Fabrication of forward osmosis membrane and its application after membrane bioreactor

Su hayatın temelidir. Sürdürülebilir bir yaşam için güvenli, yeterli ve ulaşılabilir su temini hem modern şehirler hem de küçük yerleşim birimleri için oldukça önemlidir. Ancak, nüfus artışı and sulama, gıda üretimi ve diğer endüstriyel faaliyetler gibi insan aktiviteleri hava, su ve toprak yapısında etkiler ağırlaşan etkiler bırakmaktadır. Bir gelecek yatırımı olarak, bu çevresel etki suyun arıtılmasını ve tekrar kullanımını sağlayarak kısıtlanmalıdır. Konvansiyonel atıksu arıtım sistemleri suyun arıtılmasını sürdürülebilir olarak sağlamayabilir. Bu sürdürülebilirlik konsepti, çevresel etkiyi azaltmak için daha gelişmiş ve enerji dostu sistemler gerektirir. Bu problemin çözümünde membran filtrasyon ve membran biyoreaktörler çözüm olabilir. Ancak su NF, UF ve ters osmoz gibi membran sistemlerinin temel enerji gideri basınç nedeniyle olmaktadır. İleri osmos uygulaması bir basınç sürücülü system değildir ve doğal bir olay olan osmozu taklit eder. Çekme çözeltisi yüksek konsantrasyona sahip bir tuz çözeltisidir. FO sisteminde su çekme çözeltisinden besleme çözeltisine doğru yani yoğunluğu düşürülmek istenen çözeltiye doğru hareket eder. Bu hareket sırasında, membran çekme çözeltisinden beslemem çözeltisine doğru hareket etmek isteyen tuza ve aynı zamanda besleme çözeltisindeki kirleticilerin çekme çözeltisine doğru hareketine karşı koyar. Sonuç olarak kütle transferi bu sistemde tek yönlüdür. FO bir osmotik sürücülü sistemdir ve dışardan bir basınç sürücüsü gerektirmez. Bu özelliği ile enerji ihtiyacı diğer NF, RO gibi diğer sistemlere göre daha azdır. Düşük hidrolik basınç nedeniyle MBR içi kullanımında membran kirlenme problemleri azdır. Bu tez yüksek performanslı ince film kompozit elektrospun ileri osmoz membranı üretilmiş ve harici membran bioreaktör üzerinde arıtma performansı incelenmiştir. Bu tezde, yüksek FO performansı elde etmek amacıyla elektrospin memran üretim yöntemi kullanılmıştır. Sülfonlanmış polisülfon çözeltisi dimetilasetilamid çözücüsüyle hazırlanmıştır İnce film kompozit polyamid kaplama elektrospin yöntemiyle üretilen destek tabakası üzerine kaplanmıştır. İnce film kaplama tekniğinde organic çözücüde çözülmüş trimesoylchloride ve inorganic çözücüde çözülmüş m-Phenylenediamine çözeltisi kullanılmıştır Bu tezde, 113Y 356 numaralı TUBITAK tezi doktora çalışması kapsamında üretilen ve patentlenen bir membranın üretim şartları değiştirilirek geliştirilen bir membran üreilmiştir. Membranın FO performansının belirlenmesi için karakterizasyon çalışması gerçekleştirilmiştir. Üretilen membranın saf su ters tuz akısını belirlemek amacıyla ileri osmoz hücresi içine membrane yerleştirilerek saf su ve 0,5 M NaCl çözeltisi kullanılarak ölçümler yapılmıştır. İleri osmoz performansının belirlenmesinde bir indikatör olarak SEM görüntelemesi, su ve ters tuz akı ölçümleri, fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi ve temas açısı ölçümleri yapılmıştır. TFC FO membranın atıksu arıtma peformansının belirlenmesi amacıyla, membran bioreaktör işletilen ultrafiltrasyon membran süzüntüsü FO laboraturar ölçekli sisteminde işletilmiştir. UF süzüntüsü besleme çözeltisi olarak kullanılmıştır. MBR'de ticari UF membranı kullanılmıştır Ticari UF membrane modül haline getirilerek dahili olarak işletilmiştir. AKM/UAKM, pH, sıcaklık, ORP ve DO değerleri aktif çamur içerisindeki mikroorganizmaların faaliyetlerinin izlenmesi amacıyla SCADA sistemi ile sürekli takip edilmiş ve kaydedilmiştir. MBR yüksek kirlilikte sentetik atıksu ile beslenmiştir. Çamurun aklimasyonunu sağlamak amacıyla reaktör 6 ay öncesinden işletilmeye başlanmış ve çamur atımı yapılmamıştır. Biyoreaktör sonsuz çamur yaşıyla işletilmiştir.. UF prosesinde her bir döngü ortalama 2 saat sürmüştür. Döngü bitiminde UF çıkışından numuneler alınmıştır. Uf çıkışından alınan numuneler FO sisteminde besleme çözeltisi olarak işletilmiştir. 