Tekstil endüstrisi atıksularının anaerobik ve aerobik membran biyoreaktörlerle arıtılabilirliği ve tıkanma özelliklerinin incelenmesi

Yüksek renk içermeleri ve farklı karakterizasyona sahip olmaları nedeniyle alıcı ortamlar için büyük sorunlar teşkil eden tekstil endüstileri atıksuları, geleneksel aktif çamur sistemleri ile yeteri kadar arıtılamamaktadır. Özellikle de renk gideriminde bu sistemler yetersiz kalmakta ve deşarj standartlarını sağlayamamaktadır. Yapılan çalışmalarda özellikle azo boyaların gideriminde anaerobik koşulların önemi vurgulanmış olup, anaerobik süreçte oluşan aromatik aminlerin giderimi için ise aerobik koşulların gerektiği rapor edilmiştr. Ayrıca tekstil endüstrilerinde kullanılan yüksek hacimli suların ise proses suyu olarak tekrar kullanılabilirliği amacıyla membran proseslerinin yaygınlaşması beklenmektedir. Yapılan bu tez kapsamında, farklı koşullar altında tekstil endüstrisi atıksularının anaerobik ve aerobik membran biyoreaktörlerle arıtılması ve su geri kazanımı çalışılmıştır. Bu bağlamda iki farklı reaktör kurulmuş olup, dört farklı aşamada, farklı işletim koşullarında reaktörlerin arıtım ve filtrasyon performansları incelenmiştir. Bu aşamalarda sentetik atıksu kullanılmış olup, bu aşamaların devamında ise sisteme gerçek atıksu beslenerek arıtım ve filtrasyon performansı incelenmiştir. Birinci aşamada; anaerobik ve aerobik membran biyoreaktörler, azo boya (Remazol Brilliant Violet-5R, RBV-5R) içeren sentetik atıksu ile beslenmiş ve reaktörlerin arıtım performansları kıyaslanmalı olarak değerlendirilmiştir. Aynı zamanda benzer işletim koşulları altında anaerobik MBR ve aerobik MBR'lerin filtrasyon performansları da kıyaslanmıştır. Yapılan çalışmada her iki MBR'de de yüksek KOİ giderimleri elde edilmiştir. AnMBR'de renk giderimi yaklaşık olarak tamamen gerçekleştirilmiş olmasına karşılık AeMBR'de kısmi olarak renk giderimi (%30-50) gözlenmiştir. AnMBR, 9 LMH'lık akıya kadar başarılı bir şekilde işletilmiş olup, 4,5 LMH'lık akıda herhangi bir temizleme işlemi yapılmaksızın yaklaşık 50 gün boyunca işletilmiştir. AeMBR ise 20 LMH akıya kadar başarılı bir şekilde işletilmiştir. Geri dönüşümlü kirlenme hızları kıyaslanabilir olmasına rağmen, AnMBR'nin filtrasyon direncinin AeMBR'ye kıyasla oldukça yüksek olduğu gözlenmiştir. Yapılan kimyasal temizlemelerde her iki MBR'de de kirlenmenin çok büyük ölçekte giderildiği ve geri dönüşümsüz direncinin oldukça düşük olduğu gözlenmiştir. Kimyasal olarak temizlenmiş membranlara ait dirençlerin yeni membran dirençlerine oldukça yakın olduğu belirlemiştir. İkinci aşamada; reaktörler ardışık olarak işletilmeye başlanmış olup, AnMBR'nin çıkış atıksuları AeMBR'ye beslenmiştir. Ayrıca, tekstil endüstrilerinde bulunan bazı proseslerde tuz kullanılmakta olup, bu proseslerden çıkan atıksular, tekstil endüstrisi atıksularının yüksek iletkenliğe sahip olmalarına neden olmaktadır. Bu nedenle bu aşamada, ardışık olarak işletilen AnMBR ve AeMBR'nin çeşitli tuz konsantrasyonları (0-1000 mg/L NaCl) altında performansları değerlendirilmiştir. AnMBR'de çok yüksek KOİ (%90'a kadar) ve renk (>%99) giderimleri elde edilmiş olup, tuzluluk artışı reaktör performansını önemli derecede etkilememiştir. Ancak her iki MBR'de de biyokütle konsantrasyonu düşmüştür. AnMBR çıkışında kalan KOİ'nin AeMBR'de giderilmiş olmasına karşılık, boya konsantrasyonu aromatik aminlerin otooksidasyonu nedeniyle artmıştır. Ancak AnMBR'de oluşan aromatik aminin büyük bir kısmı AeMBR'de oksidasyon ile giderilmiştir. Jel Permeasyon kromotografisi analizleri AnMBR'de yüksek molekül ağırlığına sahip organiklerin oluştuğunu ve bunların membran yüzeyinde gelişen kek/jel tabakasında tutulduğunu göstermiştir. Ayrıca tuzluluk organiklerin moleküler ağırlık dağılımını da önemli ölçüde etkilemiştir. Membran kek yüzeyinde oluşan dışsal membran kirleticilerinde göreceli olarak büyük organik moleküller saptanmıştır ki bu organikler zayıf bağlı EPS'lerden