Biyofilme dayalı ardışık kesikli reaktörlerde biyolojik nütrient giderim performansının belirlenmesi
Determination of biological nutrient removal performance in biofilm-based sequencing batch reactors
Yazar: MÜSLÜN SARA TUNÇ
Danışman: PROF. DR. AYHAN ÜNLÜ
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2010
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Bu çalışmada hareketli yataklı ardışık kesikli biyofilm reaktör (HYAKBR)'lerde organik madde, azot ve fosfor giderim performansı üzerinde askıda taşıyıcı malzeme doldurma oranı, hidrolik bekleme süresi, çamur yaşı ve atıksu bileşimi etkisi incelenmiştir. Aynı şartlarda klasik ardışık kesikli reaktör (KAKR) de işletilmiştir. Çalışma 4 adet ardışık kesikli reaktörde yürütülmüştür. R1 reaktörü malzemesiz, R2, R3 ve R4 reaktörü sırasıyla %30, %50 ve %65 oranında taşıyıcı malzeme doldurularak çalıştırılmıştır. Reaktörler anaerobik/aerobik/anoksik ve anaerobik/aerobik/anoksik/aerobik fazlarda çalıştırılmıştır.Anaerobik/aerobik/anoksik fazlarda 12 saatlik döngü süresi ve 1000 mg/L KOİ, 50 mg/L NH4-N ve 15 mg/L PO4-P içeren asetatlı sentetik atıksu ile en yüksek giderim verimleri 10 günlük çamur yaşında elde edilmiştir. R1, R2, R3 ve R4 reaktöründe KOİ giderim verimi sırasıyla %93, %95, %94 ve %94, TİN giderim verimi %69, %88, %87 ve %89 ve PO4-P giderim verimi %13, %23, %19 ve %17 olarak bulunmuştur. 8 saatlik döngü süresi kullanıldığında KOİ giderim verimi %85'e kadar düşmüştür. R1, R2, R3 ve R4 reaktöründe NH4-N giderim verimi sırasıyla %31, %20, %17 ve %11'e ve PO4-P giderim verimi sırasıyla %23, %22, %21 ve %11'e kadar düşmüştür. 8 saatlik döngü süresi ve 500 mg/L KOİ, 50 mg/L NH4-N ve 15 mg/L PO4-P içeren asetatlı atıksu ile R1, R2, R3 ve R4 reaktöründe KOİ giderim verimi sırasıyla %85-94, %88-92, %84-92 ve %84-92 arasında değişmiştir. NH4-N ve PO4-P giderim verimi düşük bulunmuştur. 250 mg/L KOİ, 50 mg/L NH4-N ve 10 mg/L PO4-P içeren asetatlı atıksu ile R1 ve R2 reaktöründe KOİ giderim verimi sırasıyla %80-93 ve %57-89 aralığında seyretmiştir. NH4-N giderim verimi %6'a kadar düşmüştür. PO4-P giderim verimi %12 ve %17'nin altında bulunmuştur. 125 mg/L KOİ, 50 mg/L NH4-N ve 5 mg/L PO4-P içeren asetatlı atıksu ile R3 reaktöründe KOİ giderim verimi %33-64 aralığında değişmiştir. NH4-N ve PO4-P verimi sırasıyla %14 ve %16'nin altında bulunmuştur. 500 mg/L KOİ, 25 mg/L NH4-N ve 5 mg/L PO4-P içeren asetatlı atıksu ile işletilen R4 reaktöründe KOİ ve NH4-N giderim verimi sırasıyla %82-91 ve %15-43 arasında bulunmuştur. PO4-P verimi %16 olmuştur.Anaerobik/aerobik/anoksik fazlarda 6 saatlik döngü süresi ve 1000 mg/L KOİ, 50 mg/L NH4-N ve 15 mg/L PO4-P içeren glukozlu sentetik atıksu ile işletilen R1, R2, R3 ve R4 reaktöründe KOİ giderim verimi sırasıyla ortalama %88, %85, %76 ve %83 olarak gözlenmiştir. NH4-N giderim verimi %79, %79, %76 ve %72 ve PO4-P verimi %50, %52, %53 ve %51 olarak bulunmuştur. NH4-N konsantrasyonu 100 mg/L'e çıkarıldığında R1, R2, R3 ve R4 reaktöründe KOİ giderim verimi sırasıyla %59, %58, %67 ve %62 olmuştur. NH4-N giderim verimi %10'a kadar düşmüş ve PO4-P verimi %20 olmuştur.Anaerobik/aerobik/anoksik fazlarda 8 saatlik döngü süresi ve evsel atıksu ile tüm reaktörlerde NH4-N giderimi ortalama %96 üzerinde bulunmuştur. HYAKBR'lerde PO4-P verimi KAKR'den daha yüksek bulunmuştur. Anaerobik/aerobik/anoksik/aerobik fazlarda 8 saatlik döngü süresi ile tüm reaktörlerde NH4-N giderimi %99'nın üzerinde elde edilmiştir. Anoksik fazda karbon kaynağı yeterince bulunduğunda çıkış NO3-N konsantrasyonu 1 mg/L'nin altına düşmüştür. R1, R2, R3 ve R4 reaktöründe PO4-P verimi sırasıyla %81-85, %88-95, %94-95 ve %70-90 aralığında değişmiştir. 6 saatlik döngü süresi ile NH4-N giderimi tüm reaktörlerde %90 üzerinde bulunmuştur. PO4-P verimi %50-93, %78-94, %89-95 ve %84-94 aralığında değişmiştir. Anaerobik/aerobik/anoksik/ aerobik fazlar ile giderim verimleri anaerobik/aerobik/anoksik fazlarınkinden daha iyi bulunmuştur. Denitrifikasyon için gerekli C/N oranı 4 g KOİ/g NO3-N olarak bulunmuştur.Anahtar Kelimeler: hareketli yataklı ardışık kesikli biyofilm reaktör, nutrient giderimi, atıksu

