Membran biyoreaktörlerde enerji ihtiyacının azaltılması ve membran yüzey temizleme işlemlerine değişik yaklaşımlar

Su kaynaklarının azalması, sanayileşme, nüfus artışı, çevre yönetim ve denetim sistemlerinin daha hassas hale gelmesi gibi faktörler nedeniyle atıksuyun ileri arıtımı, geri kazanımı ve alternatif su kaynakları sağlayan teknolojiler günümüzde önemli hale gelmiştir. Biyolojik arıtma tesislerinde neredeyse klasik hale gelmiş olan konvansiyonel aktif çamur proseslerinine, membran biyoreaktörler alternatif olmaya başlamış, biyolojik arıtma prosesinin bir bölümünü teşkil eden biyokütlenin sudan ayrılması amacıyla kullanılan çökeltim tanklarının yerini biyomembranlar almaya başlamıştır. Gerek çökeltim tankına ihtiyaç kalmaması, gerekse yüksek aktif çamur konsantrasyonları ile çalışma avantajı, az yer tutan, yüksek verimli, membran biyoreaktör uygulamalarına olanak sağlamıştır. MBR'ler, mevcut konvansiyonel aktif çamur sistemlerinin, ileri teknoloji içerecek şekilde MBR sistemlerine modifikasyonuna da olanak sağlamıştır. Polimer endüstrisindeki gelişmeler ile membran sistemleri günümüzde yaygın olarak kullanılmaya başlamıştır. MBR'lerin alan ihtiyacının az olması, yüksek oranda katı madde giderimi sağlaması, yüksek çamur yaşı nedeniyle daha az çamur üretimi olması, mevcut sistemlere adaptasyonun kolaylıkla yapılabilmesi ve dezenfeksiyon gerektirmeden mikroorganizma giderimi yapılabilmesi sebebiyle tercih sebeplerindendir. Ülkemiz su stresi altında ülkeler arasında olduğu için su geri kazanımı sağlayan membran sistemleri önem arz etmektedir. MBR kullanımın en önemli dezavantajı tıkanıklık problemidir. Tıkanıklık probleminin verimli bir şekilde çözülebilmesi ve düşük enerji ihtiyacı gerektiren yeni yöntemlerin ortaya çıkarılması MBR'lerin daha yaygın ve ekonomik bir şekilde kullanımını mümkün kılacaktır. Bu çalışmanın birinci bölümünde; membran yüzey temizleme amacıyla hava kabarcığı ile temizleme sistemi (MBR-1), ses dalgası ile temizleme sistemi (MBR-2), titreşim ile temizleme sistemi (MBR-3) ve kimyasal yıkama yöntemi ile temizleme sistemi (MBR-4) gibi yöntemlerin denenerek, her metodun birbiri ile karşılaştırması ve birkaç metodun aynı anda kullanılarak enerji ihtiyacının düşürülmesi amaçlanmış; işletme maliyetlerinin düşürülmesi için gerekli tespitler yapılmıştır. Bu çalışma kapsamında kurulan pilot tesis, bir yıl boyunca Gebze Organize Sanayi Bölgesi'nde bulunan Atıksu Arıtma tesisinde işletilmiştir. GOSB'de gıda, ilaç, boya, kozmetik, yapı kimyasalları gibi farklı sektörlerden 192 sanayi tesisi bulunduğu için endüstriyel atıksu karakteristiği değişkendir. MBR'lerin karışık ve değişken karakterli bu endüstriyel atıksudaki performansının da araştırılabilmesi için GOSB atıksu arıtma tesisi seçilmiştir. Pilot tesiste düz plakalı tip, batık PES membran modülleri kullanılmıştır. Ses dalgası ile temizleme sisteminde PES membran modülü zarar gördüğü ve etkili temizlik yapılamadığı için sesi yansıtan seramik membran ile kısa süreli çalışma yapılmıştır. Bu çalışma ile ses dalgasının PES membran modülünde etkili