Evsel atıksuların batık membran biyoreaktörde sulama suyu amaçlı yüksek hızda arıtılması ve modellenmesi
High rate treatment and modelling of domestic wastewater in submerged membrane bioreactor for irrigation
Yazar: BANU TULUK
Danışman: PROF. DR. ERGÜN YILDIZ
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Çevre Teknolojisi Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Artan kuraklık ve su kaynaklarındaki azalma evsel atıksuların arıtılarak yeniden kullanılmasını daha da önemli hale getirmektedir. Bu nedenle bu çalışmada, düşük şiddetli evsel atıksuların 20 m2 membran yüzey alanı ve 0,04 µm por çapına sahip tam otomatik kontrollü iki adet pilot ölçekli hollow fiber (HF-MBR) ve düz yapraklı (FS-MBR) membran biyoreaktörde sulama suyu olarak kullanılmak üzere, yüksek hızda arıtılması amaçlanmıştır. Çalışma boyunca HF-MBR ve FS-MBR'de sırasıyla 5-22 ve 5-10 L/m2saat arasında akı, 2,19-10,63 ve 0,99-2,22 kg KOİ/m3gün arasında hacimsel organik yükleme hızı uygulanmıştır. HF-MBR ve FS-MBR için ortalama KOİ, BOİ, NH4, TN ve TP giderim verimleri sırasıyla %94,3-94,6, %98,1-97,8, %97,1-96,9, %26,1-26,6 ve %26,4-23,3 olarak hesaplanmıştır. 0,89 saate kadar düşen kısa hidrolik kalış sürelerinin denendiği HF-MBR'de, yüksek organik yükleme hızı ve düşük hidrolik kalış süresine rağmen %98'in üzerinde BOİ, %94'ün üzerinde KOİ giderim verimi elde edilmiştir. HF-MBR ve FS-MBR'deki TMP ve partikül boyutu değerleri, hesaplanan membran geçirimliliği ve toplam membran direnci değerleri sırasıyla ortalama 311-193 mbar, 32,91-31,99 µm, 35,51-38,63 L/m2saatbar ve 10,01E+12-10,22E+12 m-1 olarak bulunmuştur. Bir yıla yakın süre ile işletilen HF-MBR'ün çıkış suyu ortalama elektriksel iletkenlik, toplam çözünmüş madde, SAR, pH, bulanıklık ve BOİ değerleri sırasıyla 455 µs/cm, 291 mg/L, 1,69, 6,94, 0,22 NTU ve 2,10 mg/L olarak bulunmuş, fekal koliform bakteri tespit edilmemiştir. 1 saatin altındaki hidrolik kalış sürelerinde dahi elde edilen çıkış sularının parklar, golf sahaları vb. her türlü yeşil alan sulamasında rahatlıkla kullanılabilecek kalitede olduğu belirlenmiştir. HF-MBR arıtma tesisi, elde edilen veriler kullanılarak GPS-X bilgisayar programı yardımıyla ASM1 model ile karbonlu maddelerin giderimine yönelik modellenmiştir. Yapılan simülasyon çalışmaları sonucunda µmax ve Ks değerleri sırasıyla 3,3 gün-1 ve 5 mg KOİ/L olarak hesaplanmıştır.

Abstract:
Increasing drought and a decrease in water resources made treatment and reuse of domestic wastewater more important. Therefore, in this study, it was aimed a rapid treatment and re-use of low strength domestic wastewater in two pilot scale submerged membrane bioreactor systems which had 2x102 m2 surface area and pore size of 0,04 µm hollow fiber (HF-MBR) and flat sheet (FS-MBR) type membrane filter. During the study, membrane flux values changing in range 5-22, 5-10 L/m2h and organic loading rates changing in range 2,19-10,63, 0,99-2,22 kg COD/m3day were tested in HF-MBR and FS-MBR, respectively. For HF-MBR and FS-MBR, average COD, BOD, NH4, TN and TP removal efficiencies of 94,3-94,6%, 98,1-97,8%, 97,1-96,9%, 26,1-26,6 % and 26,4-23,3%  were calculated, respectively. Despite the short hydraulic retention times (0,89 hour) and high volumetric organic load rates in HF-MBR, average COD and BOD removal ratios above 93% and 97% were obtained, respectively. Average TMP and particle size values, calculated membrane permeability and total membrane resistance values were found 311-193 mbar, 32,91-31,99 µm, 35,51-38,63 L/m2hbar and 10,01E+12-10,22E+12 m-1, respectively. HF-MBR system was operated for about one year and average effluent values of conductivity, total dissolved solids, SAR, pH, turbidity and BOD were recorded 455 us/cm, 291 mg/L, 1,69, 6,94 and 0,22 NTU, respectively. Fecal coliform bacteria were not detected. It is seen that obtained high-quality effluent water can be used at parks, golf courses, etc. even for short hydraulic retention times below 1 hour. HF-MBR treatment system was modelled mathematically by using GPS-X computer software and Activated Sludge Model No.1 for carbon removal. As a result of the simulation, maximum specific growth rate (µmax) and half  saturation constant (Ks) were determined as 3,3 gün-1 and 5 mg KOİ/L by manual calibration, respectively.