Nanomalzemeler kullanılarak üretilen düzplaka membranların ve membran biyoreaktörlerde kullanılması ve biyokirlenme davranışları

Arıtma sistemlerinde membran proseslerinin kullanılmasındaki en büyük sorun membran kirlenmesidir. Son 20 yılda literatürde membran sistemleri ile ilgili olarak birçok çalışma yapılmıştır. Kirlenme, membran yüzeyinin veya gözeneklerinin askıda katı maddeler, partiküller veya kolloidler tarafından kontrolsüz bir şekilde tıkanmasıdır. İçme suyu veya doğal sularda kullanılan membran sistemlerinde, kirlenmeye kolloidal maddeler sebep olurken, atıksu arıtımında özellikle aktif çamur sistemine entegre edilen membran sistemlerinde kirlenmeye hem bakteriyel hücreler hem de hücre dışına salgılanan kolloidal maddeler sebep olmaktadır. MBR sistemlerinde ayırımı gerçekleştirilecek olan süspansiyonun canlı materyaller içermesi kirlenme problemini daha da zorlaştırmaktadır. Membranların biyolojik olarak kirlenmesinin incelendiği birçok çalışmada, kirlenme problemini etkileyen faktörler üç ana başlık altında toplanmıştır; besi-biyokütle özellikleri, işletme şartları ve membran özellikleri. Biyokütle ve besi özelliklerinin etkisinin incelendiği çalışmalarda özelikle bakteriler tarafından üretilen hücre dışı çözünmüş veya bağlı polimerik materyallerin ana kirleticiler olduğu tespit edilmiştir. Dolayısıyla bu başlık altında yürütülen çalışmalar, genellikle giriş atıksuyunun özellikleri ile bakterinin ürettiği bu ürünler arasındaki ilişkiyi temel almaktadır. İşletme şartlarının incelendiği çalışmalarda ise çamur yaşı, havalandırma hızı veya hidrolik bekletme süresinin etkileri incelenmiştir. Bu çalışmalar kirlenme mekanizmasının belirlenmesi açısından önemli bilgiler vermiştir. Ancak kesin sonuçlara varmak zordur. Çünkü değişen reaktör şartlarında kirlenmeye neden olan parametreler de değişiklik göstermektedir. Bunun yanında büyük ölçekli kullanımlarda özellikle işletme şartlarını değiştirmek diğer başka problemlere sebep olmaktadır. Membran özelliklerinin incelendiği çalışmalar bu iki başlık altında gerçekleştirilen çalışmaların yanında oldukça az sayıdadır. Çünkü ticari olarak MBR sistemlerinde kullanılacak olan membran tipleri oldukça kısıtlıdır ve bu membran tipleri ile de çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Son 1-2 yılda kirlenme ile ilgili çalışmalar membran materyalinin özelliklerinin kirlenmeyi önleyecek şekilde modifiye edilmesine doğru yönelmiştir. Bu konuda yapılan çalışmalarda kendi içinde bölümlere ayrılmıştır. Bunlar, ticari membranların yüzey özelliklerinin fiziksel veya kimyasal yöntemler ile değiştirilmesi ve membran yüzeyinin çeşitli ara malzemeler ile kaplanması ve çeşitli ek maddeler ile membran üretimidir. Şu ana kadar membran özelliklerinin değiştirilmesi ile ilgili yapılan bu çalışmalar olumlu sonuçlar vermiştir. Bu noktadan hareketle, nanoteknoloji alanındaki gelişmelere bağlı olarak membranların nanomateryal ilavesiyle üretilmesi ve üretilen bu membranların aktif çamur ortamında denenmesi bu tezin genel amacını oluşturmaktadır. Deneyler üç aşamada gerçekleştirilmiştir. İlk olarak üç farklı membran malzemesi (polisülfon, polietersülfon ve selüloz asetat ve beş farklı nanomateryal (gümüş, titanyum oksit (TiO2), alüminyum oksit (Al2O3), silikon dioksit (SiO2) ve karbon nanotüp ile düz-plaka membran üretimi optimize edilmiş ve en uygun nanomateryal konsantrasyonu tespit edilmiştir. İkinci aşamada, seçilen nanomateryal oranlarında üretilmiş membranlar klasik filtrasyon sisteminde gerçek aktif çamur ortamında denenmişlerdir. Deneylerin son aşamasında ise seçilen en uygun polimerli üç nanomateryalli membranlarda büyük ölçekte üretilmiş ve laboratuar ölçeğinde dizayn edilmiş Membran Biyoreaktör sisteminde uzun süreli test edilmişlerdir. Ayrıca son aşamada membranların kimyasal yıkama performansları üç farklı temizleme çözeltisi ile belirlenmiştir.