Abstract:
In this study, the effect of sludge age, hydraulic retention time, wastewater composition and ratio of carrier element to the reactor volume on the organic matter, nitrogen and phosphorus removal were investigated in moving bed sequencing batch biofilm reactors. A conventional sequencing batch reactor (CSBR) was also operated under same operating conditions, except for the ratio of carrier element to the reactor volume. The study was carried out in four sequencing batch reactors, which were -R1 reactor without carrier element. R2 reactor with %30 carrier ratio, R3 reactor with %50 carrier ratio and R4 reactor with %65 carrier ratio.The best removal efficiencies were obtained at the sludge age of 10 days when the cycle time of anaerobic/aerobic/anoxic was kept at 12-h, in the case of that acetate-containing feed was of 1000 mg/L COD, 50 mg/L NH4-N and 15 mg/L PO4-P. COD removal was found to be %93, %95, %94 and %94 in R1, R2, R3 and R4 reactors, respectively. TIN (total inorganic nitrogen) and PO4-P removal was observed to be %69 in R1, %88 in R2, %87 in R3, %89 in R4 and %13 in R1, %23 in R2, %19 in R3 and %17 in R4. COD removal decreased dramatically to %85 in the case of 8-h cycle time. The removals of PO4-P were respectively %23, %22, %21, %11 in R1, R2, R3 and R4 as NH4-N declined sharply to %31, %20, %17, %11 and %23, %22, %21, %11 in R1, R2, R3 and R4, respectively. When the reactors were fed with an influent having 500 mg/L COD, 50 mg/L NH4-N and 15 mg/L PO4-P, COD removal varied in the range of %85-94, %88-92, %84-92 and %84-92 in R1, R2, R3 and R4, respectively. NH4-N removal was quite a low efficiency except for R2 reactor. PO4-P efficiency was also low. In the case of that influent was changed as 250 mg/L COD, 50 mg/L NH4-N and 10 mg/L PO4-P, COD removal varied in the range %80-93 and %57-89 in R1 and R2 reactors, respectively. NH4-N removal dropped to %6. PO4-P removal was found below %12 and %17. At the cycle time of 8 h, when the influent contained 125 mg/L COD, 50 mg/L NH4-N and 5 mg/L PO4-P, COD removal varied in the range of %33-64 in R3. NH4-N and PO4-P removal was below %14 and %16, respectively. COD and NH4-N removal varied respectively in the range of %82-91 and %15-43 in R4 when the influent contained 500 mg/L COD, 25 mg/L NH4-N and 15 mg/L PO4-P.COD removal was %88, %85, %76 and %83 in R1, R2, R3 and R4, respectively when the cycle time was kept at 6-h, in the case of that glucose-containing feed was of 1000 mg/L COD, 500 mg/L NH4-N and 15 mg/L PO4-P. NH4-N and PO4-P removal were found %79 in R1, %79 in R2, %76 in R3, %72 in R4 and %50 in R1, %52 in R2, %53 in R3, %51 in R4, respectively. COD removal was found to be %59, %58, %67 and %62, respectively when NH4-N concentration was increased to 100 mg/L. NH4-N removal decreased to %10. PO4-P removal was %20.NH4-N removal was %96 in all of the reactors when the cycle time of anaerobic/aerobic/anoxic was kept at 8-h and reactors were fed with domestic wastewater. PO4-P removal was higher in MBSBBRs than that of CSBR. NH4-N removal was above %99 in all of the reactors when the cycle time of anaerobic/aerobic/anoxic/aerobic was kept at 8-h. Effluent NO3-N concentration decreased below 1 mg/L when sufficient carbon source existed in anoxic phase. PO4-P removal varied in the range of %81-85, %88-95, %94-95 and %70-90 in R1, R2, R3 and R4, respectively. At the cycle time of 6 h, NH4-N removal was above %99 in all the reactors. PO4-P removal varied in the range of %50-93, %78-94, %89-95 and %84-94 in R1, R2, R3 and R4 reactors, respectively. The removal efficiencies obtained by anaerobic/aerobic/anoxic/aerobic phases were better than anaerobic/aerobic/anoxic phases. Required C/N ratio for denitrification was found to be 4 g COD/g NO3-N.Keywords: moving bed sequencing batch biofilm reactor, nutrient removal, wastewater