OPERATIONAL OPTIMIZATION OF PILOT SCALE MEMBRANE BIOREACTOR TREATING MIXED INDUSTRIAL WASTEWATER AND DIFFERENT APPROACHES TO MEMBRANE SURFACE CLEANING SYSTEMS

Year 2017, Volume: 6 Issue: 2, 339 - 350, 31.07.2017

Sedat Soybay İsmail Koyuncu

https://doi.org/10.28948/ngumuh.341128

Abstract

   The aim of
this study was to determine the optimum operation parameters of pilot scale
membrane bioreactor treating mixed industrial wastewater. In the scope of this
research, pilot scale plant was built in Gebze Organized Industrial Zone
Domestic and Industrial Wastewater Treatment Plant and operated. MLSS
concentration, filtration/cleaning durations and effect of adding poly alumina
chloride (PAC) on flux were investigated in pilot plant scale. At the same time,
alternative membrane cleaning strategies were investigated and their
effectiveness were compared to the traditional membrane cleaning method of air
scouring. Air scouring, vibration, ultrasonic cleaning system, chemical enhanced backwash
were selected as fouling control strategies. Alternative methods are selected as
induced ultrasound, vibration, and combination of vibration with the
traditional air scouring and chemical cleaning. As a control group, traditional
air scouring is selected. For all methodologies flat sheet membranes are used.
Since ceramic is one of the membrane materials having high sound-reflecting
properties thus, high cleaning efficiency and tests indicated that ultrasonic
cleaning at 28 kHz damages membranes, ceramic membranes are used for two months
for ultrasound application. In conclusion, it is seen that MLSS concentration
of 12000 mg/L gives expected results on flux. In the terms of filtration/
cleaning duration, it is seen that 15 min filtration and 5 min cleaning
duration is more effective. Because of the mixed industrial wastewater, foaming
is seen in MBR and both prevention of foaming and improvement of flux is seen
with adding of PAC. This research also proved that the most efficient cleaning
strategy to control membrane fouling is that the chemical enhanced backwash
together with constantly induced air scouring and vibration.

Keywords

Membrane bioreactors, fouling, industrial wastewater, operation optimization, alternative membrane cleaning methods

KARIŞIK ENDÜSTSİYEL ATIKSU ARITIMINDA PİLOT ÖLÇEKLİ MEMBRAN BİYOREAKTÖRLERDE İŞLETME OPTİMİZASYONU VE MEMBRAN YÜZEY TEMİZLEME İŞLEMLERİNE DEĞİŞİK YAKLAŞIMLAR

Abstract

   Bu araştırmanın amacı, karışık endüstriyel
atıksu arıtımında membran biyoreaktörlerdeki (MBR) optimum işletme
parametrelerinin pilot ölçekte belirlenmesidir. Çalışma kapsamında Gebze
Organize Sanayi Bölgesi (GOSB) Evsel ve Endüstriyel Atıksu Arıtma Tesisine (AAT)
pilot tesis kurulmuş ve işletilmiştir. Kurulan tesiste; aktif çamur askıda katı
madde konsantrasyonu (MLSS), çalışma süresi ve poli alüminyum klorür (PAK) ilavesinin akı üzerindeki
etkisi pilot ölçekte incelenmiş, aynı zamanda alternatif membran temizleme
stratejileri denenerek, bu yeni metotların geleneksel temizleme sistemi olan
hava kabarcığı ile temizleme sistemiyle karşılaştırması yapılmıştır. Kurulan
pilot tesiste; hava kabarcığı, ses dalgası, titreşim ve kimyasal yıkama yöntemi
ile temizleme sistemleri karşılaştırılmıştır. Ayrıca bu sistemlerin birden
fazlası aynı anda denenerek, ses dalgası, titreşim ve hava kabarcığı, titreşim
ve kimyasal yıkamanın birlikte olduğu kombine sistemler de denenmiştir. Bütün
sistemlerde, düz plaka tip MBR membranı kullanılmıştır. Ultrasonik temizleme
verimi ses yansıtan yüzeylerde (seramik, metal gibi) daha yüksek olduğundan ve
ses dalgası 28 kHz frekansta membran modülüne zarar verdiğinden çalışmanın iki
aylık kısmında polimerik membran modülü yerine seramik membran modülü
yerleştirilip denenmiştir. Sonuç olarak, MLSS konsantrasyonun 12000 mg/L’de
tutulmasının akı üzerinde daha iyi sonuçlar verdiği görülmüştür.
Filtrasyon/bekletme süresi açısından ise 15 dakika filtrasyon 5 dakika bekletme
süresinin daha etkili olduğu görülmüştür. Karışık endüstriyel atıksu olduğu
için biyoreaktörde köpük oluşumu görülmüş ve PAK ilavesi ile hem köpük oluşumu
engellenmiş hem de akıda iyileşmeler sağlanmıştır. Ayrıca membranlardaki
tıkanıklık probleminde en etkili temizleme yönteminin hava kabarcığı, titreşim ve kimyasal yıkamanın birlikte
kullanıldığı kombine sistem olduğu da kanıtlanmıştır. 

Keywords

Membran biyoreaktörler, tıkanıklık, endüstriyel atıksu, işletme optimizasyonu, alternatif temizleme metotları

References

• ARIKAN, O.A.,“TÜBİTAK Araştırma Projesi Gelişme Raporu- 113Y341”, ITU, İstanbul, 1–231, 2015.
• CHANG, I.S., BAG, S.O., LEE, C.H. “Effects of Membrane Fouling on Solute Rejection during Membrane Filtration of Activated Sludge”, Process Biochem., 36, 855–860, 2001.
• LE-CLECH, P., CHEN, V., FANE, T.A.G., “Fouling in Membrane Bioreactors Used in wastewater Treatment”, J. Memb. Sci., 284, 17–53, 2006.
• CHEN, J.C., LI, Q., ELIMELECH, M., “In Situ Monitoring Techniques for Concentration Polarization and fouling Phenomena in Membrane Filtration”, Adv. Colloid Interface Sci., 107, 83–108, 2004.
• LAMMINEN, M.O., WALKER, H.W., WEAVERS, L.K., “Mechanisms and factors influencing the ultrasonic cleaning of particle-fouled ceramic membranes”, J. Memb. Sci., 237, 1–2, 213–223, 2004.
• KOCAMEMI, B.A., GURE, N., SARIALIOGLU, F., KUZEY, C., SAATCI, A.M., “Application of Low Intensity Ultrasound to Enhance Biological Phosphorous Removal”, ICOCEE Cappadocia 2015, Kapadokya, Türkiye, 2015.