The Incremental and comparison methods for the assessment of initial soluble inert cod

Endüstrileşmenin hızla arttığı dünyamızda su kirlenmesi önemli çevre sorunlarından biri haline gelmiştir. Su kirlenmesine büyük ölçüde katkıda bulunan endüstriyel atıksuların arıtımında biyolojik arıtma sistemleri yaygın kullanıma sahiptir. Aktif çamur prosesi ise en çok uygulanan biyolojik arıtma sistemlerinden biridir. Aktif çamur sistemleri, aerobik şartlar altında atıksulardaki organik maddelerin mikroorganizmalar tarafından biyolojik olarak ayrıştırılması ve böylelikle giderilmesi esasına dayanır. Aktif çamur teorisi yakın geçmişşe kadar çıkış substrat konsantrasyonunun, giriş substrat konsantrasyonundan bağımsız olduğu ve sisteme giriş ve çıkış subs- tratlarının aynı karakterde olduğu varsayımına dayanmaktaydı. Ancak bu konu üzerinde yürütülen çok sayıda araştırma hem çıkış substrat konsantrasyonunun giriş substrat konsantrasyonuna bağımlılığını, hem de giriş ve çıkış substrat karakterlerinin tamamıyla değişik yapıda olduğunu ortaya koymuştur. Yapılan araştırmalar aktif çamur prosesinde mikroorganizmal faaliyetler sırasında sisteme metabolik ürünlerin bırakıldığını ve bu ürünlerin bir kısmının biyolojik olarak inert olduğunu göstermektedir. Aktif çamur sistemlerinde atıksuların giderilmesi istenen organik madde içeriği açısından tanımlanması proses kinetiği ve dolayısı ile arıtma sistemlerinin tasarım ve işletme stratejilerinin belirlenmesi yönünden önem taşır. Pek çok kompleks organik madde içeren atık- sularda, substrat ölçüm yöntemleri; bu organik maddeleri tek tek ölçmek mümkün olmadığından, biyokimyasal oksijen ihtiyacı, BOİ, kimyasal oksijen ihtiyacı, KOİ ve toplam organik karbon, TOC gibi kollektif parametrelere dayanır. Bu parametreler içinde; organik madde, biyokitle ve kullanılan oksijen arasında elektron ve enerji dengesini göstermesi nedeniyle KOİ en çok kullanılan parametredir. Ancak biyolojik olarak ayrışabilir ve inert organik maddeyi birbirinden ayırmadan ölçmesi KOİ'nin en büyük dezavantajıdır. -XIV-Atıksular genellikle biyolojik ayrışabilirlik açısından çok geniş bir aralıkta değişen organik maddeleri içerirler. Atıksulardaki çözünmüş organik maddenin bir kısmı biyolojik olarak inert olduğundan, aktif çamur sistemlerinde hiçbir değişikliğe uğramadan olduğu gibi çıkarlar. Konvansiyonel atıksular için önemsiz olan bu kısım, biyolojik arıtılabilirlik sonuçlarının yanlış yorumlanmasına neden olduğundan, endüstriyel atıksularda ve özellikle kuvvetli atıklarda büyük önem kazanır. Bunun yanı sıra birçok endüstri kategorisi çin KOİ parametresi ile tanımlanan deşarj kriterlerinin sağlanması yönünden de atıksuların çözünmüş inert organik madde içeriği etkin bir faktördür. Atıksulardaki çözünmüş inert KOI konsantrasyonlarının, SIO, önemi literatürde de belirtilmiş ve bu fraksiyonun bulunabilmesi için yöntemler önerilmiştir. Yüksek çamur yaşına sahip aktif çamur sistemlerinde çözünmüş çıkış KOİ konsantrasyonunun SI0 olarak belirlenmesi veya kesikli aerobik bir reaktörden alman örneklerde ölçülen çözünmüş KOİ'nin sabit kaldığı değerin SI0 olarak saptanması esasına dayanan bu metodların en önemli sakıncası ve hata kaynağı, aktif çamur sistemlerinde mikroorganizma faaliyetleri sırasında üretilen inert me- tabolik ürünleri göz önüne