42500 S/cm iletkenliğe sahip 0,5 M NaCl çözeltisi çekme çözeltisi olarak kullanılmıştr. FO sistemi 20 döngü işletilmiştir FO sisteminde her bir döngü 1 L çekme çözeltisi ve 1 L besleme çözeltisi ile başlatılmıştır. Her bir döngü çekme çözeltisi 1,5 L hacime gelene kadar işletilmiştir ve döngü sonlarında numuneler alınmıştır. Aynı zamanda su ve ters tuz akılarının grafikleri draw solution ağırlığı ve hem besleme hem de çekme çözeltilerinin iletkenliklerinin anlık olarak ölçülmesiyle oluşturulmuştur. Bu tez kapsamında sonuç olarak 120 L/m2/h saf su akısı ve 0,3 g/m2/h ters tuz akısına sahip FO membrane UF çıkış suyu ile çalıştırıldığında ise 92 L/m2/h su akısı ve 0,6 g/m2/h ters akısına sahip ileri osmoz membrane üretilmiştir. İleri osmoz sistemine toplamda 3 kez hidrolik yıkama uygulanmıştır. İO hücresinde kullanılan membrane hidrolik yıkamadan zarar gördüğünden dolayı 1 kez değiştirilmiştir. Değişen membranın saf su ve ters tuz akısı tekrar incelenmiştir. Hem UF hem de FO çıkış sularının kalitelerini belirlemek amacıyla, kimyasal oksijen ihtiyacı, bulanıklık, toplam fosfor ve toplan azot değerleri ölçülmüştür. Organik madde giderimi UF çıkışında %98 olarak başarılmıştır. Çıkış değeri ortalama 21 mg/L civarındadır. İleri osmoz sistemi çıkışında ise kimyasal oksijen ihtiyacı ortalama 18 mg/L olarak ölçülmüştür. Giderim verimi %14 ile sınırlı kalmıştır. Sistemin toplam KOİ giderim verimi ise %98, 6 olarak belirlenmiştir. Toplam azot değeri besleme atıksuyunda ortalama 49 olarak ölçülmüştür. UF çıkışında ise bu değer 35 mg/L'ye indirilebilinmiştir. UF sisteminin ortalama toplam azot giderim verimi %30 civarındadır. FO sisteminde ise UF ssiteminden daha yüksek bir azot giderim performansı belirlenmiştir. FO çıkışında ölçülen toplam azot değeri 5 mg/L civarındadır. Giderim verimi ise %85' tir. Sistemin toplam azot giderim verimi %93 civarındadır. Toplam kjeldahl azotu değeri besleme atıksuyunda 41 mg/L olarak ölçülmüştür. UF çıkışında TKN değeri 0,2 mg/L'dir. UF sisteminin TKN giderim performansı %99 civarındadır. FO çıkışında ölçülen TKN değeri ise 0,1 mg/L civarındadır. Nitrate değeri besleme atıksuyunda 0,2 mg/L olarak ölçülmüştür. Biyoreaktörde azotun nitrata çevirilmesi sonucunda UF çıkışında nitrat değeri 34 mg/L civarındadır. FO sisteminin çıkışında ölçülen nitrat değeri 4,6 mg/L civarındadır. Sistemin toplam nitrate giderim verimi %86 civarındadır. Besleme atıksuyunda ölçülen nitrit değeri 0,354 mg/L'dir. Bu değer UF çıkışında 0,036 mg/L'dir. FO çıkışında ise nitrit 0,007 mg/L olarak ölçülmüştür ve FO sisteminin nitrit giderim verimi %80 civarındadır. Toplam fosfor besleme atıksuyunda 30 mg/L olarak ölçülmüştür. UF çıkışında TP değeri 8 mg/L'dir. UF sisteminin TP giderim verimi %77 olarak belirlenmiştir. FO çıkışında ise TP değeri 0,8 mg/L civarındadır. FO sisteminin TP giderim verimi %89 olarak, toplam sistemin TP giderimi ise %97 olarak belirlenmiştir. Besleme atıksuyunda ölçülen bulanıklık değeri 107 ntu civarındadır. UF bulanıklık gideriminde yüksek bir performans göstermiş ve UF çıkışında elde edilen bulaıklık değeri 2 ntu civarındadır. Toplam system bulanıklık değerini %99 verimle gidermeyi başarmıştır