Aerobik membran biyoreaktörlerde farklı karbon/azot oranına sahip atıksuların arıtımı ve aktif çamur özelliklerinin değişimi

Evsel ve endüstriyel atıksularının arıtımında batık membran biyoreaktörlerin kullanımı son yıllarda ciddi bir şekilde artış göstermiştir. MBR'lerde membran tıkanmasını etkileyen pek çok bileşen olmasına karşın en önemli membran kirleticileri, mikroorganizmalar tarafından salgılanan hücre dışı polimerik maddeler ve çözünmüş mikrobiyal ürünlerdir. EPS bileşenlerinin üretimi, atıksuyun karbon/azot oranından önemli derecede etkilenmektedir. EPS ve SMP konsantrasyonları da özellikle flok oluşumunu, flok boyutunu, aktif çamur floklarının göreceli hidrofobisitesini ve zeta potansiyelini etkilemektedir. Ayrıca EPS'ler MLSS konsantrasyonu ile birlikte aktif çamurun reolojik özelliklerini de değiştirmektedir. Bu çalışmada, farklı çamur yaşlarında ve her bir çamur yaşında 3 farklı C/N oranında atıksu ile işletilen bMBR'lerde membran kirlenmesinde birincil bileşen olan EPS ve SMP konsantrasyonlarının aktif çamur reolojisi üzerindeki etkileri ve membran kirlenmesine etkileri araştırılmıştır. Çalışmanın ilk periyodunda giriş atıksuyunun değişkenliğini önlemek ve elde edilecek sonuçların birbiriyle karşılaştırılmasını kolaylaştırmak maksadıyla birbirine paralel işletilen üç bMBR sisteminde C/N oranı 6, 21 ve 40 olan sentetik atıksular ile dört farklı çamur yaşında (20, 40, 80 ve 5 gün) işletme çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Sentetik atıksu çalışmalarında bMBR'ler dört farklı çamur yaşı için 20 L etkin işletme hacminde ve yaklaşık 1, 2 kg/m3. gün organik yükleme oranında 364 gün işletilmiştir. Her bir SRT değerinde bMBR'lerde kararlı hal şartlarına ulaşıldıktan sonra EPS ve SMP bileşenlerinin protein ve karbonhidrat fraksiyonları, aktif çamur göreceli hidrofobisitesi, flok boyut dağılımı, zeta potansiyeli ölçümleri, gönünür viskozite ölçümleri ve reolojik analizler ile kritik akı ve membran kirlenme oranı belirleme çalışmaları gerçekleştirilmiştir. bMBR'lerde KOİ giderim verimleri atıksu C/N oranından bağımsız olarak %96'nın üzerinde bulunurken NH3-N giderim verimleri ise SRT 20, 40 ve 80 gün için %94'ün üzerinde tespit edilmiştir. SRT 5 gün için ise NH3-N giderim verimleri %87 civarında bulunmuştur. Kararlı hal şartlarında aktif çamurdan ekstrakte edilen EPS'nin protein fraksiyonu atıksu C/N oranı artışıyla birlikte azalırken, EPS'nin karbonhidrat fraksiyonu artmıştır. Süpernatanttaki SMP protein konsantrasyonları farklı C/N oranlarında birbirine yakın bulunurken, SMP karbonhidrat konsantrasyonları atıksu C/N oranının artışı ile birlikte artmıştır. Aktif çamur görünür viskoziteleri ise C/N oranının ve SRT'nin artışı ile artış göstermiştir. Aktif çamurun ortalama flok boyutu ise C/N oranı artışı ile birlikte genel olarak artarken SRT artışı ile birlikte azalmıştır. Zeta potansiyelleri ise atıksu C/N oranının artışı ile birlikte genel olarak negatif yönde artış gösterirken, göreceli hidrofobisite değerleri C/N oranının ve SRT'nin artışı ile beklendiği üzere azalmıştır. bMBR'lerde MFR'ler C/N oranının artışı ile artarken, her bir C/N oranında SRT artışı ile azalmıştır. Sentetik atıksu çalışmaları ve bunlara ait istatistiksel analiz sonuçları göz önünde bulundurularak bir değerlendirme yapıldığında çalışmanın ikinci periyodunda yapılacak olan gerçek atıksu çalışmalarının SRT 40 gün değerinde gerçekleştirilmesine karar verilmiştir. Gerçek atıksu çalışmaları etkin hacmi 10 L bMBR'de evsel, süt endüstrisi ve kağıt endüstrisi atıksuları için organik yük sırasıyla 1, 2 kg/m3. gün, 7,48 kg/m3. gün ve 7 kg/m3. gün değerlerinde yaklaşık 100 gün boyunca sürdürülmüştür. Kararlı hal şartlarında evsel atıksu ile beslenen bMBR'de %90 KOİ ve %80 NH3-N giderim verimlerine, süt endüstrisi atıksuyu ile beslenen bMBR'de %99 KOİ ve %85 NH3-N giderim verimlerine ve kağıt endüstrisi atıksuyu ile beslenen bMBR'de %93 KOİ ve %98 NH3-N giderim verimlerine ulaşılmıştır. Gerçek atıksular ile elde edilen sonuçlar sentetik atıksular ile paralellik göstermesine karşın membran tıkanması açısından gerçek atıksularda daha fazla membran tıkanma oranları gözlenmiştir. Bunun nedeni olarak kullanılan gerçek atıksuların tümünde sentetik atıksulara kıyasla çok daha fazla inorganik çözünmüş maddelerin var olması ve membran üzerinde mikrobiyal tıkanmanın yanı sıra inorganik tıkanmanın da söz konusu olduğu düşünülmüştür. Sonuç olarak, endüstriyel bir MBR işletiminde dikkat edilmesi gereken en önemli husus olarak atıksu C/N oranının uygun bir şekilde ayarlanması, nütrient azlığı tespit edilmesi durumunda bunun giderilmesi yönünde tedbirlerin alınması gerekliliği ortaya konmuştur. İstatistiksel analiz sonuçları, membran tıkanma oranına viskozitenin, C/N oranının, SRT ve karışık sıvıdaki askıda katı madde parametrelerinin ağırlıklı bir etkisi olduğunu ortaya çıkarmıştır.