Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/11527/16121
Title: A comparative evaluation of anaerobic treatment of low strength wastewaters at mesophilic and psychrophilic temperatures
Other Titles: Düşük kirlilik yüküne sahip atıksuların havasız arıtımının mezofilik ve psikrofilik sıcaklıklarda karşılaştırılmalı olarak değerlendirmesi
Authors: Eroğlu, Veysel
Gömeç, Çiğdem Yangın
166666
Çevre Mühendisliği
Environmental Engineering
Keywords: Çevre Mühendisliği
Environmental Engineering
Issue Date: 2005
Publisher: Fen Bilimleri Enstitüsü
Institute of Science and Technology
Abstract: Havasız arıtma orta ve yüksek kirlilik yüklerine sahip atıksularda yıllardan beri uygulanmaktadır. Son yıllarda, seyreltik atıksulann yüksek hızlı anaerobik sistemler ile antılabilirliklerinin fizibilitesi değerlendirilmektedir. Bu sebeple, anaerobik arıtma seyreltik endüstriyel atıksularda uygulanmaya başlanmış olup hatta evsel atıksulann bile belirli koşullar altoda havasız antılabilirliklerinin gerçekleştirilebileceği düşünülmektedir. Uygulamadaki kolaylıklan, düşük ilk yatırım ve işletme maliyetleri ve çeşitli atıksulann antımlanndaki uzun süreli deneyimlerden dolayı, evsel atıksulann anaerobik antımında en uygun sistemlerin yukan akışlı çamur yataklı (YAÇY) reaktörler olduğu düşünülmektedir. Son yıllarda farklı sıcaklık değerlerinde yapılan birçok araştırma, uygun proses tasarımı seçildiği takdirde, sıcaklık parametresinin havasız antma uygulamalarında kısıtlayıcı bir faktör olmadığını göstermiştir. Organizmalar istenilen sıcaklık değerlerine adapte edilirlerse, reaktörlerin psikrofüik (düşük sıcaklıklarda yaşayabilen) şartlar altında dahi işletilebilecekleri ve psikrofüik havasız antmanın, orta ve düşük sıcaklıklarda deşarj edilen atıksular için çok uygun bir alternatif olabileceği belirtilmektedir. Genelde evsel atıksulann deşarj edildikleri sıcaklık değerleri 35°C'nin altında olduğu için, mezofilik havasız antma sırasında ısıtma ihtiyacı duyulmaktadır. Bu sebeple, düşük sıcaklıklarda (10-20°C) işletilebilen havasız antma sistemleri çok daha düşük antma maliyetlerine olanak sağlayabilirler. Bazı dezavantajlan olmasına rağmen, düşük sıcaklıklara sahip seyreltik atıksulann ilave ısıtma ihtiyacı göstermeyerek antılmalan, ilk yatınm ve işletme maliyetlerini ve enerji ihtiyaçlanm önemli ölçüde azaltmaktadır. Havasız çürütme proseslerinde iki önemli metanojen tür olan Methanosaeta ve Meihanosarcina, esas olarak asetatı kullanarak metan üretimini sağlarlar. 16S rRNA/DNA esaslı mikrobiyolojik tanımlama teknikleri, son yıllarda, birçok antma sistemlerinde bulunan mikroorganizmalann tesbit ve incelenmesinde uygun bir yöntem olmaktadır. Mikrobiyolojik tanımlama teknikleri arasında en fazla kullanılan Floresan yerinde hybridizasyon (FISH) tekniği ile anaerobik sistemlerde bulunan mikrobiyolojik popülasyonlar tanımlanabilmektedir. Atıksulann havasız antılmalan sırasında baskın bakteri floralarının ve büyüme hızlarının seçimi sırasında göz önüne alınması gereken en önemli parametrenin işletme sıcaklığı olduğu belirtilmektedir. Sıcaklığın metanojen aktiviteleri üzerinde önemli etkileri olduğu için, sistem içersinde en uygun işletme sıcaklığının sağlanması gerekmektedir. xvı Çalışmanın amacı düşük kirlilik yüklerine sahip seyreltik atıksularm, düşük sıcaklık şartlarında yüksek hızlı YAÇY reaktör ile havasız antılabilirliklerinin değerlendirilmesi ve ilave ısıtma ihtiyacı göstermemesinden dolayı işletme maliyeti açısından daha ekonomik bir alternatif olarak incelenmesidir. Bu çalışmada, biri mezofilik (35±2°C), diğeri ise psikrofilik (10±1°C) sıcaklık şartlarında işletilmiş iki adet laboratuvar ölçekli YAÇY reaktör önce evsel atıksuyu karakterize eden sentetik atıksu ile, daha sonra ham evsel atıksu ile beslenmiştir. Her iki reaktördeki baskın mikrobiyolojik türler FISH tekniği kullanılarak konfokal tarayıcılı lazer mikroskopu (CSLM) ile tanrmlanmıştır. Deneysel çalışma süresince, mikrobiyolojik çeşitlilikteki değişim ve granül çamur yapılarında meydana gelen farklılıklar araştırılmıştır. Böylece seyreltik atıksularm farklı sıcaklıklarda antıldığı yüksek hızlı havasız reaktörlerin performansları, konvansiyonel izleme parametrelerinin yanında mikrobiyolojik çeşitlilik