Katı atık sızıntı sularının batık elektro-membran biyoreaktör sistemi ile arıtılabilirliğinin araştırılması

Abstract

Bu tez çalışması ile, katı atık depo sahalarından oluşan sızıntı sularının, yeni bir sistem olan ve biyolojik proses, membran filtrasyon prosesi ve elektrokinetik prosesin birleşiminden oluşan batık elektro-membran biyoreaktör sistemi (bEMBR) ile arıtım etkinliğinin araştırılması hedeflenmiştir. Bu amaç doğrultusunda, çalışmalar üç kademe de gerçekleştirilmiştir. Çalışmanın ilk kademesinde; İSTAÇ A.Ş. Odayeri Katı Atık Depolama Tesisi'nden alınan sızıntı suyunun kapsamlı karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. İkinci kademede uygun akım ve sürenin belirlenmesi için İSTAÇ Odayeri Katı Atık Depolama Sahası'ndaki sızıntı suyu biyolojik arıtma tesisi havalandırma havuzundan alınan çamur kullanılarak optimizasyon çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Farklı akım ve sürelerde gerçekleştirilen elektrokinetik çalışmaların sonucunda optimum akım 2A (akım yoğunluğu 24 mA/cm2) ve süre 15 dakika olarak belirlenmiştir. Üçüncü ve son aşamada reaktörlerin kurulumu, işletmeye alınması ve optimizasyon çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Elektrik akımının biyolojik arıtım üzerindeki etkilerinin araştırılabilmesi için çalışmalar konvansiyonel batık membran biyoreaktör (bMBR) sistemi ile paralel yürütülmüştür. Bu amaçla İSTAÇ Odayeri Katı Atık Depolama Sahası'ndaki sızıntı suyu arıtma tesisinin havalandırma havuzundan aşı çamuru getirilmiştir. Reaktörler kararlı hale geldikten sonra, bEMBR sistemine farklı boşluk oranlarına sahip alüminyum elektrotlar yerleştirilmiştir. 24 mA/cm2 AY ve 15 dakikalık maruziyet süresi kararlı halde belirlenen 5 günlük hidrolik bekletme süresine (HRT) bölünmüştür. bEMBR sistemine iki farklı kombinasyon ile akım verilmiştir: Periyot I'de 24 mA/cm2 akım yoğunluğunda günde 3 dakika, Periyot II'de 24 mA/cm2 akım yoğunluğunda günde 6 dakika akım uygulanmıştır. bEMBR sistemi her iki periyotta 25 gün, toplam 50 gün boyunca işletilmiştir. Sıcaklık, pH, iletkenlik, çözünmüş oksijen (ÇO), renk, kimyasal oksijen ihtiyacı (KOİ), toplam organik karbon (TOK), amonyak azotu (NH3-N), toplam azot (TN) ve ağır metal giderimi parametreleri ile bEMBR sisteminin düzenli depo sahalarından oluşan sızıntı sularının arıtımdaki performansı hem iki periyot birbiriyle, hem de bMBR sistemiyle mukayese edilerek değerlendirilmiştir. Periyot I ve II'de verilen elektrik akımı bakterilerin faaliyetlerini olumsuz etkileyecek hiçbir fiziksel sonuç doğurmamakla birlikte sistemin etkinliği sızıntı suyundaki kirletici giderim parametreleri, çamurun karakteristiğindeki değişiklikler (EPS, SMP, CST, Partikül Boyutu, Zeta Potansiyeli) ve membran akı sonuçları değerlendirilerek belirlenmiştir. 50 gün süren çalışma sonucunda kirlilik giderim parametrelerinde dalgalanmalar olmakla birlikte genel trend, her iki periyotta da Periyot II daha etkin olmakla birlikte bEMBR ile arıtımın konvansiyonel bMBR'ye göre daha etkin olduğu görülmüştür. Çamurda gerçekleştirilen EPS analizleri, elektrik akımına maruz kalan bakterilerin stres altında kaldığını ve biyolojik sistemlerde membran tıkanmasına neden olan EPS değerinde konvansiyonel sisteme göre hafif bir artış olduğunu göstermiştir. Konvansiyonel bMBR ile karşılaştırıldığında bEMBR'de membran tıkanması daha geç gerçekleşmiştir. bEMBR ve bMBR'de, EPS sonuçları arasında büyük bir fark gözlenmemiştir. Ancak, bMBR'e göre bEMBR'de SMPp değeri daha düşük bulunmuştur. Elektrik akımı sayesinde bEMBR'de çamurun filtre edilebilirliği artmış ve Zeta Potansiyeli değerleri iki sistemde, birbirine yakın ve -50 mV ila -10 mV arasında değişiklik göstermiştir. bEMBR ve bMBR membranlarının yüzeyindeki kimyasal özellikler FTIR spektroskopisiyle karakterize edilmiştir. Her iki sistemde benzer FTIR spektrumları gözlenmiştir. İşletme süresince elektrotlarda pasivasyon veya presipitasyon meydana gelmiştir. bEMBR'de çözünen Al elektrotun, atık çamurda günlük birikimi değerlendirilmiştir. Ayrıca, sızıntı suyunun bEMBR ile arıtılmasında maliyet analizi yapılmış, Periyot II'de bEMBR ve bMBR'ye göre yaklaşık 4000 mg/L'lik daha fazla KOİ giderimi elde edilmiş ve bunun için toplam maliyet 0,175 €/m3 olmuştur. bEMBR çıkış suyu, İSKİ ve SKKY'deki Deşarj Standartları ile karşılaştırılmış ve KOİ dışında tüm parametreler, her iki deşarj standartlarına uygun ve bu değerlerden oldukça düşük bulunmuştur. Yapılan tüm deneysel çalışmalar değerlendirildiğinde, yeni bir sistem olan bEMBR ile sızıntı sularının verimli bir şekilde arıtılabildiği ortaya konmuştur.