Anaerobik ön arıtılmış evsel atıksulardan ardışık kesikli reaktörde besin maddesi giderimi
Nutrient removal from anaerobically pre-treated domestic sewage by sequencing batch reactor system
Yazar: ARZU TEMİZSOY
Danışman: PROF. DR. SEMİHA ARAYICI ; YRD. DOÇ. DR. GÜLSÜM YILMAZ
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2009
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Ardışık kesikli reaktörler = Sequencing batch reactors ; Biyolojik arıtma = Biological treatment

Özet:
Bu çalışmanın amacı; katı maddesi bir fermentasyon tankında asitleştirilen evsel atıksulardan Ardışık Kesikli Reaktör (AKR)'de Eş zamanlı Nitrifikasyon Denitrifikasyon ve Fosfor Giderimi (ENDFG) prosesi ile biyolojik nütrient gideriminin incelenmesidir.Evsel atıksular düşük konsantrasyonlarda organik madde içermelerine rağmen, azot ve fosfor parametreleri açısından zengin atıksulardır. Deşarj edildikleri göl, akarsu, deniz gibi alıcı ortamlarda özellikle ötrofikasyona yol açmalarıyla çevre açısından ciddi bir sorun oluşturmaktadırlar. Atıksulardan nütrient giderimi, biyolojik ve/veya kimyasal arıtma prosesleri uygulamalarıyla yapılabilmektedir. Biyolojik metotlar; kimyasal madde kullanımında, çamur üretiminde, işletme maliyetlerinde, çamur bertarafında ve havalandırma gereksinimlerinde sağladıkları ekonomik avantajlardan dolayı, pratikte en çok tercih edilen metotlardır. Evsel atıksu gibi kirletici yükü düşük ancak miktarca fazla olan atıksuların yapısında biyolojik nütrient giderimi için yeterli organik karbon kaynağının bulunmadığı ve ilave karbon kaynağına gereksinim duyulduğu bilinmektedir. Bu nedenle bu çalışmada biyolojik nütrient giderimi için gerekli karbon, atıksuyun içinde bulunan askıda katı maddenin asitleştirilmesinden sağlanmıştır. Bu amaçla biyolojik nütrient gideriminden önce bir asitleştirme tankı kullanılmıştır.Çalışmada Bahçeşehir Evsel Atıksu Arıtma Tesisi girişinden alınan atıksular kullanılmıştır. Toplam KOİ konsantrasyonu 500 mg/L, AKM konsantrasyonu 277 mg/L, NH4-N konsantrasyonu 18 mg/L ve PO4-P konsantrasyonu 9 mg/L olan atıksu orta kuvvette atıksu karakteri göstermektedir. Evsel atıksular ile yapılan asitleştirme çalışmaları aşı çamuru tipine göre üç aşamada yürütülmüştür. Birinci aşamada, Ataköy Evsel atıksu Arıtma Tesisi Çamur Çürütücüsü'nden alınan çamur döngü süresi 8 ve 4 saat şartlarında işletilmiştir. İkinci aşamada, bir gıda endüstrisi atıksularının havasız çamur yataklı reaktörde arıtıldığı granül çamur ile işletmeye alınmıştır. 500 mg KOİ/L atıksuyla beslenen reaktörde F/M oranının 0,5-0,6 g UAKM/ g KOİ.gün aralığında kalması için sistemden her gün çamur atılarak biyokütle konsantrasyonu ayarlanmıştır. Üçüncü aşamada ise reaktöre bir aşılama yapılmadan, atıksudan gelen askıda katı maddenin reaktörde birikmesi ile biyokütle oluşturulmuştur. 12 saatlik 2 çevrimde işletilen sistem; doldurma 60 dk, reaksiyon 590 dk, çöktürme 60, boşaltma 10 dk şartlarına sahiptir. Alıştırma döneminde 23 gün boyunca %50 atıksu ve %50 glikoz çözeltisiyle ortalama toplam KOİ' si 1200 mg/L olacak şekilde beslenmiştir. Granül çamurla işletilen sistemde % 24 hidroliz olma yüzdesi elde edilirken; aşılamasız reaktörde ortalama % 58 olarak hesaplanmıştır.Asitleştirme tankı çıkış suları, düşük çözünmüş oksijen konsantrasyonlarında işletilen ENDFG prosesine verilerek azot ve fosfor giderimi izlenmiştir. 8 saatlik bir döngü süresiyle işletilen ardışık kesikli reaktör anoksik/anaerobik/aerobik periyotlardan oluşmaktadır. Nütrient giderimi yapılan bu reaktörde ise çözünmüş oksijen konsantrasyonu nitrit üstünden fosfor gideriminin sağlanması açısından kademeli olarak azaltılarak sırasıyla 0,5-0,6 mg O2/L; 0,38-0,48 mg O2/L ve 0,28-0,38 mg O2/L kontrol aralıklarında çalışılmıştır. Bu şekilde düşük çözünmüş oksijen konsantrasyonlarında Nitrobacter' lerin ortamdan yıkanarak uzaklaştırılması, aktif çamur flok yapısında geniş bir anoksik bölge oluşturarak nitrit üstünden fosfor giderimi yapan DFDB' lerin gelişiminin desteklenmesi amaçlanmıştır. Çalışmanın bu kısmında kararlı halde NH4-N ve PO4-P tamamen giderilmiştir. Ancak NOx-N konsantrasyonu istenen limitlere kadar indirilememiştir. Burada NOx-N' in giderilmemesinin başlıca sebebi ENDFG prosesinde amaçlanan anoksik bölgenin arttırılarak fosfor gideriminin NOx-N üzerinden gerçekleştirilememesidir. Ayrıca anaerobik reaksiyonun sonunda ve aerobik periyodun başında gerçekleşen mineral (struvit) çökeleklerinin nitrifikasyonun etkisiyle meydana gelen muhtemel pH düşüşüyle çözünerek NOx-N oluşumuna katkısı olduğu düşünülmüştür. Ardışık kesikli reaktörde aerobik periyot sonuna bir anoksik faz ilave edilmesiyle, sistemde biriken NOx-N' in tamamen giderilebileceği düşünülmektedir

