Pilot ölçekli membran biyoreaktörde uzun dönemli eşzamanlı nitrifikasyon-denitrifikasyon performansının modellenmesi

Membran biyoreaktörlerin nütrient giderim kapasitesi son yıllarda bu sistemlerdeki karbon gideriminden daha çok dikkat çekmiştir. Membran biyoreaktörlerde toplam azot giderimi için konvansiyonel olarak bilinen proseslerin yanında eşzamanlı nitrifikasyon ve denitrifikasyon (SNdN) gelecekte en çok araştırma gerektiren prosestir. SNdN’in tüm etkisini ve esaslarını tanımlamak amacıyla pilot bir membran biyoreaktör teşkil edilmiştir. Bu çalışma, membran biyoreaktör sistemlerinin azot gideriminde etkili olan ana mekanizmalarının ve özellikle SNdN’in etkisinin değerlendirilmesi üzerine odaklanmıştır. Bu kapsamda yeni bir matematik model geliştirilerek model sonuçlarının ölçülen değerlerle uyumluluğu üzerinden kalibrasyon gerçekleştirilmiştir. Önerilen bu matematik modelde ilk olarak membran biyoreaktörler esas olarak biyokütlenin tamamının sistem içinde tutulduğu ve geri devrettirildiği ve bu sayede yüksek biyokütle konsantrasyonlarının sağlandığı askıda çalışan bir aktif çamur prosesi olarak tanımlanmıştır. Bu kapsamda, AÇM1 (Aktif Çamur Modeli 1) baz olmak üzere içsel solunum fazı yaklaşımına dönüştürülmüş yeni bir aktif çamur modeli geliştirilerek ölçüm sonuçlarının dinamik olarak modellenmesi ve kalibrasyonu yapılmıştır. Yüksek biyokütle konsantrasyonlarında difüzyonun sistem performansı ve denitrifikasyon üzerine olan önemli etkisi ortamdaki oksijen konsantrasyonuna bağlı olarak nitrifikasyon ve denitrifikasyonu kontrol eden anahtar fonksiyonları sayesinde başarı ile açıklanabilmiştir. Geliştirilen model sonuçları, ölçülen sonuçlar ile oldukça yüksek bir uyumluluk göstermiştir. Bu uyum da modelin güvenilirliğini teyit etmiştir. Membran tank içinde oksijenin flok içine olan difüzyon limitasyonu, anahtar fonksiyonlarında yer alan yarı doygunluk sabitlerine spesifik değerlerin verilmesiyle açıklanabilmiştir. Söz konusu yarı doygunluk sabitleri K OH =1 mg/L, K OA =1.25mg/L, K NH =2mg/L ve K NO =2 mg/L olmak üzere önceki aktif çamur modellerine göre oldukça yüksek değerler olarak belirlenmiştir.