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

Yıl 2007, Cilt: 17 Sayı: 3, 55 - 67, 31.12.2007

Murat Sarıoğlu Derin Orhon

Öz

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.

Anahtar Kelimeler

eşzamanlı nitrifikasyon ve denitrifikasyon, difüzyon limitasyonu, azot giderimi, çözünmüş oksijen, oksijen yarı doygunluk sabiti, membran biyoreaktör

Destekleyen Kurum

TEYDEB

Proje Numarası

TEYDEB:3030146

Teşekkür

Bu çalışma, Türkiye Bilimsel & Teknik Araştırma Kurumu – TEYDEB’in yardımıyla ve İstanbul Teknik Üniversitesinin teknik katkılarıyla, MASS Arıtma Sistemleri A.Ş.’nin yürüttüğü geniş kapsamlı AR-GE projesinin bir parçasıdır.

Kaynakça

• Abw, V., (1999). Verordnung über Anforderungen an das Einleiten von Abwasser in Gewaesser Bundesgesetzblatt. APHA., (1998). Standard methods for the examination of water and wastewater, 20 th Ed., Washington D.C.
• Cho, J., Ahn, K.-H., Seo, Y., Lee, Y., (2003). Modification of ASM No.1 for a submerged membrane bioreactor system: including the effects of soluble microbial products on membrane fouling, Water Science and Technology, 47, 12, 177-181.
• Gujer, W., Henze, M.,Mino, M., Loosdrecht, M., (1999). Activated Sludge Model No.3, Water Science and Technology, 39, 1, 183-193.
• Henze, M., Gujer, W., Mino, T., Matsuo, T., Wentzel, M.C. ve Marais, G.v.R., (1995). Activated Sludge Model No.2, IAWQ Scientific and Technical Report No.3, London, UK.
• Henze, M.,Grady, C.P.L., Gujer,W., Marais, G.v.R. ve Matsuo,T., (1987). A general model for single sludge wastewater treatment systems, Water Research, 21, 5, 505-515.
• Lu, S.G., Imai, T., Ukita, M., Sekine, M., Higuchi, T., Fukagawa, M., (2000). A model for membrane bioreactor process based on the concept of formation and degradation of soluble microbial products, Water Research, 35, 8, 2038-2048.
• Lu, S.G., Imai, T., Ukita, M., Sekine, M., Higuchi., (2002). Model prediction of membrane bioreactor process with the concept of soluble microbial product, Water Science and Technology, 46, 11-12, 63-70.
• Orhon, D., Artan, N., Buyukmurat, S. and Gorgun, E., (1992). The effect of residual COD on the biological treatability of textile wastewaters, Water Science and Techology, 26, 3-4, 815–825.
• Orhon, D. ve Artan, N., (1994). Modelling of Activated Sludge Systems, Technomic Publ. Co.Inc., Lancaster,Pennsylvania,USA.
• Pochana, K. ve Keller, J., (1999). Study of factors affecting simultaneous nitrification and denitrification (SND), Water Science and Technology, 39, 6, 61-68.
• Roeleveld,P.J. ve Van Loosdrecht, M.C.M., (2002). Experience with guidelines for wastewater characterization in The Netherlands, Water Science and Technology, 45, 6, 77-87.
• Semmens, M.J. ve Shanahan, J., (2005). Membrane Technology: Pilot Studies of Membrane Aerated Bioreactors, Final Report, Water Environment Research Foundation, Virginia, USA.
• Wintgens, t., Rosen, J., Melin, T., Brepols, C., Drensla, K., Engelhardt, N., (2003). Modelling of a membrane bioreactor system for municipal wastewater treatment, Journal of Membrane Science, 216, 55.