Katı atık düzenli deponi sahası sızıntı sularının yüksek performanslı kompakt membran biyoreaktörlerle arıtılabilirliğinin araştırılması
The research of treatibility of leachate from a solid waste landfill site using high performance compact membrane bioreactors
Yazar: MAHİR İNCE
Danışman: DOÇ. DR. GÜLEDA ENGİN
Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü / Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2008
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Biyolojik arıtma = Biological treatment ; Katı atıklar = Solid wastes ; Membran reaktör = Membrane reactor

Özet:
İstanbul'da bulunan ve 1995'ten beri kullanımda olan Kömürcüoda/Şile düzenli deponi sahasından toplanan sızıntı sularının yüksek kütle transfer yeteneklerine sahip püskürtme çevrimli reaktör ile mikrofiltrasyon membran ünitesinin birleştirilmesiyle oluşturulan, püskürtme çevrimli membran biyoreaktörde arıtılabilirliliği araştırılmıştır.Bu amaçla sistemin değişik gaz (hava) ve sıvı (musluk suyu) debilerinde kütle transfer özelliklerini belirlemek için; hacimsel kütle transfer katsayısı (KLa) ve gaz tutulma (?) değerleri hesaplanmıştır. KLa ve ? artışı üzerinde hava debisinin, E/V'ye göre baskın olduğu görülmüştür.Püskürtme çevrimli reaktörde çözünmüş oksijen konsantrasyonunun homojen olmasından faydalanılarak sisteme ait kinetik ve stokiyometrik katsayılar, respirometrik yöntemle bulunmuştur. Bir sonraki adımda, püskürtme çevrimli membran biyoreaktörün sızıntı suyunu arıtma performansı farklı organik yüklemelerde KOİ, TKN ve NH3 konsantrasyonlarının değişimi takip edilerek incelenmiştir. Arıtım çalışmaları sırasında her bir organik yükleme için mikrofiltrasyon ünitesinin akıları belirlenerek membran kirliliği de incelenmiştir.Püskürtme çevrimli reaktörde, aktif çamur sistemlerinin işletilmesinde önemli bir problem olan toksisite, farklı konsantrasyonlarda ilave edilen Cd+2'nin solunum hızına olan etkisi incelenerek gerçekleştirilmiştir. Solunum hızı, konsantrasyon miktarındaki artmaya bağlı olarak azalmış ve % toksisite değeri de artmıştır.Sızıntı suyu, püskürtme çevrimli membran biyoreaktörde arıtıldıktan sonra alıcı ortam deşarj standardını sağlamadığı için iki farklı moleküler ağırlık engelleme sınırına sahip Nanofiltrasyon membranlarından filtre edilmiştir. Her iki nanofiltrasyon membranın akı grafiği çizilmiş ve zamana bağlı olarak KOİ, TKN ve NH3 konsantrasyon değişimleri belirlenmiştir. Ancak her iki nanofiltrasyon membran süzüntüsünün KOİ konsantrasyonlarının da alıcı ortam deşarj standardını sağlamadığı görülmüştür. Bu amaçla, püskürtme çevrimli membran biyoreaktör çıkışının çapraz akışlı mikrofiltrasyon-toz aktif karbon hibrit sisteminde değişik toz aktif karbon konsantrasyonlarında ve iki farklı gözenek çapına sahip mikrofiltrasyon membranı ile arıtılabilirliliği araştırılmıştır. Her bir TAK konsantrasyonu ve membran için akı grafikleri verilerek KOİ, TKN ve NH3 konsantrasyonları ölçülmüştür. 8 g TAK/L konsantrasyonunda çapraz akışlı mikrofiltrasyon-toz aktif karbon hibrit sistem süzüntüsünün alıcı ortam deşarj standardını sağladığı görülmüştür.

Abstract:
The treatibility of leachate, collected from Kömürcüoda/Şile waste landfill site, which was located in Istanbul and has been in operation since 1995, using the jet-loop membrane bioreactor which was formed using a jet-loop reactor, having high mass transfer abilities, together with a microfiltration membrane unit, was investigated.In order to determine the mass transfer characteristics of the system, the volumetric mass transfer coefficient (KLa) and gas hold-up (?) values were calculated using different gas (air) and liquid (tap water) flows. The air flow effect on KLa and ? increase was higher compared to E/V.The kinetic and stochiometric coefficients of the system were calculated respirometrically, since the dissolved oxygen concentration of the jet-loop membrane bioreactor is homogenous. In the next stage, the leachate treatment performance of the jet-loop membrane bioreactor at different organic loading values was investigated by observing the changes in COD, TKN and NH3 concentrations. During the treatability investigations, membrane fouling was also investigated by determining the flux values of the microfiltration unit for each organic loading value.The toxicity analysis, which is a quite important operational parameter for activated sludge systems, was also carried out by the investigation of the effect of Cd+2 addition on the respiration rate, at different concentrations. The respiration rate was decreased with an increase in Cd+2 concentration and the toxicity values were increased.Since the treated leachate by the jet-loop membrane bioreactor did not meet the receiving water discharge standards, the effluent was filtered using two different nanofiltration membrane having different molecular cut-off values. The flux values for each nanofiltration membrane were plotted and the changes in COD, TKN and NH3 concentrations were determined. It was observed that the COD concentrations of the permeate from the two nanofiltration membranes did not meet the receiving water discharge standards, similarly. For this purpose, the treatability of the effluent of the jet-loop membrane bioreactor was investigated using a hybrid system equipped with a cross-flow microfiltration membrane unit, having two different pore diameter, and a powdered activated carbon system, at different powdered activated carbon concentrations, so called a microfiltration-PAC hybrid system. The COD, TKN and NH3 concentrations were measured and the flux plots were given for each PAC concentration. It was determined that the receiving water discharge standards were met with 8 g PAC/L concentration using the microfiltration-PAC hybrid system.