıcaklık parametresinin havasız arıtma uygulamalarında kısıtlayıcı bir faktör olmadığını göstermiştir. Mikroorganizmaların istenilen sıcaklık değerlerine adaptasyonu sağlanırsa, reaktörlerin mezofilik altı sıcaklıklarda işletilebilecekleri ve mezofilik altı sıcaklıkta anaerobik arıtmanın, orta ve düşük sıcaklıklarda deşarj edilen atıksular için çok uygun bir alternatif olabileceği belirtilmektedir. Bu nedenle düşük sıcaklıklarda işletilebilen havasız arıtma sistemleri çok daha düşük işletme maliyetlerine olanak sağlayabilmektedir.Çalışmanın amacı, farklı kirlilik yüküne sahip iki farklı kaynaktan alınan evsel atıksuların, mezofilik altı sıcaklık şartlarında granül aşı ilaveli laboratuvar ve pilot ölçekli yukarı akışlı HÇYR'ler ile havasız arıtılabilirliklerinin değerlendirilmesidir. Ayrıca pilot ölçekli çalışmada kullanılan ham evsel atıksu ve ön-çökeltim uygulanmış evsel atıksu ile sentetik evsel atıksuyun aynı koşullar altında kesikli olarak işletilen tam karışımlı reaktörlerde anaerobik çözünülebilirliği kıyaslamalı olarak değerlendirilmiştir. Bu çalışmada laboratuvar ölçekli HÇYR'de elde edilen ortalama ?h=7.06 st değerinde yaklaşık 3 ay ve ortalama ?h=5.68 st değerinde yaklaşık 4 ay süren deneysel çalışma sonuçları değerlendirilmiştir. Ortalama KOİtop giderim verimi ?h=7.06 saat değerinde %65; ?h=5.68 saat değerinde ise %76 olarak bulunmuştur. Ayrıca sonuçlar AKM'nin yüksek oranda reaktör içersinde tutularak çıkış suyundan uzaklaştırıldığını göstermiştir. Bu sebeple, KOİtop gideriminin çamur yatağında partikül organik maddenin fiziksel işlemler ile gideriminden kaynaklandığı düşünülmektedir. Pilot ölçekli HÇYR ise ortalama ?h=12.8 saat değerinde yaklaşık 4 ay süresince işletilmiş ve deneysel çalışma sonuçları değerlendirilmiştir. Çalışmada ortalama KOİtop giderim verimi ?h=12.8 saat değerinde %76 olarak gözlenmiş, KOİçöz giderimi ise %57 bulunmuştur. Ayrıca girişteki AKM sistem içerisinde ortalama %86 oranında tutulmuştur.Bu çalışmada ayrıca dört farklı tipte substrat kaynağının (ham-R1, ön-çökeltim uygulanmış-R2, sentetik evsel atıksu-R3 ve granül aşı çamuru-R4), havasız çözünebilirliği mezofilik altı (23±2oC) sıcaklıkta değerlendirilmiştir. Havasız çözünülebilirlik tam karışımlı reaktörlerde, pH kontrolü yapılmadan gerçekleştirilmiştir. R1, R2 ve R3 %20 oranında granül çamur ile aşılanmış ve R4 ise %100 granül aşı ihtiva etmektedir. Tüm substrat kaynaklarının, farklı biyolojik olarak ayrışabilme özellikleri bulunduğu için, sonuçlar kıyaslamalı olarak değerlendirilmiştir. Tüm reaktörlerde üretilen esas uçucu yağ asidi (UYA) asetik asit olarak gözlenmiştir. Sonuçlar uçucu askıda katı madde (UAKM) giderimi ile paralel UYA ve KOİçöz üretimlerinin substrat olarak sadece granül çamur kullanılan reaktörde olduğunu göstermiştir. Diğer substrat kaynakları kullanılan R1, R2 ve R3'de UAKM giderimleri çok az gözlenmiş ve bu giderimler UYA ve KOİçöz üretimleri ile birlikte gerçekleşmemiştir. Ayrıca kesikli çalışma süresince substrat olarak sadece granül çamur kullanılan kesikli reaktör (R4)'de her gün biyogaz üretimi gözlenmiştir.

Abstract:
Anaerobic treatment of domestic wastewater have advantages over aerobic treatment, such as decreased sludge production, lower energy requirements and lower operating costs. The most appropriate anaerobic treatment system to treat domestic wastewater is Upflow Sludge Bed (UASB) reactors because of their low operating costs and they have been generally applied successfully for the treatment of industrial wastewaters in the decades. Many recent researches, conducted at various temperatures, revealed that temperature is not a limiting factor in anaerobic treatment applications if the appropriate process design is chosen. It is reported that if the microorganisms are acclimatized to desired temperatures, the reactors can be operated under sub-mesophilic conditions. Sub-mesophilic anaerobic treatment becomes an attractive option for wastewaters, which are discharged at moderate to low temperatures. Thus, sub-mesophilic anaerobic treatment systems allow substantially lower treatment costs due to their ability to operate at lower temperatures.The aim of this study is to evaluate anaerobic treatability of domestic wastewaters, taken from two different sources, by laboratory and pilot scale UASB reactors inoculated with granular seed. The domestic wastewaters used in this study had different characteristics. Besides, anaerobic solubilization of domestic wastewater used in the pilot scale study before and after presedimentation and prepared synthetically were evaluated and compared in continuously stirred tank reactors operated as batch systems. Lab-scale UASB reactor was operated for about 3 months at a HRT of 7.06 hr and for about 4 months at a HRT of 5.68 hr. It was observed that around 65% and 76% average removals could be observed at HRT values of 7.06 and 5.68 hr respectively. Results also indicated that TSS could be retained in the reactor coupled with high CODtot removals. Thus, it was considered that CODtot removals were due to the entrapment of the particular organics inside the sludge bed by physical means. Pilot scale UASB reactor was operated with raw domestic wastewater for about 4 months at a HRT of 12.8 hr. Around 65% total and 57% soluble COD removals were observed at a HRT of 7.06 hr. TSS in the effluent was retained in the system as 86%.Anaerobic solubilization of four different types of substrate (raw-R1, pre-settled-R2, synthetic domestic wastewater-R3 and granular seed-R4) was also evaluated in this study at sub-mesophilic temperature (23±2oC). Anaerobic solubilization was carried out in batch continuously stirred reactors without pH control. R1, R2 and R3 were inoculated with 20% granular seed whereas R4 was 100% of granular seed. Since all substrates have different biodegradation characteristics, results were compared. In all reactors, acetic acid was the main volatile fatty acid (VFA) produced. Results indicated that volatile suspended solids (VSS) destruction could be observed with a corresponding VFA?s and soluble chemical oxygen demand (SCOD) productions when only granular seed sludge was used as substrate. With other substrates, VSS destruction was not coupled with either SCOD production or VFA production. Besides, biogas productions could be only be achieved throughout the study in the batch reactor in which, only granular seed sludge was used as the substrate.