Performance of sequencing batch reactor for nutrient removal as functions of operating variables

Ardışık zamanlı kesikli reaktörler atıksulardan Öncelikle KOİ ve fosfat giderimi için kullanılmışlardır. Doğal su sistemlerine yapılan nutrient deşarjlarındaki son düzenlemelerle KOİ ve fosfat giderimi yanında nitrifikasyon ve denitrifikasyon ile azot giderimi de zorunlu kılınmıştır. Ardışık zamanlı kesikli reaktörde arıtma, aynı reaktör içerisinde doldurma, reaksiyon, çökeltim, boşaltma ve dinlendirme basamaklarım içeren ardışık işletmeyi içerir. Biyolojik nutrient giderimi istenildiğinde, reaksiyon çevrimindeki basamaklar belli sayı ve sırada anaerobik, anoksik ve oksik fazlar sağlanarak gerçekleştirilir. Ardışık zamanlı kesikli işletmelerde biyolojik oksidasyon ve çökeltme için aynı reaktör kullanıldığından, yatırım ve işletme masrafları klasik aktif çamur sistemlerine göre daha düşüktür. Bu nedenle, ardışık zamanlı kesikli reaktör işletmeler kırsal alanlardaki küçük hacimli atıksularm arıtılması için daha avantajlı olabilir. Bu tez çalışması, AZKR'de biyolojik nutrient giderimi üzerine farklı basamak sayılarının, farklı hidrolik alıkonma süreleri, farklı çamur yaşlan, farklı karbon kaynakları, farklı atıksu kompozisyonu ve farklı özgül nutrient yükleme hızlarının etkilerini araştıran altı ana bölümden oluşmaktadır. Birinci bölümde üç, dört ve beş basamak içeren üç farklı işletme kullamlarak, biyolojik nutrient giderme performansları karşılaştınlmıştır. Bu işletmeler sırasıyla üç basamaklı, anaerobik/ anoksik/ oksik işletme; dört basamaklı, anaerobik/ anoksik/ oksik/ anoksik işletme ve beş basamaklı, anaerobik/ anoksik/ oksik/ anoksik/ oksik işletmelerdir. İşletme basamaklarının, KOİ, azot (NH4-N, NO3-N) ve fosfat giderme (PO4-P) verimleri üzerine etkileri incelenmiştir. KOİ, azot ve fosfatın biyolojik giderimi 10VII günlük çamur yaşında gerçekleştirilmiştir. En iyi nutrient ve karbon giderim verimleri beş basamaklı işletme kullanılarak elde edilmiştir. Beş basamaklı işletmede KOİ, NH4-N ve P04-P giderim verimleri sırasıyla %94, % 90 ve % 57 olarak bulunmuştur. Çalışmanın ikinci kısmında, ardışık kesikli işletme ile sentetik atıksudan nutrient giderimi farklı hidrolik alıkonma sürelerinde incelenmiştir. Bu aşamada beş basamaklı işletme kullanılmış çamur yaşı 10 günde sabit tutularak, her basamağın hidrolik alıkonma süreleri değiştirilmiştir. KOİ, azot (NH4-N, NO3-N) ve fosfat (PO4-P) giderme verimleri üzerinde her fazın hidrolik alıkonma sürelerinin etkileri araştırılmıştır. Her fazın hidrolik alıkonma süresi beş farklı seviyede değiştirilmiş ve maksimum nutrient giderme verimiyle sonuçlanan en uygun alıkonma süresi bulunmuştur. Gözlenen en yüksek KOİ, azot (NH4-N ve NO3-N) ve fosfat (PO4-P) giderme verimleri sırasıyla 96%, 87%, 81% ve 90% olup An/ Ax/ Ox/ Ax/ Ox fazlan için 2/1/ 4.5/ 1.5/ 1.5 saatlik alıkonma sürelerinde elde edilmiştir. Üçüncü bölümdeki çalışmalarda ardışık kesikli işletme ile sentetik atıksudan nutrient giderme verimi üzerine çamur yaşının etkileri incelenmiştir. Kullanılan nutrient giderme prosesi beş basamaklı olup anaerobik, anoksik I, oksik I, anoksik II, oksik II ve çökeltme fazlarım içermektedir. Bahsedilen fazların hidrolik alıkonma süreleri 2/ 1/ 4.5/ 1.5/ 1.5 saatlerde sabit tutulmuştur. Çökeltme fazı tüm deneylerde Vı saattir. Çamur yaşı 5 ile 30 gün arasında attı farklı seviyede değiştirilmiştir. KOİ, azot (NH4-N, NO3-N) ve fosfat (PO4-P) giderimi üzerinde çamur yaşının etkisi araştırılmış ve maksimum nutrient giderme verimiyle sonuçlanan optimum çamur yaşı deneysel olarak bulunmuştur. En yüksek KOİ (%94), NH4-N (%84) ve P04-P (%70) giderme verimleri 10 günlük çamur yaşında elde edilmiştir. 