İleri biyolojik arıtma proseslerinde nütrient giderimi ve mikroorganizma türlerinin incelenmesi
Investigation of nutrient removal and associated microorganisms in advanced biological treatment processes
Yazar: NESLİHAN MANAV DEMİR
Danışman: DOÇ. DR. EYÜP DEBİK
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Atık su arıtma = Waste water treatment ; Biyolojik arıtma = Biological treatment

Özet:
Dünya nüfusunun günden güne artmasına bağlı olarak oluşan atıksu miktarı da artış göstermekte ve bu durum atıksuların arıtılması maksadıyla daha ekonomik ve çevre dostu sistemlerin geliştirilmesi ihtiyacını ortaya çıkarmaktadır.Bu çalışmada evsel atıksuların arıtılması maksadıyla İSKİ Ataköy İleri Biyolojik Atıksu Arıtma Tesisi'nde bulunan 8,6 m3 hacimli 10 m3/gün kapasiteli pilot ölçekli biyolojik atıksu arıtma prosesi kullanılmış olup, çalışmada yeni geliştirilen Modifiye Beş Kademeli Bardenpho Prosesi ve İki Kademeli Kaskat Beslemeli Biyolojik Nütrient Giderim Prosesi olmak üzere iki farklı prosesin arıtma performansı ve işletme sürecinde sistemlerdekimikroorganizma tipleri ortaya konmuştur.Bu maksatla çalışmada ilk aşamada KOİ, TKN, NH4-N, NO2-N, NO3-N, TP, PO4-P ve AKM konsantrasyonları sırasıyla 645±115 mg/L; 79±13 mg/L; 52±9 mg/L; 0,04±0,03 mg/L; 0,11±0,10 mg/L; 7,9±0,8 mg/L; 3,4±0,7 mg/L ve 321±156 mg/L olan gerçek evsel atıksukullanılmış ve geri devir oranı %80 olan yeni geliştirilen Modifiye Beş Kademeli Bardenpho Prosesi kullanılarak biyolojik olarak arıtımı incelenmiştir. Çalışma sonucunda yeni geliştirilen Modifiye Beş Kademeli Bardenpho Prosesi'nde tüm işletme süresince elde edilen ortalama KOİ, TKN, NH4-N, TP, PO4-P ve AKM giderim verimleri sırasıyla %76; %63; %68; %80; %72 ve %80 olarak belirlenmiştir. Ancak çalışmada sekizinci haftadan sonra kararlı duruma ulaşılmış ve bu haftadan sonra elde edilenanaliz neticelerine göre giderim verimleri değerlendirilmiştir. Bu durumda kararlı hal durumunda KOİ, TKN, NH4-N, TP, PO4-P ve AKM için ortalama giderim verimleri sırasıyla%87; %86; %93; %89; %88 ve %94 olarak tespit edilmiştir. Yeni geliştirilen Modifiye Beş Kademeli Bardenpho Prosesi'nin uygulandığı ilk aşamada mikrobiyal tür analizleri degerçekleştirilmiş olup, kararlı hal için arıtımdan sorumlu bakteriler olarak Nitrosomonas, Nitrosospira, Accumulibacter, Dechloromonas, Firmicutes cinslerine ait türler ve diğer tanımlanmamış türler belirlenmiştir.İkinci aşamada iki Kademeli Kaskat Nütrient Giderme Prosesi çalışmalarına geçilmiş olup; bu aşamada giriş atıksuyu (10 m3/gün) ikiye bölünerek %50'si (~5 m3/gün) bio-P ünitesine, %50'si (~5 m3/gün) ise denitrifikasyon2 ünitesine beslenmiştir. Çalışma parametrelerinin değiştirilmediği bu aşamada giriş KOİ, TKN, NH4-N, NO2-N, NO3-N, TP, PO4-P ve AKM konsantrasyonları sırasıyla 555±60 mg/L; 72±7 mg/L; 44±7 mg/L; 0,03±0,02 mg/L; 0,06±0,04 mg/L; 8,1±0,4 mg/L; 4,0±0,5 mg/L ve 316±47 mg/Lözelliğinde evsel atıksu kullanılmıştır. Prosesin iki Kademeli Kaskat Nütrient Giderme Prosesi şeklinde işletilmesi sonucunda KOİ, TKN, NH4-N, TP, PO4-P ve AKM için elde edilen giderim verimleri sırasıyla %87; %84; %93; %90; %88 ve %95 olarakbelirlenmiştir. Çalışmanın bu aşamasında da mikrobiyal tür analizleri gerçekleştirilmiştir. Arıtımdan sorumlu bakteriler olarak Nitrosomonas, Nitrosospira, Accumulibacter, Dechloromonas ve diğer tanımlanmamış türler tespit edilmiştir.Her iki proses için elde edilen verimler ve işletme koşulları dikkate alındığında yeni geliştirilen Modifiye Beş Kademeli Bardenpho Prosesi'nin orta kuvvetli atıksular için daha uygun olacağı ortaya konmuştur. Diğer taraftan literatürde çoğunluklalaboratuvar ölçekli çalışmaların bulunması sebebiyle, çalışmanın literatüre önemli bir katkı sağlayacağı düşünülmüştür.

