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

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

Öz

   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. 

Anahtar Kelimeler

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

Kaynakça

1. ARIKAN, O.A.,“TÜBİTAK Araştırma Projesi Gelişme Raporu- 113Y341”, ITU, İstanbul, 1–231, 2015.
2. 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.
3. LE-CLECH, P., CHEN, V., FANE, T.A.G., “Fouling in Membrane Bioreactors Used in wastewater Treatment”, J. Memb. Sci., 284, 17–53, 2006.
4. 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.
5. 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.
6. 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.