Modelling the fate of particular components in aerobic sludge stabilization for alkaloid wastewater using membrane bioreactor

Alkaloid prosesinden kaynaklanan endüstriyel atıksular yüksek sülfat, asetik asit ve organik madde içermektedir. Bu çalışmada kullanılan alkaloid atıksuları su geri kazanımının sağlanması, mevzuatta yer alan deşarj standartlarına uygun olarak sürdürülebilir atıksu arıtımının gerçekleştirilmesi amacıyla hali hazırda pilot ölçekli bir membran biyoreaktör ile arıtılmaktadır. İncelenen endüstriyel tesisin ortalama debisi 480 m3/gün ve kimyasal oksijen ihtiyacı konsantrasyonu maksimum 43000 mg/L'dir. KOİ parametresinin Su Ürünleri Yönetmeliği (1995)'nde öngörülen 170 mg/L'ye kadar indirilmesi gerekmektedir. Fakat konsantrasyonu bu değere indirmek mümkün olmadığından Su Kirliliği Kontrol Yönetmeliği (2004)'nde belirtilmiş olan 1500 mg/L baz alınmıştır. Buna göre, deşarj limitinin sağlanması için arıtma sonrasında %99. 6 KOİ giderim verimi elde edilmesi zorunlu olmaktadır (Keskinler ve İnsel, 2014). Bu tez çalışmasında alkaloid prosesinden kaynaklanan giriş atıksuyunun biyolojik arıtılabilirlik bazlı karakterizasyonu kapsamında inert partiküler ve çözünmüş madde konsantrasyonlarının belirlenmesi hedeflenmektedir. Oluşan atıksuların arıtıldığı pilot ölçekli membran biyoreaktörde oluşan atık çamurun aerobik stabilizasyonunun değerlendirilmesi yapılmış olup içsel dönüşüm katsayısı respirometrik olarak belirlenmiştir. Respirometrik deneyler ve modelleme yardımıyla biyolojik sistem ile ilgili kinetik ve stokiyometrik katsayılar bulunmuştur. Ayrıca elde edilen tüm sonuçlar kullanılarak biyolojik çamurun partiküler ürün konsantrasyonu ve bu partiküler ürünün ayrışma katsayıları da modelleme ile belirlenmiştir. Giriş atıksuyunda çözünmüş ve partiküler inert maddelerin belirlenmesi için Orhon ve diğ, 1994 yöntemi kullanılmıştır. Bu yöntem gereğince aerobik işletilen ve toplam ve çözünmüş ile beslenen 2 adet reaktör kurulmuştur. Deney sonuçlarına göre, toplam KOİ miktarı 27344 mg/L olan giriş alkaloid atıksuyunun % 1 .13'ü yani toplam partiküler inert madde miktarı 309 mg/L, % 1 .52'si yani toplam çözünmüş inert madde miktarı 416 mg/L olarak belirlenmiştir. Aerobik çamur stabilizasyon prosesinde 23000 mg/L AKM ve 9800 mg/L UAKM içeren atık çamur kullanılmıştır. Zamana karşı günlük bazda AKM, UAKM ve pH ölçümü yapılmıştır. Deney AKM/UAKM parametreleri sabitlenene kadar devam etmiştir. Deney sonunda UAKM/AKM oranı 0.35 mg UAKM/mg AKM bulunmuştur. 19 gün sonunda giderim verimi % 38 UAKM olarak hesaplanmıştır. Alkaloid atıksuyunun ayrışma katsayılarının ve havalandırma sisteminin dizayn parametrelerinin belirlenmesi için respirometrik teknikler yaygın olarak kullanılmaktadır. Çamur bekletme süresi 20 gün olan atıksuyundan elde edilen respirometrik profilden yararlanılarak, atıksuyundaki organik maddenin %85'inin kolay ayrışabilir madde olduğu anlaşılmaktadır. Kolay ayrışabilir maddeler aerobik koşullarda inhibe olmamaktadırlar. Kolay ayrışabilen organik maddenin yüksek olmasının sebebinin üretimde kullanılan asetik asit vb. maddelerden kaynaklandığı şeklinde yorumlanabilir. Ayrışabilen organik maddenin tamamı 400 dakika reaksiyon süresi sonunda tükendiği rapor edilmektedir. Aerobik stabilizasyon çalışmasında oksijen tüketim hızına bağlı olarak ölçülen içsel solunum hızı Ekama ve diğ., 1986 tarafından önerilen methodu baz alınarak 0 .14/gün olarak hesaplanmıştır. Modelleme çalışmalarında AQUASIM simülasyon programı kullanılmıştır. Partiküler ürünün ayrışma çalışması Özdemir ve diğ., 2014 çalışması baz alınarak yapılmıştır. Ayrıca stabilizasyon sürecinde elde edilen OUR profilleri Aktif Çamur Modeli No: 1 (ASM1) kullanılarak modifiye edilmiştir. Reaktörde biyokütle içeriği aktif heterotrofik biyokütle XH, yavaş ayrışan partiküler biyokütle XS, partiküler inert madde, XI ve metabolik reaksiyonlar sonucu oluşan XP olarak dört ana bileşen model kalibrasyonu ile değerlendirilmiştir. Model çalışmaların de 4063 mg COD/L olan toplam biyokütle miktarı içerisinde heterotrofik biyokütle miktarı KOİ cinsinden ise 2854 mg KOİ/L olarak belirlenirken UAKM cinsinden 2375 mg UAKM/L olarak hesaplanmıştır. Model aynı zamanda Xp için hidroliz hız sabitini 0.01 mg KOİ/mg KOİ olarak vermiştir. Son olarak çamur yaşının aktif çamur prosesinde çamur bileşenlerine etkisi araştırılmıştır. Bu bağlamda kullanılan Özdemir ve diğ., 2014 çalışmasında, aktif çamur prosesi farklı çamur yaşlarında stabilize edilmiştir. Çamur yaşı arttırıldığında kXP değerinin arttığı gözlemlenmiştir.