Abstract:
Gradual increase in world?s population has lead to increase in wastewater generationrates, which, in turn, brings the necessity of development of treatment systems thatare more cost-efficient and more environmentally friendly.This study focuses on the use of a pilot-scale biological treatment process of totalvolume 8.6 m3 and capacity 10 m3.d-1 installed within the ISKI Ataköy AdvancedBiological Wastewater Treatment Plant. Two different processes, one being the newlydevelopedModified five-stage Bardenpho process and the other one being two-stagecascade-feed biological nutrient removal process, were evaluated in the aspect theirtreatment performances. Besides, microorganism speciation was done during theoperating period for each process.In the first stage of the study, the treatment of the domestic wastewater with COD =645±115 mg.L-1, TKN = 79±13 mg.L-1, NH4-N = 52±9 mg.L-1, NO2-N = 0.04±0.03 mg.L-1,NO3-N = 0.11±0.10 mg.L-1, TP = 7.9±0.8 mg.L-1, PO4-P = 3.4±0.7 mg.L-1, and SS =321±156 mg.L-1, by newly-developed Modified five-stage Bardenpho process with arecycle ratio of 80% was investigated. The average treatment efficiencies for COD,TKN, NH4-N, TP, PO4-P, and SS by the newly developed process during the whole studyperiod were 76%, 63%, 68%, 80%, 72%, and 80%, respectively. The results showed thatthe system has reached steady-state conditions after 8 weeks of operation. Understeady-state conditions, the treatment efficiencies were calculated as 87%, 86%, 93%,89%, 88%, and 94%, respectively. Microbial speciation was also done during the whole period, the results of which suggested that Nitrosomonas, Nitrosospira,Accumulibacter, Dechloromonas, Firmicutes, and some other uncultured genus wereresponsible for the treatment during the steady-state conditions.In the second stage, the process was converted into a Two-Stage Cascade-FeedBiological Nutrient Removal Process by feeding fifty percent of the inlet wastewater (5m3.d-1) to the bio-P unit, and the rest (5 m3.d-1) to the denitrification2 unit by keepingall other operational parameters constant. Average wastewater characterizationduring this stage of the study COD = 555±60 mg.L-1, TKN = 72±7 mg.L-1, NH4-N = 44±7mg.L-1, NO2-N = 0.03±0.02 mg.L-1, NO3-N = 0.06±0.04 mg.L-1, TP = 8.1±0.4 mg.L-1, PO4-P= 4.0±0.5 mg.L-1, and SS = 316±47 mg.L-1. The treatment efficiencies for COD, TKN, NH4-N, TP, PO4-P, and SS were calculated as 87%, 84%, 93%, 90%, 88%, and 95%,respectively. It was determined that the microorganisms responsible for the treatmentin this Two-Stage Cascade-Feed Biological Nutrient Removal Process wereNitrosomonas, Nitrosospira, Accumulibacter, Dechloromonas, and some otheruncultured genus.Comparing the treatment performances of and operational conditions for bothprocesses, newly-developed Modified five-stage Bardenpho Process would be a betterselection for medium-strength domestic wastewaters. On the other hand, this study isto contribute much to the current literature considering the fact that literature data iscomposed mostly of lab-scale studies.