Aerobik granül çamurun oluşumu ve yapısının incelenmesi

Mevcut evsel atıksu arıtma tesisleri geniş alanlara gereksinim gösterir. Bunun temel nedeni, havalandırma tanklarındaki düşük biyokütle konsantrasyonlarıyla beraber sistemde istenen miktarda biyokütleyi tutabilmek için geniş çöktürme tanklarına ihtiyaç duyulmasıdır. Son yıllarda yapılan çalışmalar, atıksu arıtımında flokül çamur yerine granül çamur kullanımının bu sorunu çözdüğünü göstermiştir. Aerobik granül çamur, aerobik koşullarda herhangi bir taşıyıcı malzemeye ihtiyaç duymadan çoğalabilen, kompakt ve yoğun biyolojik agregattır. Aerobik granül çamur oluşumu, askıda çoğalan flokül çamurdan kompakt agregata ve sonunda olgun aerobik granül çamur oluşumuna doğru kademeli bir biyolojik süreçtir. Anaerobik atıksu arıtımı ve anaerobik granül çamur yapısı son 20 yılda geniş ölçüde incelenmiş ve çözülmüş olmasına rağmen, aerobik granül çamur teknolojisi yeni bir konudur. Son zamanlarda aerobik granül çamur üzerine yapılan çalışmalarda, sentetik atıksulardan organik madde, azot giderimi ve biyolojik fosfor giderimi rapor edilmiştir. Aerobik granül çamur üzerine hemen hemen bütün çalışmalar sentetik atıksuyla laboratuvar ölçekli AKR'lerde; birkaçı gerçek endüstriyel atıksu ile ve çok azı evsel atıksu ile gerçekleştirilmesine rağmen, aerobik granülasyon teknolojisinin evsel ve endüstriyel atıksuların biyolojik olarak arıtımına doğru önemi gittikçe artmaktadır. Literatürde çoğunlukla aerobik granül çamur oluşumuna etki eden faktörler ve aerobik granül çamurla organik madde ve nütrient giderimi incelenmiştir. Aerobik granül çamur prosesinin en büyük dezavantajı uzun süreli işletmelerde stabilitesinin sağlanamamasıdır. Bu nedenle aerobik granül çamur prosesinin tam ölçekli arıtma tesislerine uygulanabilmesi için, granülasyon mekanizması, granül yapısı ve granülasyonda sorumlu mikrobiyal türler tanımlanmalı buna göre stabilite problemlerine çözüm önerileri getirilmelidir. Bu çalışmanın amacı, nütrient giderimi sağlayan aerobik granül çamur elde etmek, elde edilen granül çamurun yapısını makro ve mikro ölçekte incelemektir. Çalışma kapsamında ayrıca granül oluşumuna ve stabilitesine etkisi olduğu düşünülen faktörlerin incelenmesi hedeflenmiştir. Çalışmada, AKR'ler gerçek evsel atıksu karakterindeki değişiklikleri elimine etmek için, evsel atıksu karakterine en yakın sentetik atıksu ile işletilmiştir. AKR'lerde nütrient giderimi sağlayan aerobik granül çamur elde edilebilmesi için kısa çöktürme süresi (5 dk) seçilmiştir. Ayrıca çalışma süresince çöktürme süresi, OLR ve kesme kuvvetinin granül oluşumuna ve yapısına etkileri incelenmiştir. Çalışma boyunca dört set deney serisi kurulmuştur. İlk iki sette elde edilen veriler doğrultusunda uygun aşı çamuru ve uygun sentetik atıksu kompozisyonu seçilmiştir. Üçüncü sette nütrient giderme kapasitesine sahip aerobik granül çamur elde edilmiş; granül yapısı makro ve mikro ölçekte incelenmiş, kimyasal yapısı analiz edilmiştir. Bu sette, çalışmanın 138. gününde reaktör muhtevası ikiye bölünmüş; kontrol reaktörü (R1)'ne paralel olarak işletilen aynı konfigürasyonda bir reaktör (R2) ile Ca++ iyonunun granülasyona ve granül yapısına etkisi izlenmiştir. Üçüncü sette ayrıca kesikli deneylerle pH'nın granül stabilitesi üzerine etkisi incelenmiştir. Dördüncü sette, nütrient giderimi sağlayan granüllerden farkını ortaya koyabilmek amacıyla, sadece karbon giderimi sağlayan bir reaktörde granül çamur elde edilmiş ve iki çamur karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak, granül çamurun elde edilmesinde, en etkili seleksiyon baskısının çöktürme süresi olduğu, ancak nütrient giderimi sağlayan granül çamur oluşturulmak isteniyorsa, çöktürme süresinin ÇHİ'deki iyileşmeye paralel kademeli olarak azaltılması gerektiği bulunmuştur. Reaktör konfigürasyonuna uygun çöktürme süresi, min ile hesaplamalıdır. Seçilen min değeri floküler çamurun sistemden etkili bir şekilde yıkanmasını sağlamalıdır. İncelenen aralıkta hidrodinamik kesme kuvvetinin (0,78-1, 96 cm/sn) granül boyutuna önemli bir etkisi olmamıştır, ancak artan kesme kuvvetiyle granüller daha dairesel ve daha düzgün bir dış yüzeye sahip olmuştur. OLR'nin incelenen aralıkta (1,2-2, 4 kgCOD/m3. gün) hem granül boyutuna hem de mrfolojisine etkisi görülmemiştir. Üçüncü sette oluşan granül çamur ile NH4-N ve PO4-P giderimi sağlanmış, ancak NO3-N giderilememiştir. Bunun nedeni, granül ortalama boyutunun nispeten küçük (400 m) olması ve uygulanan yüksek hava debisi nedeniyle, granül içinde yeterli anoksik bölge oluşturulamamasıdır. Yapılan kesikli deneylerde pH'ın çalışılan aralıkta granül boyutuna etki etmediği gösterilmiştir. Ca+2'un ise granül oluşum süresini kısalttığı ve granül boyutunda artışa neden olduğu tespit edilmiştir. Uygulanan PCA analiziyle üçüncü sette nütrient giderimi gerçekleştiren granül çamurda, kimyasal bağlı fosforun toplam fosforun yaklaşık %8,3'ü olduğu bulunmuştur. Bu da fosfor gideriminin esas olarak biyolojik olarak gerçekleştiğini göstermektedir. Işık mikroskobu ve ESEM görüntülerinde, granül yapısında kok ve çubuk şeklinde bakterilerin yanı sıra serbest veya koloni halinde protozoona, serbest hareket eden rotiferlere ve nematodlara rastlanmıştır. Buna göre oluşan aerobik granüllerde mikrobiyal çeşitlilik fazladır.