Development of aerobic granular sludge for urban wastewater treatment and investigation of its efficiency in treatment processes
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Dokuz Eylül Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2024
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: MARIAMA YAKUBU
Danışman: Azize Ayol
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Son yıllarda, aerobik granüler çamur (AGÇ) sisteminin atık su arıtımında tam ölçekli uygulanabilirliğini arttırmak için işletiminin geliştirilmesine odaklanılmıştır. Odaklanılan alanlar arasında, işleme alma sırasında granül oluşumunun iyileştirilmesi ve çökebilirlik ve çamur yönetimi gibi özellikler yer almaktadır. Bu çalışmada, yavaş anaerobik besleme, anaerobik, aerobik, anoksik, çöktürme ve boşaltma konfigürasyonunda laboratuvar ölçekli bir ardışık kesikli reaktör (AKR) kullanılarak farklı koşullar altında AGÇ oluşumu ve arıtma performansları incelenmiştir. Çalışma, aklimatizasyon aşaması (AP), çalışma aşaması 1 (SP1), çalışma aşaması 2 (SP2) ve her birinin belirli bir hedefi olan bir toplu test olmak üzere dört aşamada gerçekleştirilmiştir. AP sırasında, pH başlangıçta 5 olarak ayarlanmış ve ardından haftalık olarak 6'ya ve sonra 7'ye yükseltilmiştir. Buradaki amaç hızlı mantar granülasyonu sağlamak ve pH arttıkça stabilitesini test etmektir. SP1 ve SP2'de, granül performansı ve arıtma verimliliği üzerindeki etkilerini belirlemek için sırasıyla düşük sıcaklıklar ve biyoçar uygulaması gerçekleştirilmiştir. Aerobik granüller ve çamur susuzlaştırılabilirliği üzerindeki etkilerini araştırmak için 13 günlük bir test iki değerlikli iyon (Ca2+) ve katyonik polielektrolit (CPE) eklenerek gerçekleştirilmiştir. AP'de pH 5'te reaktör başlatıldıktan sonra 3. günde ilk birkaç pelet benzeri granül ortaya çıkarak başarılı mantar granülleri tespit edilmiştir. Mantar granülleri 6. ile 10. gün arasında yaklaşık 1 mm boyutuna kadar büyüse de, yüksek kesme kuvveti nedeniyle havalandırma sırasında dağılmasına neden olan kabarık ve zayıf bir yapıya sahipti. 5. günde (pH 5), SVI30 ve SVI10, mantar granülü oluşumunu doğrulayarak aşı çamurunun 113 ve 134 mL/g'dan sırasıyla 55 ve 67 mL/g'a önemli ölçüde azalmıştır. Ancak, sonraki günlerde pH artışı ve granül dağılması ile birlikte yavaş çökelme özelliğine sahip hafif flokların varlığıyla SVI30 ve SVI10, AP'nin sonunda sırasıyla 103 ve 139 mL/g'a yükselmiştir. Mastersizer 2000 kullanılarak yapılan ölçümlerde, mantar granüllerinin partikül boyutu dağılımı (PSD) yaklaşık 21 ila 239 μm aralığında olup SP1 sonrası ile benzerlik göstermiş, ancak SP2'de yaklaşık 46 ila 479 μm aralığına kadar artmıştır. Ca2+ eklenmesinden sonra partikül boyutunda çok fazla değişiklik olmamasına rağmen, işletimin sonunda CPE eklenmesinden sonra partikül boyutunda 78,463 ila 1659,59 μm aralığında üstel bir artış gözlenmiştir. SP1 boyunca pH 7'de tutulduğunda, mantar granülleri daha yüksek pH seviyeleri üremeleri için elverişli olmadığından bakterilere dönüşmüştür. SP1'de 15.5 – 9.9°C arasında değişen düşük sıcaklıklara rağmen granül çökelmesi önemli ölçüde artmıştır. SP1'in 30. gününde, SVI30, SVI10 ve SVI5 sırasıyla 38, 50 ve 63 mL/g ve SVI30/SVI10 oranı 0,76 ile aerobic granül oluşmuştur. MLSS, SP2 sonrası 7390 mg/L'ye ve işletim sonunda 20190 mg/L'ye yükselmiştir ve MLVSS/MLSS oranı 0,8 olarak bulunmuştur. SP2 için SVI30, SVI10 ve SVI5 sırasıyla 19, 24 ve 30 mL/g'a düşmüştür ve işletim sonunda tam granülasyon ile dengeli durumda SVI değeri 10 mL/g olarak belirlenmiştir. SP1'de 71 mg/L (%93), 1,28 mg/L (%70) ve 57 mg/L (%47) COD, TP ve TN çıkış konsantrasyonları ve giderim verimlilikleri ile yüzde 99'un üzerinde NH4+ giderimi sağlanmıştır. SP2'de biyoçar ilavesi, organik madde aktivitelerinde ve granül çökelmesinde artışa yol açmış ancak kirlilik gideriminde artış sağlamamıştır. SP1'e kıyasla, SP2 ve toplu testte COD ve TN giderim verimlilikleri sırasıyla %90'dan fazla ve yüzde 35-19 aralığında bulunmuş ancak TP giderimi SP1'de yüzde 74'e yükselmiştir. Ca2+'nın PO43- ile çökelmesi, TP giderimini %88'e yükseltmiş ve bu, testte CPE eklenmesiyle yüzde 91'e ulaşmıştır. Çamur susuzlaştırılabilirliği, SP2'nin sonunda 1,4 sg/L olan normalize edilmiş kapiler emme süresi ile belirlenmiştir, ancak bu test çalışmasında CPE eklenmesinden sonra %71,4 artışla ile 0,4 sg/L'ye düşmüştür. Bu düşük değer, CPE'nin EPS'yi modifiye etmesi veya parçalayarak PS ve PN ağını bozması ve böylece su bağlama özelliklerini azaltması nedeniyle AGÇ'den etkili su salınımını göstermektedir. SP1, SP2 ve toplu test için EPS analizi, her çalışma aşamasında PS'den daha yüksek PN konsantrasyonu ile EPS içeriğinde artış olduğunu ve işletim boyunca en yüksek 344,8 mg/L EPS'ye sahip olduğunu ortaya koymuştur. Genel olarak, bu çalışma, AGÇ-AKR sisteminin başlangıcında düşük pH uygulayarak hızlı granül oluşumunun elde edilme olasılığının yüksek olduğunu doğrulamıştır ve soğuk bölgelerde, bu stratejinin uygulanması, psikrofilik sıcaklığın granül oluşumu üzerindeki olumsuz etkisini azaltmış ve granül çökelmesini iyileştirmiştir. AGS'de hızlı granülasyon için biyokömür ilavesi, düşük sıcaklık altında granülasyonu ve kirlilik giderimini iyileştirmek için önemli bir rol oynamıştır. AGÇ'de polielektrolit kullanımı sadece çamur susuzlaştırılabilirliğini artırmakla kalmamış, aynı zamanda granül boyutunu da arttırmıştır.