Kesikli-serbest sistemde ve akışkan yatak biyofilm reaktörde manyetik alan uygulamasının atıksu arıtımına etkileri
Effects of magnetic field application on wastewater treatment in suspended batch system and fluidized bed biofilm reactor
Yazar: HÜLYA YAVUZ
Danışman: PROF.DR. SERDAR SUUD ÇELEBİ
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Bilimleri Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 1999
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Aktif çamur = Activated sludge ; Akışkan yatak = Fluidized bed ; Atık su arıtma = Waste water treatment ; Biyofilm sistemleri = Biofilm systems ; Biyoreaktörler = Bioreactors ; Manyetik alanlar = Magnetic fields

Özet:
ÖZET Bu çalışmada öncelikle manyetik alan uygulanmasının, kesikli sistemde serbest formda büyüyen aktif çamur mikroorganizmalarının büyümelerine ve substrat giderimine etkileri incelenmiştir. Manyetik alan şiddetinin arttırılması ile substrat gideriminde bir artış gözlenmiş ve bu artış 17.8 mT'da maksimum seviyesine ulaşarak daha yüksek manyetik alan şiddetlerinde azalmaya başlamıştır. Manyetik alanın sürekli doğru akım, pulslu doğru akım ve alternatif akım şeklinde uygulandığı serbest formdaki kesikli sistemlerde elde edilen sonuçlar karşılaştırıldığında; manyetik alanın substrat giderimindeki olumlu etkisinin en fazla sürekli doğru akım uygulanması ile elde edildiği görülmüştür. İncelemeler sonucunda özellikle pH 7.5'da 17.8 mT şiddetindeki doğru akım manyetik alanın sisteme sürekli uygulanması ile sistemdeki substrat gideriminde % 40 artış elde edildiği görülmüştür. Kullanılan aktif çamura ait biyolojik kinetik parametreler kesikli sistemde belirlenerek, manyetik alan uygulanmasının bu parametreler üzerindeki etkisi incelenmiştir. Manyetik alan uygulanması ile optimum pH değeri olan 7.5'da maksimum mikroorganizma üreme hızının, (U max), en yüksek, üreme veriminin, (Yx/s) ise en düşük değerlerine ulaştığı saptanmıştır. Bu da, arıtma tesislerinde manyetik alan uygulanması ile daha fazla kirlilik giderimine karşılık daha az çamur üretilmesi, yani sistem performansının olumlu yönde artması demektir. Serbest halde büyüyen mikroroganizmalara manyetik alan uygulanmasının olumlu etkilerinin gözlenmesi üzerine, akışkan yatak biyofilm reaktörde manyetik alan uygulanmasının sistem performansına etkileri çeşitli koşullarda incelenmiştir. Manyetik alan uygulanması ile bütün koşullarda, substrat giderim veriminin değişen oranlarda arttığı gözlenmiştir. İncelenen parametrelerden geri döngü hızının değiştirilmesinin sistem performansı üzerinde bir etkisi olmadığı ve manyetik alan uygulaması ile bu sonucun değişmediği gözlenmiştir. Taze besleme hızının artırılması ile arıtım veriminde beklendiği gibi bir düşüş gözlenmiş, ancak manyetik alanın uygulandığı durumlarda bu düşüş azalmıştır. Pulslu uygulamada, sürekli uygulamaya göre arıtım verimindeki düşüş daha az olmaktadır. Taze besleme hızınınçok düşük olduğu durumlarda ise biyopartiküllerde topaklaşmalar olduğu gözlenmiştir. Manyetik alan uygulanmasının, sistem yatışkın duruma ulaşıldıktan sonra başlatıldığı durumda, substrat gideriminde elde edilen artış, sisteme mikroorganizma aşısı ilave edildiği andan itibaren başlatıldığı durumda elde edilen artıştan daha düşük olmaktadır. Manyetik alan şiddetinin 17.8 mT ile 35.5. mT değerleri arasında değiştirilmesi ile; doğru akımın sürekli ve pulslu uygulandığı her iki durumda akışkan yatak biyofilm reaktörde elde edilen substrat gideriminde bir değişiklik gözlenmemiştir. Akışkan yatak biyofilm reaktörde manyetik alanın pulslu uygulanmasıyla glikoz gideriminde elde edilen artışların sürekli uygulanmasıyla elde edilenden daha yüksek olduğu gözlenmiştir. Akışkan yatak reaktörde substrat gideriminde, manyetik alan uygulanması ile koşullara bağlı olarak en fazla % 30'luk bir artış gözlenmiştir. Anahtar kelimeler: Atıksu arıtımı, aktif çamur, akışkan yatak biyofilm reaktörler, manyetik alan.

Abstract:
VI ABSTRACT In this study, the effect of magnetic field application on suspended growth of activated sludge microorganisms in batch systems and corresponding substrate removal rates were investigated. An increase in substrate removal rate with the increase in magnetic field strength up to 17.8 mT and a decrease in substrate removal rate with the further increase in magnetic field strength was observed. Comparing the results obtained from different types of magnetic field applications such as, continuous direct current, pulsed direct current and alternating current, it was observed that the maximum increase in substrate removal in suspended batch system was achieved in continuous direct current mode. It was found that the continuous application of direct current magnetic field of 17.8mT at pH 7.5 caused a 40% increase in substrate removal rate. Biological kinetic parameters of used activated sludge were determined from batch experiments and the effects of magnetic field application on these parameters were investigated. At the optimum pH of 7.5, the maximum specific growth rate, umax, achieved its highest value while the growth yield, Yx/S, achieving its lowest value, with the application of magnetic field. This claimes that the magnetic field application can improve the treatment plant performance with the higher substrate consumption rate and lower sludge production. Having the positive effects of magnetic field application on suspended growth, the effects of magnetic field on biofilm performance in the fluidized bed reactor were investigated under several conditions. In all conditions substrate removal rates increased in different amounts with the application of magnetic field. It was found that the recycle rate has no effect on system performance and also the magnetic field application did not change the result. Increase in fresh feed flow rate decreased the substrate removal rate as expected and this decrease is higher in continuous magnetic field application than the pulsed one. At the very low fresh feed flow rates agglomeration of bioparticles was observed.Higher increase of substrate removal rate was observed in the system in which the magnetic field application was started from the beginning of microorganism seeding than the system in which the magnetic field application was started at the steady state. No difference was observed in substrate removal rates of the fluidized bed biofilm reactor while changing the strength of applied magnetic field between 17.8 mT and 35.5 mT for both pulsed and continuous applications. It was found that the increases are higher in pulsed magnetic field applications than continuous applications in the fuidized bed biofilm reactor. Maximum improvement of 30 % in substrate removal rate was observed depending on operational conditions of fluidized bed biofilm reactor. Key words: Wastewater treatment, activated sludge, fluidized bed biofilm reactors, magnetic field.