Kombine anoksik hareketli yatak biyofilm reaktör ve aerobik membran biyoreaktör ile çöp sızıntı sularının arıtımı

Günümüzde gelişen toplumlarda ve endüstrilerde en önemli çevre sorunlarından biri kentsel katı atıkların yönetimidir. Gelişmekte olan ülkelerde depolama diğer metotlarla karşılaştırıldığında ekonomik avantajlarından dolayı, katı atıkların bertafında yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Depolama sahasında yüksek miktarda sızıntı suyu oluşmaktadır. Çöp sızıntı suyu, bir depolama alanına düşen yağmur suyundan ve atığın düzenli depolama alanında parçalanması sonucu oluşan atıksulardır. ÇSS'deki temel kirleticiler; inorganik, organik, ağır metaller ve zenobiyotik maddelerdir. Yeraltı ve yüzey sularına ÇSS'nin karışımı ciddi çevresel problemlere neden olmaktadır. Bu yüzden, birçok araştırmacı ÇSS'yi arıtmak için kimyasal, fiziksel ve biyolojik arıtım gibi farklı arıtım teknikleri üzerine odaklanmış durumdadır. Son yıllarda, biyolojik metotlar düşük işletme maliyetleri ve kolay uygulanabilirliğinden dolayı en etkili arıtım tekniği olarak kabul edilmektedir. Membran biyoreaktör ve hareketli yatak biyofilm reaktör ÇSS gibi güçlü atıksuların arıtımında önemli çözümler sağlamaktadır. Literatürde MBR ve HYBR ile ÇSS'den makro kirleticilerin giderimi üzerine birçok çalışma olmasına rağmen mikrokirleticilerin giderimi üzerine çalışmalar sınırlıdır. Bu tez kapsamında, farklı operasyonel koşullar altında anoksik hareketli yataklı biyoreaktör ve aerobik membran biyoreaktör kullanılarak ÇSS'nin arıtımı incelenmiştir. Sistem performansı üç farklı aşamada değerlendirilmiştir. İlk iki fazda, anoksik ve aerobik biyoreaktörler, içsel azot geri devri olmaksızın ardışık bir şekilde işletilmiştir. Anoksik reaktörde elektron alıcı olarak dışarıdan nitrat (NO3-) ilave edilmiş ve atıksudaki mevcut organik karbon elektron verici kaynağı olarak kullanılmıştır. Daha sonra, son aşamada AnoxHYBR'ye NO3-, AeMBR'den içsel geri devir ile sağlanmıştır. İlk fazda AnoxHYBR ve aerobik reaktör mikroorganizma adaptasyonu için kesikli (48 saat döngü süresi) ve sürekli (48 saat hidrolik bekletme süresi olarak çalıştırılmıştır. Ardışık sistemde, kimyasal oksijen ihtiyacı ve amonyum azotu (NH4+-N) giderim verimi sırasıyla %75 ve %65 olarak gözlenmiştir. AnoxHYBR'de nitrat (NO3--N) giderim verimi yaklaşık %55 olarak tespit edilmiştir. Kısmi nitrifikasyon aerobik reaktörde başarıyla gerçekleştirilmiş ve 48 saatte nitrit azotu (NO2--N) birikimi yaklaşık 518 mg/L olarak bulunmuştur. Her iki reaktörün sürekli bir şekilde çalıştırıldığı koşulllarda, AnoxHYBR'deki NO3--N giderimi (%40), düşük KOİ giderimi (%20) veriminden dolayı sınırlanmıştır. Aerobik reaktörde %46 KOİ ve %71 NH4+-N giderim verimi elde edilmiştir. Ayrıca, aerobik reaktörde kısmi nitrifikasyon, yaklaşık 442 mg/L NO2--N birikimi ile sağlanmıştır. Daha sonra aerobik reaktöre membran eklenerek kritik akı belirlenmiş ve AeMBR olarak işletilmiştir. AeMBR'de kritik akı 4,3 LMH olarak gözlenmiştir. Daha sonraki fazlarda, AeMBR bu kritik akının altında işletilmiştir. İkinci aşamada NO3--N konsantrasyonun (100- 1000 mg/L), HRT'nin (24- 48 saat), SRT'nin (30- 60 gün) AnoxHYBR üzerine etkisi ve daha sonra HRT'nin (6-48 saat), SRT'nin (30 gün-sonsuz) AeMBR üzerine etkisi araştırılmıştır. En iyi sistem performansı AnoxHYBR'de 1000 mg NO3--N/L konsantrasyon, 90 günlük SRT ve 48 saat HRT koşullarında ve AeMBR'de 60 günlük SRT ve 48 saatlik HRT koşullarında %74, 2 KOİ, >%99 NH4+-N ve %89, 1 NO3--N giderimi ile elde edilmiştir. AnoxHYBR'de seçilen ftalatik asit esterlerin konsantrasyonlarında (dietil ftalat, di (2-Etilheksil) ftalat, diisononil ftalat hafif bir artış tespit edilmiştir. ve FAE'lerin tamamen giderimi AeMBR'de gerçekleşmiştir. AeMBR, membran kirliliği gözlenmeden uzun bir süre (76 gün) yaklaşık 1 LMH'da başarıyla çalıştırılmıştır. AnoxHYBR'deki biyofilm konsantrasyonu 11 g/L'ye ulaşılmıştır. Mg, Al, Si, Na, Fe hem AnoxHYBR biyofilminde hem de AeMBR kek tabakasında SEM-EDS analizleri ile tespit edilmiştir. Üçüncü fazda, AeMBR'den AnoxHYBR'ye geri dönüşüm oranının (%100-300) etkisi değerlendirilmiştir. %200 geri devir oranında etkili KOİ ve NH4+-N giderimi gözlenmiştir. Bu koşullar altında AeMBR süzüntüsünde 999 mg NO3--N/L tespit edilmiştir. Sistemin ağır metal giderim performansı Zn için %100, Pb için %100, Fe için %70, Cr için %53, Mn için %35 ve Ni için %16 olarak bulunmuştur. Ayrıca sıvı numunelerde tespit edilememesine rağmen kek tabakasında 1,424 mg/kg Cd birikimi gözlenmiştir Ardışık sistemde DEP ve DINP konsantrasyonları tespit limitinin altında olmasına rağmen, DEHP giderim verimi ise %98, 74 olarak belirlenmiştir. Sistemdeki SMP konsantrasyonu, ÇSS'deki artan Fe konsantrasyonu nedeniyle önemli ölçüde artmıştır. AnoxHYBR'deki biyofilm konsantrasyonu 8 ile 10,5 g/L arasında gözlenmiştir. Kimyasal membran temizliğinin oldukça etkili olduğu görülmüştür. Sonuç olarak gerçek ÇSS'nin arıtımında sürekli ardışık AnoxHYBR-AeMBR sisteminin etkin bir şekilde kullanılabileceği ortaya konumuştur. AnoxHYBR'den sonra, çıkış kalitesinin artırılması ve organik madde, azot, FAE'ler ve ağır metallerin etkili bir şekilde giderimi için bir AeMBR gerekli olduğu görülmektedir.