Karbon kaynağının ve katyon dengesinin biyolojik aşırı fosfor giderimi prosesi ve aktif çamurun çökme performansına etkisinin değerlendirilmesi

Bu tez çalışmasında sıralı anaerobik-aerobik döngü modunda işletilen laboratuar ölçekli bir ardışık kesikli reaktörde karbon kaynağının ve katyon dengesinin biyolojik aşırı fosfor giderimi prosesi ve aktif çamurun çökme performansı üzerine etkisi incelenmiştir. İlk deneysel çalışma aşamasında katyon dengesinin aktif çamurun çökme performansı ve fosfor giderim verimi üzerine etkisinin belirlenmesi amacıyla karbon kaynağı olarak sodyum asetatın kullanıldığı sentetik atıksu çözeltisi bileşimindeki toplam monovalent katyon (NH4+, K+ ve Na+) miktarının toplam divalent katyon (Ca2+ ve Mg2+) miktarına oranının 7,6 ve 1,5 olarak ayarlandığı durumlarda her biri otuz günlük iki periyot halinde reaktör işletimi yapılmıştır. Sonuçlar, aktif çamurun çökme performansını ifade eden çamur hacim indeksi değerinin her bir işletme periyodu boyunca M:D oranı 7,6 olduğunda 125 mL/g değerinden 440 mL/g değerine arttığını ve 1,5 olduğunda ise 130 mL/g değerinden 70 mL/g değerine azaldığını ve aerobik faz boyunca fosfor giderim veriminin M:D oranı 7,6 için %38- 50 aralığında değiştiğini ve M:D oranı 1,5 için %80 değerine kadar arttığını göstermiştir. İkinci deneysel çalışma aşamasında karbon kaynağının BAFG prosesi üzerine etkisinin belirlenmesi amacıyla karbon kaynağı olarak yalnızca asetat ve yalnızca glikoz ile beslenen reaktörlerde her biri altmış günlük iki periyot halinde reaktör işletimi yapılmıştır. Karbon kaynağı olarak 500 mg KOİ/L asetat beslenen reaktörde tüm işletme süresi boyunca kimyasal oksijen ihtiyacı giderimi bazında anaerobik substrat tüketimi %85 değerine kadar artarken anaerobik fazdaki fosfat salım verimi 34. gün itibariyle başlangıç değeri olan %50'den %350'ye artmış ve bu süreden sonra fosfat salımı stabil hale gelmiştir. Aerobik fazdaki fosfat giderim verimi ise 38. güne kadar hızla artmış ve bu aşamadan sonra yavaşça artmıştır. Bu süreçte en yüksek fosfat giderim verimi %93, 2 olarak elde edilmiştir. Aktif çamurun toplam fosfor miktarı (askıda katı madde konsantrasyonunun yüzdesi olarak, %AKM), giderilen KOİ başına salınan fosfor oranı ve fosfor salımının fosfor giderimine oranı için elde edilen deneysel değerler de zamanla belirli bir seviyeye kadar artmıştır. Asetatın beslendiği reaktörde kullanılan aktif çamur değiştirilmeden karbon kaynağı olarak 500 mg KOİ/L glikozun beslendiği reaktörde ise tüm işletme süresi boyunca KOİ gideriminde bariz bir değişim gözlenmezken anaerobik fosfor salım veriminde ve aerobik fosfor giderim veriminde zamanla bir azalma meydana gelmiştir. Bu süreçte anaerobik fosfor salım verimi %346 değerinden %62 değerine ve aerobik fosfor alım verimi %92 değerinden %62 değerine azalmıştır. Öte yandan tüm işletme süresi boyunca Psal/KOİgid ve Psal/Pgid değerlerinde ve ayrıca aktif çamurun toplam fosfor içeriğinde de kademeli olarak azalma meydana gelmiştir. Bu sonuçlar, glikoz ile beslenen sistemde anaerobik substrat kullanımı gerçekleşmesine rağmen asetat ile beslenen sistemdekinden farklı olarak mikroorganizmaların fosfor kullanım metabolizmasında değişiklik meydana geldiğini ortaya koymaktadır. Glikoz ile beslenen sistemde anaerobik fazda glikojen tüketiminin asetat ile beslenen sistemdekine göre artması, glikojen parçalanmasının asetat ile beslenen sistemde polifosfat parçalanması ile birlikte gerçekleştiğini fakat glikoz ile beslenen sistemde polifosfat mekanizmasına daha az gereksinim duyularak gerçekleştiğini açıkça ortaya koymaktadır. Bu sonuçlar, asetat ile beslenen sistemde polifosfat depolayan organizmaların baskın mikroorganizmalar olduğu ve katyon dengesinin ayarlanması için besleme çözeltisinde Mg ve Ca iyonlarının miktarlarının azaltılması haricinde işletme şartları değiştirilmemiş olmasına rağmen glikoz ile beslenen sistemde glikojen depolayan organizmaların baskın hale geldiği fikrini desteklemektedir. Sonuç olarak, karbon kaynağının asetattan glikoza değiştirilmesinin BAFG prosesinde fosfor salımının ve alımının tamamen inhibe olmadan bozulmasına yol açan olumsuz bir etki gösterdiği ve polifosfat depolayan organiamaların metabolizmasında polifosfat metabolizmasını kullanmaktan ziyade glikojen metabolizmasını kullanmalarını teşvik eden bir metabolik davranış değişikliğine sebep olduğu düşünülmektedir. Karbon kaynağı olarak hem asetatın hem de glikozun kullanıldığı her iki sistemde de tüm işletme süresi boyunca amonyum azotunun konsantrasyonunda anaerobik ve aerobik fazlarda başlangıç konsantrasyonuna (41, 6 mg/L) göre bariz bir değişim meydana gelmemesi, aerobik fazlarda fosfor gideriminin kimyasal giderim gerçekleşmeden yalnızca biyolojik şekilde gerçekleştiğini göstermektedir. Öte yandan nitrit azotu ve nitrat azotu konsantrasyonlarında da anaerobik ve aerobik fazlarda başlangıç konsantrasyonuna göre bariz bir değişim olmaması, substratın yalnızca BAFG prosesi için kullanıldığına işaret etmektedir. Karbon kaynağının asetattan glikoza değiştirilmesinden önce katyon dengesinin sabit kalması için sentetik atıksudaki Mg ve Ca iyonlarının miktarlarının ayarlanması, glikoz ile beslenen BAFG sisteminin katı-sıvı faz ayrımı bakımından başarılı şekilde işletilmesi ile sonuçlanmıştır. Asetat ve glikoz ile beslenen sistemler için elde edilen ÇHİ sonuçları işletme süreleri sonunda sırası ile 36 mL/g ve 40 mL/g olarak elde edilmiştir. Bu sonuçlar, BAFG sistemlerinin karbon kaynağının türünden bağımsız olarak başarılı şekilde işletilebilmesi için katyon dengesinin kritik bir faktör olduğunu ortaya koymaktadır.