Yukarı akışlı havasız hibrit reaktörlerin tasarımını ve performansını etkileyen faktörler
Factors impacting design and performance of upflow anaerobic hybrid reactors
Yazar: YAVUZ DEMİRCİ
Danışman: YRD. DOÇ. DR. YUSUF SAATÇI
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Bilimleri Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2008
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Anaerobik arıtma = Anaerobic treatment

Özet:
Bu çalışmada, yukarı akışlı anaerobik hibrit reaktörlerin tasarımını belirleyen faktörlerden dolgu malzemesi cinsi, dolgu yüksekliği ile sistem performansını etkileyen organik yük, pH, sülfat ve NaCl konsantrasyonlarının biyolojik arıtım ve biyogaz verimine etkileri araştırılmıştır. Bu amaçla yukarı akışlı havasız hibrit reaktörler perlit, bazalt ve kuvars gibi doğal dolgu malzemeleri ile 3 farklı oranlarda doldurulmuştur. Sentetik atıksular kullanılarak yürütülen çalışmada, tüm reaktörler içerisinde ideal dolgu oranının 1/4 ve dolgu malzemesinin perlit olduğu tespit edilmiştir. Hidrolik bekleme süresinin 24 saat ve organik yükün 10 kg KOİ/m3.gün olduğu şartlarda perlit dolgulu anaerobik hibrit reaktörlerde KOİ veriminin % 95,63?96,47 ve TOK veriminin % 78,00?79,30 arasında gerçekleştiği ve bu şartlarda giderilen KOİ'nin metana dönüşüm oranının 0,36?0,44 L CH4/g KOİgid. olduğu belirlenmiştir. Tüm reaktörlerde % 16,16?28,95 arasında azot giderimi ve %22,62?25,13 arasında fosfor verimi sağlanmıştır. Atıksudaki pH'ın etkisini belirlemek için yapılan çalışmalarda uygun pH aralığının 6,30 ile 8,45 arasında olduğu bu değerlerin altında ve üstünde KOİ verimi ve gaz üretimi açısından önemli düşüşler meydana geldiği belirlenmiştir. Sistemde optimum pH 7,2 olarak tespit edilmiştir. Sülfat etkisi incelendiğinde ise KOİ/SO4= oranı 50'nin üzerindeyken optimum verim elde edilmiştir. Atıksudaki sülfat konsantrasyonunun 2130 mg/L olduğu ve KOİ/SO4= oranının 5'in altında olduğu şartlarda gaz üretimi durma noktasına gelmiştir. Şok yüklemeye karşı reaktör dirençleri incelendiğinde (organik yük 5 kg KOİ/m3. gün'den ani olarak 20 kg KOİ/m3. gün'e çıkarıldığında) KOİ verimi %30?35 azalmıştır. Bu çalışmada 1/4 oranında perlit dolgu malzemesiyle doldurulmuş anaerobik hibrit reaktör şok yüklemelere karşı en dirençli reaktör olarak tespit edilmiştir. Çalışma süresince tüm organik yükler için TUA/Alkalinite oranı 0,1'in altında kalmıştır. NaCl etkisi ile ilgili çalışmalar, 4 g/L NaCl konsantrasyonunun reaktör verimleri açısından oldukça önemli faydalar sağladığını ve gaz üretimini artırdığını ortaya koymuştur. Atıksuyun NaCl konsantrasyonunu 8 g/L iken inhibisyon etkisi görülmeye başlamış, 24 g/L'de toksik etki görülmüştür ve reaktör performansları düşmüştür.

Abstract:
In this study, effect of supporting media type, height ratio of the supporting media among factors impacting the design of Upflow Anaerobic Hybrid Reactors and effect of organic load, pH, sulfate and chlorine parameters among factors impacting the system performance have been investigated. For this purpose, upflow hybrid reactors have been supported with three different ratios employing various natural supporting media like perlite, basalt and quartz. During the investigations with synthetic wastewater, it has been determined that ideal supporting ratio is 1/4 and ideal supporting media is perlite. In conditions where hydrolic retention time (HRT) is 24 hours and organic load is 10 kg. COD/m3, anaerobic hybrid reactors with perlite presented a COD removal efficiency of 96.3-96.47 % and TOC removal efficiency of 78.00-79.30%. In these conditions, COD conversion ratio into methane changed between 0.36-0.44 L CH4/g COD(r). Various reactors presented a nitrogen removal in the range of 16.16-28.95% and phosphorus efficiency in the range of 22.62-25.13 %. During investigations to determine the impact of pH in the wastewater, it has been found out that optimum performance is obtained with pH in the range of 6.3 and 8.45. Out of this interval, COD removal efficiency and gas production decreased considerably. It has been determined that, optimum pH value is 7.2. During the investigations of the impact of sulfate, optimum performance is achieved with COD/ SO4= higher than 50%. Gas production almost stopped with a wastewater sulphate concentration of 2130 mg/L and COD/ SO4= ratio less than 5. COD efficiency decreased 30-35% with organic shock load increase to 20 kg COD/m3 day from 5 kg COD/m3 day. During our investigation, we have seen that the reactors with perlite ratio of 1/4 presented the strongest resistance. During all our investigations, TVA/Alkalinity ratio was under 0.1 for all organic loads. Our investigations for the impact of NaCl showed that a NaCl concentration of 4 g/L presented considerable improvements in the reactor efficiencies and increased the gas production. A NaCl concentration of 8 g/L in the wastewater presented the first inhibition effect, a NaCl concentration of 24 g/L in the wastewater presented a toxic effect and decreased the reactor performances.