olmadığı, seramik membranda etkili olduğu görülmüştür. İleride ses dalgası ile temizleme sistemi için seramik membran kullanımı üzerine çalışmalar yapılması gerekmektedir. Pilot tesis devreye alındığında köpük gibi problemlerle karşılaşılmış, bu duruma çözüm olarak PAC17 reaktöre eklenmiştir. PAC17 kullanımı ile birlikte karşılaşılan problemler ortadan kalkmıştır. Sistemde PAC17 kullanımı ile birlikte olumsuzlukların ortadan kalkması ile akı değerlerinde ciddi artışlar görülmüştür ve dolayısıyla enerji tüketimlerinde de azalma gözlenmiştir. Bu çalışmada endüstriyel atıksu arıtma tesislerinde MBR uygulamalarında koagulantın çok etkin problem çözücü ve işletme şartlarını rahatlatıcı olduğu tespit edilmiştir. Pilot tesis çalışmasında 12.000-15. 000 mg/L aralığında çeşitli MLSS konsantrasyonları denenmiş ve en etkin konsantrasyon olan 12.000 mg/l'de çalışılmaya devam edilmiştir. Bu çalışma ile MLSS konsantrasyonu arttıkça akının azaldığı görülmüştür. Pilot tesis çalışmasında 45 dakika filtrasyon- 15 dakika temizlik, 12 dakika filtrasyon- 3 dakika temizlik, 10 dakika filtrasyon- 5 dakika temizlik ve 15 dakika filtrasyon- 5 dakika temizlik olmak üzere çeşitli etkin temizlik süreleri denenmiş; en etkin temizlik süresinin 15 dakika filtrasyon ve 5 dakika etkin temizlik olarak bulunmuştur. Pilot tesis çalışmasında etkin temizlik sürelerinin belirlenmesi, MLSS konsantrasyonlarının belirlenmesi, PAC kullanımı gibi çalışma koşullarının belirlenmesi ile seçilen dört metodun uzun süreli akı ve enerji mukayeseleri yapılmıştır. Hava kabarcığı, titreşim ve kimyasal geri yıkamanın beraber uygulandığı temizleme metodunun en etkili yöntem olduğu saptanmış, tıkanıklıkta kimyasal geri yıkamanın çok etkili olduğu kanıtlanmıştır. Pilot tesis çalışması sonunda kullanılan MBR- 1 ve MBR- 4 membran modüllerine tıkanıklık sebeplerinin araştırılması için otopsi çalışmaları yapılmıştır. Bu çalışmalar sonucu en temel kirleticilerin karbon, alimünyum, silisyum ve fosfor; ikincil kirletici olarak da potasyum, azot, kalsiyum magnezyum ve titanyum olduğu bulunmuştur. Bu veriler değerlendirildiğinde bu kirleticilerin boya sektörü, kimya sektörü, kozmetik sektörü ve gıda sektörü kaynaklı olduğu bulunmuştur. Çalışmanın ikinci bölümünde; MBR pilot tesis çalışması süresince, değişken debi ve ham atıksu karakteristik özelliği bulunan tesiste çıkış suyu incelenmiştir. MBR pilot tesis çalışmasında PAC'ın etkisi, su sıcaklığı, oksijen, MLSS, MLVSS kontrolü yapılmış, su kalitesinin belirlenmesi için giriş ve çıkış suyunda analizler yapılmıştır. MBR pilot tesisi ve GOSB AAT'ne ait çıkış suyu kaliteleri mukayese edilmiştir. Çalışmanın üçüncü bölümünde; suyun geri kazanımı çalışmaları yapılmıştır. MBR çıkış suyu kullanılarak, laboratuvar ölçekli ve pilot ölçekli ters osmoz geri kazanım çalışmaları yapılmıştır. Elde edilen verilere dayanarak GOSB AAT çıkış suyunun geri kazanılması amacıyla mevcut arıtma tesisi ile ilişkili, 2400 m3/gün kapasiteli MBR ve RO sistemlerinin kurulumuna karar verilmiştir. Çalışmada; deney sonuçları, kurulum ve işletme bilgilerine de yer almaktadır.