almamalarıdır. Literatürde yer alan pek çok çalışmada, tamamen biyolojik olarak kolay ayrışabilir nitelikte olan glukoz gibi substratlar kullanılarak yürütülen deneylerde aktif çamur sistemlerinin çıkışında ölçülen KOİ değerlerinin, girişte beslenen orijinal substrattan değil, mikroorganizma metabo lizmalarının ürettiği ürünlerden kaynaklandığı belirtilmektedir. Çözünmüş metabolik ürünlerin yapısı tam olarak tanımlanmadığı halde, literatürde şu ana kadar yapılmış deneysel çalışmalar, bu ürünlerin biyolojik olarak ayrışabilir olduğunu ancak ayrışma hızlarının sisteme beslenen giriş substratının ayrışma hızından çok daha düşük olduğunu, dolayısı ile pratik olarak aktif çamur uygulamalarında kullanılan normal hidrolik bekletme süreleri veya çamur yaşlarına inert kabul edilebileceklerini göstermektedir. Bir aktif çamur sistemine girişte çözünmüş KOI; biyolojik olarak kolay ayrışabilir substrat, Sso, ve inert substrat, SI0'dan meydana gelirken; prosesin çıkışında ölçülen çözünmüş KOİ; girişteki biyolojik olarak kolay ayrışabilir substrattan kalan kısmı, Ss, sistemde üretilen inert ve ayrışabilir metabolik ürünleri, SP ve sistemden hiçbir değişikliğe uğramadan çıkan inert substrat ı, SI0 içerir. Çıkışta gözlenen inert fraksiyon, atıksuyun inert substrat konsantrasyonu, SI0 ve metabolik ürünlerin inert kısmı, SR'dan oluşur. Buradan da anlaşılabileceği gibi çözünmüş inert metabolik ürünler ölçülmek istenen atıksuyun çözünmüş inert substrat konsantrasyonu (SI0) üzerine girişim yaparak yanlış sonuçlara varılmasına neden olmaktadır. Bu çalışmada atıksularda, SI0 olarak tanımlanan çözünmüş inert KOİ içeriğinin saptanması için, inert me- tabolik ürün, SR, girişimini engelleyecek şekilde iki ayrı deneysel yöntem geliştirilmiştir. Her ikileme t od için de ilave substrat olarak literatürde metabolik ürünler üzerinde yapılan araştırmalarda pek çok kez kullanılan ve inert KOİ si, SI0, bulunmadığı, tamamen kolay ayrışabilir substrattan meydana geldiği kabul edilen glukoz kullanılmıştır ve deneylerde kullanılan biyokitlenin aklimasyonu, doldur-boşalt reaktörlerde %50 çözünmüş atıksu ve %50 glukoz çözeltisi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Kademeli yöntem adı verilen ilk metod kesikli reaktörlere aynı konsantrasyonda seyreltik çözünmüş atıksu üzerine kademeli olarak artan konsantrasyonlarda glukoz ilavesi ile elde edilen sistemlerin az miktarda aşı mikroorganizma eklenerek çalıştırılması ve reaktör- lerdeki çözünmüş KOI değerlerinin zamana karşı izlenmesi adımlarından, oluşmaktadır. Bu yöntemle her bir reaktördeki SI0 konsantrasyonu sabit tutulmakta ancak Sso konsantrasyonları farklı olduğundan, farklı SR değerlerine erişilmektedir. Bütün reaktörlerdeki çözünmüş KOİ değerlerinin ulaştıkları ilk minimum değer veya nihai değerler esas alınarak, çözünmüş KOt'ye karşı çözünmüş giriş KOİ değerleri çizilmiş ve bu doğrunun KOİ eksenini kesiştiği değer, atıksuyun çözünmüş inert KOt konsantrasyonu olarak saptanmıştır. Karşılaştırmalı yöntemde ise çözünmüş endüstriyel atıksu ve aynı konsantrasyonda glukoz çözeltisi iki ayrı reaktörde, aşı mikroorganizma ilavesi ile kesikli olarak çalıştırılmış ve zamana karşı çözünmüş KOİ değerleri izlenmiştir. Atıksuyun KOİ profilinin eriştiği minimum değer SI0+SRt olduğuna ve glukoz profilinin minimum değeri ise, glukozda