15 günlük çamur yaşlarından daha büyük çamur yaşlarında, 10 günlük ya da 15 günlük çamur yaşlarına göre daha düşük nutrient giderme verimleri elde edilmiştir. On günlük çamur yaşında, minimum çamur hacim indeksi 55 mL/g' dır. Biomass konsantrasyonu 30 günlük çamur yaşında 3500 mg/L olup çamur yaşıyla yükselmiştir. Bu sonuçlara göre, 10 günlük çamur yaşı maksimumVIII nutrient giderme verimleri ve minimum çamur hacim indeksi veren en uygun çamur yaşı olarak bulunmuştur. Çalışmanın dördüncü kısmında, üç basamaklı ardışık kesikli işletme ile sentetik atıksudan nutrient (KOİ, NH4-N, PO4-P) giderimi için farklı karbonhidrat ve organik asit bileşikleri karbon kaynağı olarak kullanılmıştır. Anaerobik, anoksik ve oksik fazlardaki alıkonma süreleri 2/ 1/ 4.5 saat olarak ayarlanmıştır. Karbonhidrat kaynağı olarak glukoz, laktoz, sukroz, maltoz ve glukoz / maltoz (50/50) karışımı kullanılmış ve çamur yaşı 10 günde sabit tutulmuştur. Glukoz kullanıldığında KOİ, NH4-N ve PO4-P giderme verimleri sırasıyla %96, %99 ve %94 olmuş ve glukozun en uygun karbonhidrat kaynağı olduğu bulunmuştur. Sakkaroz kullanıldığında elde edilen nutrient giderme verimleri glukozla elde edilen değerlere yakın bulunmuştur. Deneylerin ikinci kısmında, glukozla organik asitler, 50/50 oranında karıştırılarak sistemin nutrient giderme performansı incelenmiştir. Glukoz ve asetik asit 50/50 oranında karıştırıldığında KOİ, NH4-N ve PO4-P giderme verimleri sırasıyla %93, %97 ve %96 olarak bulunmuştur. Glukoz-sitrik asit (50/50) karışımı da karşılaştırılabilir nutrient giderme verimleriyle sonuçlanmıştır. Farklı glukoz / asetik asit oranlarında sistemin nutrient giderme performansı daha düşük olmuştur. Çalışmanın beşinci kısmında, sentetik atıksudan nutrient giderimi beş basamaklı ardışık kesikli reaktörde nutrient ortamı kompozisyonunun bir fonksiyonu olarak incelenmiştir. Nutrient giderme prosesi anaerobik, anoksik, oksik, anoksik, oksik fazlan içermiştir. Adı geçen fazların hidrolik alıkonma süreleri sırasıyla 2/1/ 4.5/ 1.5/ 1.5 saatlerde sabit tutulmuştur. Tüm deneylerde çamur yaşı ve çökeltme süresi sırasıyla 10 gün ve Vz saatte sabit tutulmuştur. Başlangıç kimyasal oksijen ihtiyacı 1200 mg/L'de sabit tutularak nutrient ortamında KOİ / N ve KOİ / P oranlan bağımsız değişkenler olarak dikkate alınmıştır. Box-Wilson istatistiksel deney tasannu kullanılarak KOİ, NH4-N, PO4-P giderme verimleri üzerine bağımsız değişkenlerin etkileri incelenmiştir. Sonuçlar bir cevap fonksiyonu üe doğrulanarak gerekli katsayılar regresyon analizi ile hesap edilmiştir. MaksimumIX KOl, NH4-N ve PO4-P giderme verimleri, KOI / N / P oranının 100 / 2 / 0.54 olduğu durumda %95 KOI, %94 NH4-N ve %99 P04-P giderimi olarak elde edilmiştir. Çalışmanın son kısmında, ardışık zamanlı kesikli işletme ile sentetik atıksudan nutrient giderimi farklı özgül nutrient yükleme hızlarında incelenmiştir. Ardışık zamanlı kesikli reaktörde nutrient giderimi beş basamaklı, anaerobik, anoksik, oksik, anoksik ve oksik fazları içeren prosesle gerçekleştirilmiş ve hidrolik alıkonma süreleri sırasıyla 2/1/ 4.5/ 1.5/ 1.5 saatlerde sabit tutulmuştur. Tüm deneylerde, çökeltim süresi 45 dakikada sabit tutulmuştur. Başlangıç KOİ konsantrasyonu 600 ile 4800 mg/L arasında sekiz farklı seviyede değiştirilmiş KOİ / N / P oram 100 / 3.33 / 0.7' de sabit tutulmuştur. Nutrient giderme verimleri artan nutrient yükleme hızlarıyla azalmış ve çıkış nutrient değerleri buna karşılık artmıştır. En yüksek KOİ (%99), NH4-N (%99) ve P04-P (%97) giderme verimleri başlangıç KOİ konsantrasyonunun 600 mg/L ve KOİ yükleme hızı yaklaşık 40 mg KOİ / g biomass. saat olduğunda elde edilmiştir. Ancak, çamur hacim indeksi, yaklaşık 86 mg KOİ/g biomass. saat KOİ yükleme hızında, minimum 46 mL/g olarak bulunmuş ve ÇHİ, artan KOİ yükleme hızıyla azalmıştır. Biyokütle konsantrasyonu, 86 mg KOİ/g biomass. saat KOİ yükleme hızında 3.84 g/L olarak bulunmuş ve artan özgül nutrient yükleme hızıyla yükselmiştir. özetle, sentetik atıksudan nutrient giderimi ardışık zamanlı kesikli reaktör kullanılarak ayrıntılı olarak incelenmiş; beş basamaklı işletme ve 10 günlük çamur yaşı en yüksek nutrient giderimi sağlayan en uygun işletme koşullan olarak bulunmuştur. Her basamağın hidrolik alıkonma süreleri, giriş atıksuyun bileşimi ve özgül nutrient yükleme hızlarının nutrient giderim performansı üzerine etkileri incelenmiş ve nutrient gideriminin en yüksek olduğu şartlar bulunmuştur.