Aerobik ardışık kesikli reaktörde nitrifikasyon inhibisyonunun strüvit kristalizasyonu prosesi ile nutrient geri kazanımına etkisi

Bu çalışmada aerobik ortam şartında işletilen laboratuvar ölçekli bir ardışık kesikli reaktörün çıkış suyundan nütrient geri kazanımı için uygulanan strüvit kristalizasyonu prosesinin şartlarının optimizasyonu çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Bu kapsamda yeni ve alternatif bir yaklaşım olarak reaktör işletimi boyunca nitrifikasyon inhibisyonu uygulanması ile çıkış suyundaki amonyum (NH4) konsantrasyonunun artırılması ve böylelikle strüvit oluşum potansiyelinin artırılması hedeflenmiştir. Elde edilen sonuçların karşılaştırılması için inhibisyon uygulanmayan ayrı bir reaktör özdeş işletme koşullarında kontrol reaktörü olarak işletilmiştir. Ön deneme çalışmaları başlangıç kimyasal oksijen ihtiyacı konsantrasyonunun reaktör işletiminin 42. gününe kadar 250 mg/L ve sonrasında 500 mg/L olarak ayarlandığı sentetik atıksuyun beslendiği reaktörde inhibisyon uygulanarak 52 gün boyunca reaktörden çamur çekilmeden ve reaktördeki pH ayarlanmadan yürütülmüştür. Bu deneysel aşamada inhibisyon uygulanmayan bir kontrol reaktörü kullanılmamıştır. Elde edilen sonuçlara göre reaktör işletiminde ilk 42 günlük işletme periyodunun sonunda KOİ giderim verimi %93 ve çamur hacim indeksi değeri 35,08 mL/g olarak hesaplanmıştır. Başlangıç KOİ konsantrasyonunun 500 mg/L değerine artırılması ile birlikte reaktörde döngü sonlarında ölçülen pH değerlerinde ani bir düşüş yaşanmıştır. Buna paralel olarak KOİ giderim veriminde ve çamur çökme performansında azalma ve çıkış suyu askıda katı madde konsantrasyonunda artış meydana gelmiştir. pH değerinin aniden düşmesi ile birlikte biyokütlede filamentli mikroorganizma gelişimi tespit edilmiştir. Bunun sonucunda arıtma veriminin ve reaktör performansının azalması nedeni ile reaktör işletimi 52. günde sonlandırılmıştır. Daha sonraki deneysel aşamalarda döngü sonlarında reaktörden belirli hacimde çamur çekilerek ve her döngü başında pH değeri 7,0-7, 3 aralığında olacak şekilde pH ayarlaması yapılarak işletme yapılmasına karar verilmiştir. Sonraki deneysel aşamada başlangıç KOİ konsantrasyonunun reaktör işletiminin ilk 33 gününde 500 mg/L ve sonrasında 750 mg/L olduğu deneysel çalışma aşamasında inhibisyon uygulanan bir reaktör ve inhibisyon uygulanmayan kontrol reaktörü kullanılmıştır. Her iki reaktörde de çökme performansı yüksek olan bir aktif çamur elde edilerek yüksek verimde KOİ giderimi sağlanmıştır. Alıştırma aşamasından sonraki 27 günlük işletme süreci sonunda inhibisyon uygulanan reaktörde karışık sıvı askıda katı madde konsantrasyonu 7052 mg/L ve ÇHİ değeri 52 mL/g olarak ölçülürken kontrol reaktöründe MLSS konsantrasyonu 5272 mg/L ve ÇHİ değeri 86 mL/g olarak ölçülmüştür. 42 günlük işletme süresi boyunca inhibisyon uygulanan reaktörün ortalama KOİ giderim verimi %93 ve kontrol reaktörünün verimi %98 olarak kaydedilmiştir. Reaktör işletiminin 38. gününden sonra her iki reaktör çamurunun stabilitesinde başlangıç KOİ konsantrasyonunun artışına bağlı olarak değişim meydana geldiğinden çıkış suyu AKM konsantrasyonlarında bir miktar artış gözlemlenmiştir. Alıştırma aşamasından sonraki tüm işletme sürecinde çıkış suyu AKM konsantrasyonları ortalama olarak inhibisyon uygulanan reaktör için 78,5 mg/L ve kontrol reaktörü için 134, 5 mg/L olarak hesaplanmıştır. Reaktörlerin çıkış suyundaki NH4, fosfat (PO4), nitrit (NO2) ve nitrat (NO3) konsantrasyonu ölçümlerinden elde edilen sonuçlara göre inhibisyon uygulanmayan kontrol reaktörünün çıkış suyundaki PO4, NH4, NO2 ve NO3 konsantrasyonunun tüm işletme süresi boyunca sırası ile 15,3 mg/L, 1,08 mg/L, 0,17 mg/L ve 16,07 mg/L olarak elde edilirken inhibisyon uygulanan reaktördeki konsantrasyonlar sırası ile 12,5 mg/L, 12,5 mg/L, 0,11 mg/L ve 9,7 mg/L olarak elde edilmiştir. Bu sonuçlar inhibisyon uygulanan reaktörde çıkış suyu NH4 konsantrasyonunun kontrol reaktörüne göre daha yüksek elde edilmesinin nitrifikasyonun inhibe edilmesi nedeniyle kaynaklandığını ortaya koymuştur. İnhibisyon uygulanan reaktördeki en yüksek NH4 ve PO4 konsantrasyonu tüm işletme süresi boyunca sırası ile 13,0 mg/L ve 26,0 mg/L ile 42. günde elde edilmiştir. Reaktör işletimi çalışmaları tamamlandıktan sonra inhibisyon uygulanan reaktörün tüm işletme süresi boyunca çıkış suyundaki NH4 ve PO4 konsantrasyonlarının en yüksek değerde elde edildiği döngüdeki değerler baz alınarak hazırlanan sentetik çıkış suyu çözeltilerinde strüvit kristalizasyonu deneyleri ile nütrient geri kazanımının optimizasyonu araştırılmıştır. Bu deneylerde başlangıç molar konsantrasyonun, başlangıç pH değerinin ve karıştırma süresinin strüvit bileşiği oluşumu ile NH4, PO4 ve magnezyum giderimi üzerine etkileri incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar strüvit kristalizasyonu prosesinin optimum şartlarının başlangıç molar konsantrasyon için 1,80 10-3 M, başlangıç pH değeri için 9,5 ve karıştırma süresi için 60 dk. olduğunu ortaya koymuştur. Bu şartlar altında Mg, NH4 ve PO4 giderim verimleri sırası ile %23,9, 30,3 ve 44,9 olarak elde edilmiştir. Çalışmada elde edilen tüm sonuçlar bir aerobik AKR kullanılarak işletilen aktif çamur sisteminde nitrifikasyonun inhibe edilmesinin, çıkış sularındaki NH4 konsantrasyonu artırılması ile çıkış sularından strüvit kristalizasyonu prosesi ile nütrient geri kazanımındaki verimin artması açısından bir potansiyeli olduğunu ortaya koymuştur. Bununla birlikte nütrient geri kazanımının potansiyelinin daha fazla artması için hem reaktör işletiminde hem de strüvit kristalizasyonu prosesinde değişken parametrelerin etkileri daha kapsamlı incelenerek daha fazla araştırma yapmaya ihtiyaç duyulduğu önerilmektedir.