Abstract:
The aim of this study is to investigate the biological nutrient removal with acidified domestic wastewater by own suspended solids through the simultaneously nitrification, denitrification and phosphorus removal (SNDPR) process in sequential batch reactor (SBR).Although the domestic wastewaters have a low organic carbon content, they are rich wastewaters in terms of the concentrations of nitrogen (N) and phosphorus (P). They are the key nutrients causing eutrophication in waterways. Thus, they cause very serious problems for environment. The nutrient removal process from wastewater could be achieved through the applications of biological and/or chemical treatment processes. The biological processes is the most preferred methods in practice in order to the best economic advantageous in terms of the use of chemical, the production of sludge, costs of the sludge removal and aerating. As domestic wastewaters have low polluting content, but they are more account. In addition, they have a lack of the sufficient organic carbon source.The wastewater was used in this study was collected from the influent of Bahcesehir Biological Domestic Wastewater Treatment Plant. The wastewater with 500 mg.L-1 of COD, 277 mg.L-1 of SS, 18 mg.L-1 of NH4-N, and 9 mg.L-1 of PO4-P can be clasified as medium strength wastewater.The acidification studies by were carried out in three stages depending on the type of seed sludge. In the first stage, the SBR was operated at cycle time of 8 and 4 h, respectively. The seed sludge was obtained from anaerobic sludge digester of Atakoy Domestic Wastewater Treatment Plant. The second stage was operated by granular sludge obtained from an up flow anaerobic sludge blanket reactor (UASB) of a food industry. The F/M ratio varied from 0,5-0,6 g MLVSS/ g COD. day in the reactor with influent COD concentration of 500 mg.L-1. The biomass concentration was arranged by daily sludge wasting in the third stage of the acidification study. The biomass was developed by accumulating the suspended solids in the wastewater without seed sludge. The system was operated for 2 cycles corresponding 12 h per cycle. The feeding was introduced in to the reactor by pumping for 60 min, mixed 590 min, settled 60 min, and followed by 10 min decanted. The reactor was fed with 1200 mg.L-1 of COD by mixture of 50% of glucose and 50% of wastewater during 23 day of acclimation stage. The percentages of hydrolyses were calculated as % 24 and % 58, respectively.The effluent of acidification tank was given to the SBR operated at low dissolved oxygen condition and the removal of nitrogen and phosphorous was monitored. The SBR with a cycle time of 8 h was composed of anoxic/anaerobic/aerobic periods. The removal of phorsphorus, was achieved by nitrite pathway while the dissolved oxygen concentration was gradually decreased to 0.5-0.6 mg O2.L-1, 0.38-0.48 mg O2.L-1 and 0.28-0.38 mg O2.L-1, respectively.In this way, it was intended to be developed the denitrifing phosphorous accumulating organisms (DPAOs), while the nitrite oxidizing bacteria wash ot in the low dissolved oxygen concentrations. NH4-N and PO4-P were completly removed from the reactor. However, the concentration of NOx-N could not decreased to discharge limits. The reason of this case was thougth that it could not develope anoxic zone sufficiently. In addition, it was estimated that the increasing of NOx-N concentration may be occured by dissolving mineral complexes such as struvite. The accumulation of NOx-N may be avoided by addition an anoxic phase at the end of the aerobic period.