Sabit kolon reaktörlerinde atıksuların denitrifikasyonu

Doktora Tezi SABİT KOLON REAKTÖRLERİNDE ATIKSULARIN DENİTRİFİKASYONU Bünyamin KARAGÖZOĞLU Cumhuriyet Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Çevre Mühendisliği Anabilim Dalı Danışman : Prof. Dr. İbrahim PEKER Atıksu arıtımında kullanılan geleneksel sistemlerde, karbonlu ve azotlu atıkların uzaklaştırılmasında hareketsiz konuma getirilmiş ve askıda üreyen mikroorganizmaların etkinliğinden yararlanılmaktadır. Endüstriyel tesislerde ve kısmi arıtma ile sonuçlanmış kanalizasyon atıksularındaki organik ve inorganik kirliliklerin uzaklaştırılmasında, hareketsiz konuma getirilmiş hücreler önemli rol oynamaktadır. Sabit yataklı biyofılm reaktörleri, biyofılmi taşımaya yarayan sabit dolgu malzemesi ile doldurulmuş reaktörler olup, evsel ve endüstriyel atıksuların arıtılmasında yaygın olarak kullanılmakta, yüksek sıvı akışı, kısmen işletim kolaylığı sağladığı için yüksek özgül yüzey alanları ile karakterize edilmektedir. Bu çalışmada nitrat içerikli sulardan, hetetrofık mikroorganizma olan Paracoccus denitrificans saf kültürüyle sabit yataklı kolon reaktöründe atıksuların denitrifikasyonu irdelenmiş ve mikroorganizmalar, dolgu malzemesi olarak kullanılan pomza ve Ca-alginat gibi iki farklı taşıyıcı maddenin kullanımıyla tutuklanarak hareketsiz konuma getirilmiştir. Denitrifıkasyon süreci, bu çalışmada dolgulu yatak ve yukarı akışlı reaktörlerde yatak yüksekliği ve kolon malzemesi dikkate alınarak gerçekleştirilmiş, reaktör ve kolon verimliliği üzerine etki eden parametreler incelenmiştir. Pomza ve Ca-alginat' in kullanıldığı çalışmanın birinci aşamasında öncelikle yapay atıksu kullanılmış, sonradan nitrat giderimi üzerine kolon yüksekliği boyunca sıra ile besleme çözeltisi debisi, besleme çözeltisi nitrat içeriği, C/N oranı, farklı karbon kaynaklarının etkisi araştırılmış ve nitratın giderimiyle ilgili kinetik parametreler incelenmiştir. Sadece pomza partiküllerinin kullanıldığı çalışmanın ikinci aşamasında ise gerçek atıksu örnekleriyle çalışılmış, karbon kaynağı olarak metanol kullanılmıştır. Deneylerde, nitrat ve nitrit derişimi, reaktör verimliliği, nitrat giderme hızı ve nitrat yükleme hızı gibi parametrelerle kinetik hesaplamalar sonucu elde edilen veriler, kolon yüksekliğine göre irdelenmiştir. Bütün uygulamalarda çalışma sıcaklığı 30 C ve pH 7.0 olarak sabit tutulmuştur. Pomza'nın ve Ca-alginat'ın yatak malzemesi olarak denendiği uygulamalarda pomza için 74 mL/h' lik debiye kadar çıkış suyundaki nitrat derişimi Dünya Sağlık Örgütü ve Türk Standartları Enstitüsü tarafından öngörülen değerlerin altında bulunmuştur. En yüksek reaktör verimliliği çıkışta (7. Musluk 70 cm), 13,29 mg/L. h olarak en yüksek debi uygulamasında (112, 5 mL/h), girişte (1. musluk 10 cm) ise 45 mL/h debi uygulamasında 41,43 mg/L. h ile elde edilmiştir. En iyi giderme veriminin sağlandığı bu debide çıkışta reaktör verimliliği ise 7,57 mg/L. h olarak hesaplanmıştır. Besleme çözeltisi nitrat içeriğinin denendiği tüm uygulamalarda, çıkış suyu nitrat derişimi standartların altında bulunmuş ve yaklaşık % 95'lik bir giderim verimi sağlanmıştır. En yüksek reaktör verimliliği ve nitrat giderme hızı çıkışta, 267, 22 mg/L uygulamasında 105, 57 mg/L. h yükleme hızında sırasıyla 18,12 mg/L. h ve 99,37 mg/L. h, girişte ise 1002, 07 mg/L. h' lik yükleme hızında 94,45 mg/L. h ve 430, 66 mg/L. h olarak bulunmuştur. Ca-alginat jeli için besleme çözeltisi debisi etkisinin incelendiği denemelerde ise en yüksek giderme verimi 34,4 mL/h' lik debide yaklaşık % 93 olarak gerçekleşmiş ve 45 mL/h' lik debiye kadar çıkış suyundaki nitrat içeriği standartların altında bulunmuştur. En yüksek reaktör verimliliği girişte 29,18 mg/L. h olarak 45 mL/h' lik debide, çıkışta ise 10,19 mg/L. h ile 73,8 mL/h' lik debide elde edilmiştir. Besleme çözeltisi nitrat içeriği etkisinin incelendiği bütün denemelerde nitrat derişimi çıkışta standartların altında bulunmuş, en yüksek reaktör verimliliği ve nitrat giderme hızı, 67,69 mg/L. h' lik yükleme hızında sırasıyla 7,99 ve 55,28 mg/L. h olarak elde edilmiştir. Her iki yatak malzemesi içinde en iyi giderme verimi C/N= 3 uygulamasında bulunmuştur. Pomza partiküllerinin kullanıldığı gerçek atıksu örnekleriyle yapılan çalışmalarda ise Sivas kollektör deşarj noktasından alman evsel atıksu örnekleri kullanılarak denitrifıkasyonla ilgili deneyler yapılmıştır. Besleme çözeltisi nitrat içeriği olarak 124 .28, 159 .48, 565 .89, ve 191. 07 mg/L nitrat derişimlerinin denendiği uygulamalarda, en yüksek nitrat giderme verimi % 96.21 ile % 159. 48 mg/L uygulamasında elde edilirken, en düşük verim karbon kaynağı ilave edilmeyerek ve atıksuyun kendi içsel solunumdan kaynaklanan karbon kaynağının yeterli olup olmayacağının irdelendiği 191. 07 mg/L uygulamasından (% 28 .52) elde edilmiştir. En uygun besleme çözeltisi debisi 45 mL/h, karbon kaynağı, C/N oranı 3.0, çalışma sıcaklığı 30 C, pH' ı 7.0 olarak sabit tutulduğu uygulamalarda elde edilmiştir. En yüksek reaktör verimliliği ve nitrat giderme hızı, 223. 53 mg/L. h' lik yükleme hızında sırasıyla 38.79 ve 212. 77 mg/L. h olarak elde edilmiştir.