Oksijene dayalı membran biyofilm reaktöründe gaz basıncının ve amonyum yükünün nitrifikasyona etkisi
Effect of gas pressure and ammonium loading on nitrication in O2 - based membrane biofilm reactor
Yazar: MEHMET PALTA
Danışman: PROF. DR. HALİL HASAR
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Nehirlere veya göllere yüksek azot deşarjı, aşırı alg büyümesine yol açtığından dolayı su kalitesinde bozunmalara yol açmaktadır. Düşük arıtma maliyetinden dolayı biyolojik azot giderimi temel olarak iki aşamada gerçekleşmektedir. Birinci aşama, amonyumun nitrat ve nitrite oksidasyonunu kapsayan nitrifikasyon prosesidir. BOİ oksidasyonu/nitrifikasyon prosesinde hetetrof ve ötotrof bakteriler arasındaki rekabet, hetetrofların büyüme hızlarının daha yüksek olmasından dolayı nitrifiyeleri olumsuz etkilenmektedir. Daha iyi bir azot giderimi için, denitrifikasyon öncesinde nitrifikasyon prosesinin başarılı bir şekilde gerçekleşmesi gerekmektedir.Hidrofobik gaz transfer membranlarının kullanıldığı membran biyofilm reaktörü (MBfR)'nde, kabarcıksız gaz difüzyonundan dolayı, oksijen elektron alıcı olarak biyofilmdeki nitrifiyeler tarafından etkili bir şekilde kullanılmıştır. Bu çalışmada, oksijene dayalı MBfR reaktöründe farklı oksijen basıncı ve amonyum yükleri altında nitrifikasyon prosesi detaylı olarak incelenmiştir. Bu amaçla sistemde, biyofilm oluştuktan sonra oksijen basıncı 6 psi'den 0,5 psi'ye kadar kademeli olarak indirilmiştir. Diğer taraftan hidrolik bekleme süresi de 1-7,5 saat aralığında değiştirilmiştir. 0,5 psi'de optimum bekleme süresi 2,5 saat olarak belirlenmiştir. Amonyum yükü 4,4 g N/m2-gün olduğunda tam nitrifikasyon gerçekleşmiştir. Bu durumda nitrifikasyon hızı ortalama 3,98 g N/m2-gün ve oksijen akısı 9,2 g O2/m2-gün olarak belirlenmiştir. PCR-DGGE teknikleri ile sistemdeki etkin mikroorganizma türleri de belirlenmiştir.Anahtar kelimeler: Membran Biyofilm Reaktörü, Nitrifikasyon, Mikrobiyal Ekoloji

Abstract:
Effect of Gas Pressure And Ammonium Loading on Nitrication in O2 ? Based Membrane Biofilm ReactorDischarge of high nitrogen loading to rivers and lakes causes a severe reduction in water quality due to the excess algae growth. Biological nitrogen removal processes(BNR) has advantages due to its lower cost. BNR take places basically at two steps. First step is nitrification including oxidation of ammonium to nitrite and nitrate. Second step is also denitrification process including reduction of oxidized nitrogen to nitrogen gas. In the BOD oxidation/Nitrification process, the competition between heterotrophic and autotrophic bacteria affects adverse nitrifies because the specific growth rate for autotrophic bacteria is lower than that for heterotrophic bacteria. For beter nitrogen removal, nitrification process prior to denitrification is required to be performed successfully.Providing that hydrophobic gas transfer membranes were used as a biofilm supporting material, the gas (oxygen) as electron acceptor is utilized completely by microorganisms because it reached to biofilm with bubble-less gas diffusion in the membran biofilm reactor (MBfR). In this study, nitrification process was investigated on detailed under different oxygen pressures and ammonium loadings. For this purpose, the oxygen pressure was gradually decreased from 6 to 0.5 psi after biofilm formed in the system. The hidrolic retention time was also varied in the range of 1.0-7.5 h. at the O2 pressure of 0.5 psi, the hydrolic retentaion time was found to be 2.5 h. A complete nitrification occured in the case of 4.4 g N/m2-d. In this case, nitrification rate and oxygen flux were 3.98 g N/m2-d and 9.2 g O2/m2-d, respectively. In addition, the microbial ecology was defined using PCR-DGGE technique.Key words: Membrane Biofilm Reactor, Nitrification, Microbial Ecology