SI0 bulunmadığından dolayı SRt olarak alınabileceğine göre Atıksu = Atıksu ~ glukoz şeklinde yazılabilir. Glukoz ve atıksu sistemlerinin başlangıçtaki Sso konsantrasyonları eşit olduğundan Atıksu = glukoz kabulü yapılacak olursa; atıksu profilinin ulaştığı nihai çözünmüş KOİ değerinden, glukoz profilinin ulaştığı nihai çözünmüş KOİ değeri çıkartılarak atıksuyun çözünmüş inert KOİ içeriği bulunabilir. Önerilen metodlar, çözünmüş KOİ konsantrasyonları 1030 ile 28100 mg/lt arasında değişen; kağıt, mezbaha, antibiyotik, tekstil, süt endüstrileri, sitrik asit üretimi ve sitrik asit üretimi anaerobik arıtma sistemi çıkışı atıksularma uygulanmış ve bu endüstriyel atıksu- lar için 0 ile 2520 mg/lt arasında değişen konsantrasyonlarda inert KOİ değerleri saptanmıştır. Atıksularda çözünmüş inert KOt içeriğinin saptanması için, inert çözünmüş metabolik ürün girişimini tanımlayıp, minimize ederek deneysel yöntemler geliştirilmesini amaçlayan bu çalışmada elde edilen sonuçlar aşağıda özetlenmiştir. 1- Atıksuların inert çözünmüş KOt fraksiyonlarının belirlenmesi için önerilen iki farklı metod, endüstriyel atıksu karakterizasyonuna inert çözünmüş substrat kavramını getirmiştir. 2- Kesikli deneylerden elde edilen çözünmüş KOt profilleri çözünmüş metabolik ürün oluşumu nedeniyle sa- lınımlar göstermekte ve literatürde belirtilen çözünmüş inert KOt fraksiyonlarının zamandan bağımsız olarak saptamasının hatalara yol açacağını göstermektedir. Çünkü zamanla ölçülen çözünmüş KOI konsantrasyonları önemli Ölçüde değişime uğramaktadır. 3- izlenen çözünmüş KOt profillerinde en az iki minimum KOt değerine erişilmektedir, tik minimum değeri, çözünmüş metabolik ürün girişimi nedeniyle değişken yapıya sahiptir. Atıksuların nihai KOİ değerlerinin, ilk miminum KOİ değerlerinden daha düşük olması, metabolik ürünlerin büyük bir kısmınının daha uzun reaksiyon süreçlerinde ayrışabilir karakterde olabilecekleri ihtimali ile açıklanabilir. Bu aynı zamanda, kademeli metoddan ilk minimum değerlerle bulunan SI0 konsantrasyonunun, nihai değerlerle bulunana göre daha yüksek olmasını da açıklar; ilk minimumdan elde edilen S10 değerinin içinde kesikli reaksiyon sürdükçe ayrışabilir nitelik kazanacak olan metabolik ürünlerin bulunabileceğini göstermektedir. 4- Karşılaştırmalı metod, kademeli metoda göre daha kolay deneysel prosedür içerir, ancak yüksek KOİ konsantrasyonlarında aklimasyon ve substrat inhibisyonu problemlerinden dolayı daha hatalı sonuçlar verebilir. 5- Aynı atıksu numunesi üzerinde denenen her ikilemetoddan elde edilen sonuçların birbirine yakın olması önerilen metodların tutarlılığını göstermektedir. -XV11-6- Bu çalışmada, ayrıca, farklı giriş konsantrasyonlarında kesikli reaktörlere beslenen glukozun ayrışması sırasında sisteme salınan metabolik ürünlerden kaynaklanan ilgi çekici veriler elde edilmiştir. Sözko- nusu verilerin belirli bir eğilim göstermemesi metabolik ürünlerin yapı ve üretimlerinin, çalışmada tamamı ile değişik karakterde endüstriyel atıksulara aklime edilmiş, dolayısı ile birbirinden farklı, mikroorganizma kü- türleri tarafından yönlendirildiği sonucunu getirmektedir. 7- Metabolik ürün oluşum mekanizması teorik olarak henüz açıklığa kavuşmamıştır. Bu konuda temel araştırma yapılması ve konunun teorik bir temele oturtulması önerilmektedir.