Kentsel biyolojik atıksu arıtma tesisinde organik mikrokirleticilerin giderim durumunun değerlendirilmesi
Evaluation of the removal status of organic micropollutants in urban biological wastewater treatment plant
Yazar: DENİZ DEMİRBİLEK
Danışman: PROF. DR. UBEYDE İPEK ; PROF. DR. ÜLKÜ YETİŞ
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Çevre Bilimleri Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Organik mikrokirleticiler, doğal ortamlarda eser düzeyde gösterdikleri toksik, kanserojenik ve mutajenik etkiler nedeniyle majör kaygıların odağında yer almaktadır. Bu tezin amacı, kentsel biyolojik atıksu arıtma tesislerinin (AAT) organik mikrokirletici giderim performansını geliştirmeye yönelik bu kirleticilerin arıtım süreçlerindeki davranış ve akıbetinin incelenmesidir. Bu amaç doğrultusunda, Tunceli İli kentsel biyolojik AAT'de organik mikrokirleticiler, mevsimsel değişimleri de içerecek şekilde izlenmiştir. AAT giriş, çıkış ve biyolojik süreç suları, 2019 ile 2020 yıllarında, yedi kez örneklenmiştir. Mikrokirletici izleme çalışması öncesinde AAT'de mikrobiyal yaşamın yapısal ve fonksiyonel özellikleri konvansiyonel parametreler ile izlenerek, 2017 ile 2018 yıllarında, on iki kez tesis giriş, çıkış ve havalandırma havuzu örneklenmiştir. Mikrokirletici olarak; lineer alkilbenzen sülfonatlar (LAS), nonilfenol mono-di etoksilatlar (NPEO1-2), nonilfenol (NP), poliklorlu bifeniller (PCB) ve poliaromatik hidrokarbonlar (PAH) izlenmiştir. Organik mikrokirletici izleme döneminde AAT çamur atımı yapılmadan içsel solunum fazında işletilmiştir. Yaşlı mikroorganizmaların yoğun olarak bulunduğu bu arıtım ortamında nitrifiye aktivitenin yavaşlaması neticesinde azot giderimi genel olarak azalmıştır. En düşük karışık sıvı uçucu askıda katı madde (MLVSS) değerinin (380 mg/L) görüldüğü ve en düşük çamur yaşının söz konusu olduğu Mart ayında çalışma döneminin en yüksek NH3-N giderimi (% 41) gerçekleşmiştir. Bu ayda, artan metabolik aktivite ile ilişkili olarak en yüksek organik mikrokirletici giderim verimi elde edilmiştir. Öte yandan, en yüksek MLVSS değerinin (1.750 mg/L) gözlendiği Ağustos ayında, en düşük NH3-N giderimi (% 6) ile birlikte, en düşük organik mikrokirletici giderimi de kaydedilmiştir. Adsorbsiyon kapasitesi yüksek biyokütlenin metabolik aktivite yavaşlamasından kaynaklı verim kaybı yaşanmıştır.  
İzlenen mikrokirleticilerden LAS ve NPEO1-2 gideriminin, tüm izleme dönemi boyunca yüksek olduğu, mikrobiyal türlerin bu kirleticileri kolay metabolize edebildikleri görülmüştür. Bununla birlikte, PCB ve özellikle PAH türlerinin metabolik bozunuma uğramaması nedeniyle, suda kaldıkları ve arıtım sürecinin çeşitli aşamalarında yüksek miktarlarda bulundukları tespit edilmiştir. Son çökeltim sürecinde yaşanan salımlar ile atıksu mikrokirletici düzeyinde artışlar olduğu ve nihayetinde çevreye yüksek miktarda deşarj oldukları anlaşılmıştır. Elde edilen sonuçlar, biyolojik arıtma esaslı kentsel AAT'lerde organik mikrokirletici gideriminin, çamur yaşı ve hidrolik bekleme süresine odaklı işletim düzenlemeleri ile yükseltilebileceğini göstermiştir.

Abstract:
Organic micropollutants are at the center of major concerns due to their trace levels of toxic, carcinogenic and mutagenic effects in natural environments. The aim of this thesis is to examine the behavior and fate of these pollutants in the treatment processes to improve the organic micropollutant removal performance of urban biological wastewater treatment plants (WWTP). For this purpose, micropollutants were monitored in the Tunceli urban biological WWTP, including seasonal variations. WWTP influent, effluent and biological process waters were sampled seven times in 2019 and 2020. Before the micropollutant monitoring study, the structural and functional properties of microbial life in the WWTP was monitored with the conventional parameters, and the facility influent, effluent and aeration basins were sampled twelve times between 2017 and 2018. As a micropollutant linear alkylbenzene sulfonates (LAS), nonylphenol mono-di-ethoxylates (NPEO1-2), nonylphenol (NP), polychlorinated biphenyls (PCB) and polyaromatic hydrocarbons (PAH) were monitored. During the organic micropollutant monitoring period, WWTP was operated in the endogenous respiration phase without sludge disposal. In this treatment environment, where aged microorganisms are intense, nitrogen removal in general decreased as a result of the slowing of nitrify activity. The highest NH3-N removal (41%) of the study period was realized in March, when the lowest mixed liquid volatile suspended solids (MLVSS) value (380 mg/L) and the lowest sludge age were observed. In this month, the highest micropollutant removal efficiency was obtained in relation to metabolic activity. On the other hand, in August, when the highest MLVSS value (1,750 mg/L) was observed, the lowest NH3-N removal (6%) and the lowest organic micropollutant removal were also recorded. Biomass with high adsorption capacity has lost yield due to lack of metabolic activity.
It was observed that the removal of LAS and NPEO1-2 from the monitored micropollutants was high during the whole monitoring period, and microbial species were able to metabolize these pollutants easily. However, due to the fact that PCB and especially PAH species do not undergo metabolic degradation, they remain in the water and are found in high amounts at various stages of the treatment process. It has been understood that there is an increase in the level of wastewater micropollutants with the releases experienced in the last sedimentation process, and finally, a high amount of discharge to the environment. The results showed that micropollutant removal in biological treatment-based urban WWTPs can be enhanced by operating arrangements focused on sludge age and hydraulic retention time.