kaynaklanabilir. AnMBR ve AeMBR, sırasıyla 4,2 LMH ve 8,1 LMH'lik akıda işletildiklerinde uzun süreli olarak herhangi bir temizlemeye ihtiyaç duyulmaksızın düşük basınçta kalmışlardır. Membranları fiziksel olarak temizlemeye yarayan gaz geri devrinin hızı, AnMBR'de basınç değerini önemli ölçüde etkilemiştir. Ayrıca birinci aşamaya benzer şekilde bu aşamada da kimyasal temizleme işlemi irreversible kirlenmeyi tamamen gidermiş olup, geri dönüşümsüz kirlenmenin çok düşük olduğu tespit edilmiştir. Üçüncü aşamada ise sülfat konsantrasyonu yüksek tekstil endüstrisi atıksularını simüle etmek amacıyla, girişe sülfat ilavesi yapılarak ardışık sülfat indirgeyen anaerobik ve sülfür oksitleyen aerobik membran biyoreaktörlerin 1000- 2000 mg/L KOİ, 500- 1000 mg/L NaCl, 500- 1500 mg/L sülfat ve 200 mg/L Remazol Brilliant Violet 5R (RBV-5R) içeren sentetik tekstil endüstrisi atıksuyu arıtım ve filtrasyon performanları değerlendirilmiştir. Her iki MBR'nin çamur ve filtrelenebilirlik özellikleri, kapiler emme zamanı, spesifik filtrasyon direnci ve süzüntü filtre edilebilirlik testi ile değerlendirilmiştir. Her iki MBR'nin kirletici ve tıkanma karakteristikleri de çözünür organiklerin jel geçirgenlik kromotografik analizi, kek tabakasının SEM-EDS analizleri ve gerek temiz gerekse tıkanmış membranların optik profilometre analizleri ile incelenmiştir. Sülfat indirgeyen anaerobik MBR'de KOİ giderim verimi %80- 85 seviyesinde kalmıştır. Sülfat indirgeme verimi doğrudan KOİ/sülfat oranına bağlı bulunmuştur. Anaerobik MBR'de rengin yaklaşık olarak tamamının giderimi sağlanırken, aerobik MBR çıkışında aromatik aminlerin oto-oksidasyonu neticesinde renk konsantrasyonu artmıştır. SEM-EDS çalışmaları anaerobik MBR'de membran üzerindeki kek tabakasının daha kalın ve daha az gözenekli olduğunu ortaya koymuş ve her iki MBR'de de farklı inorganik çökelekler tespit edilmiştir. Organik ve inorganik kirleticiler ile oluşan tıkanıklığın giderilmesinde NaOCI ve asit ile yapılan temizlik oldukça etkili bulunmuştur. Çalışmanın son aşamasında ise gerçek tekstil endüstrisi atıksularının arıtılması incelenmiştir. Karışık tekstil endüstrisi atıksularının bulunduğu bir organize sanayi bölgesinden getirilen atıksudaki KOİ konsantrasyonu 600 50 mg/L olup, renk konsantrasyonu ise 400- 800 Pt-Co gibi geniş bir aralıkta değişmiştir. Getirilen gerçek atıksu reaktöre beslenmiş olup, AnMBR'nin arıtım ve filtrasyon performansı incelenmiştir. Membran performansının yanı sıra GPC ve FT-IR analizleri yapılarak tıkanmaya neden olabilecek kirleticilerin karakterizasyonu yapılmıştır. Yapılan çalışmada AnMBR'de %85'lik KOİ giderim verimleri elde edilmiştir. Renk gideriminde ise maksimum %77'lik verim elde edilmiş olup, çalışma genelinde yaklaşık olarak %55'lik giderim verimine ulaşılmıştır. Yapılan GPC ölçümlerinde özellikle kek tabakası numunesinde yüksek molekül ağırlıklı (~10000 kDa) kirleticiler saptanmıştır. Reaktör içi ve süzüntüden yapılan analizlerde ise reaktör içi numunesinde rastlanılan yüksek molekül ağırlıklı (~9200 kDa) kirleticilere süzüntü numunesinde rastlanmamış olup, membran tarafından tutulduğu tespit edilmiştir. AnMBR ortalama 4,10 0, 7 LMH akıda işletilmiş olup, bu akıda membranlara uygulanan haftada bir bakım temizlemesi ile reaktör başarılı bir şekilde işletilmiştir. Yaklaşık olarak aynı işletim koşullarında membranlara uygulanan kimyasal ve fiziksel temizleme sonrasında sırasıyla 0,038 mbar/dk ve 0,087 mbar/dk kirlenme hızları elde edilmiş olup, fiziksel temizleme sonrasında kirlenme hızının çok daha fazla olduğu görülmüştür. Sonuç olarak, AnMBR prosesinin tekstil endüstrisi atıksu arıtımında kullanım potansiyelinin yüksek olduğu ve gerek yüksek tuzluluk ve gerekse yüksek sülfat konsantrasyonlarda dahi prosesin yüksek performans gösterdiği belirlenmiştir. AnMBR'den sonra bir aerobik proses gerekmekte olup, hem üretilen aromatik aminlerin hem de suda kalan organiklerin giderimi sağlanmalıdır.