incelenerek değerlendirilmiştir. Sonuçlar, sentetik atıksu arıtımında ll°C'de (psikrofilik) ve 2 kgKOİ/m3.gün'lük organik yükleme hızı (OYH)'nda %82'lere varan ortalama KOİtop giderimi göstermiştir. Aynı organik yükleme hızında 35°C'deki (mezofilik) ortalama KOİtop giderimi ise %90 olarak bulunmuştur. Diğer taraftan, ham evsel atıksuyun antıldığı mezofilik ve psikrofilik YAÇY reaktörlerde elde edilen ortalama KOİtop giderimleri OYH=0.7 kgKOİ/m3.gün'de sırasıyla %49 ve %35 olarak gözlenmiştir. Ham evsel atıksuyun arıtılması sırasındaki düşük giderim verimlerine, numune alma döneminde kanalizasyon sistemine verilen deniz suyundan kaynaklanan seyrelmenin sebep olduğu düşünülmektedir. 16S rRNA-odaklı oligonükleotid problar, havasız sistemlerin mikrobiyolojisi hakkında etkili sonuçlar vermiş ve her iki granül çamurunda, Methanosaeta (MX825) türünün baskın tür olduğu gözlenmiştir.
Anaerobic digestion has been generally applied to medium and high strength wastewaters. Recently, growing efforts have been spent in order to establish the feasibility of high rate anaerobic digestion to the treatment of diluted wastewaters. Thus, applications of anaerobic processes are now being extended to the treatment of dilute industrial wastewaters, and even anaerobic sewage treatment is considered achievable under certain conditions. The most appropriate anaerobic system to treat domestic wastewater has still been considered as the UASB reactor because of its simplicity, low investment and operation costs and the long favorable experience in the treatment of a wide range of wastewaters. Many recent researches conducted at various temperatures revealed that temperature is not a limiting factor in anaerobic treatment applications if the appropriate process design is chosen. It is reported that if the organisms are acclimatized to desired temperatures, the reactors can be operated even under psychrophilic conditions and psychrophilic anaerobic treatment becomes an attractive option for wastewaters, which are discharged at moderate to low temperatures. Since domestic sewage has a temperature lower than 35°C, heating is required during mesophilic anaerobic treatment. Thus, psychrophilic anaerobic treatment systems allow substantially lower treatment costs due to their ability to operate at low temperatures (10-20°C). Despite some drawbacks, successful anaerobic treatment of many dilute streams, which are also low in temperature, without the addition of heat would be a significant achievement in reducing the investment and operation costs and energy needs. Two important methanogenic genera in anaerobic digestion, namely Methanosaeta and Methanosarcina, are mainly responsible for methane production from acetate. 16S rRNA/DNA based microbial identification techniques have become, over the past decade, an appropriate tool for detecting and studying microorganisms in many biological treatment systems. Among these microbial identification techniques, Fluorescent in situ hybridization (FISH) has been used widely to characterize the microbial population located in anaerobic systems. Operating temperature is reported as one of the most important parameters for anaerobic treatment of wastewater that selects the dominant bacterial flora and determines the growth rate. Since the activity of methanogens is strongly affected by temperature, an optimum operating temperature should be maintained in the system. The main objectives of this study are evaluating the possibilities of optimizing performance of a high-rate anaerobic system treating low strength wastewaters at low temperatures and of achieving more feasible system due to no heating requirement. xiv Besides, dominant microbial communities in two lab-scale UASB reactors operated at mesophilic (35±2°C) and psychrophilic (10+1°C) temperatures and fed with synthetic domestic wastewater and raw domestic sewage were identified by FISH technique in combination with Confocal Scanning Laser Microscopy (CSLM). The variation in microbial diversity and alteration in granular structure were also investigated. Thus, in addition to classical operational parameters, process performances of both high rate anaerobic reactors treating low strength wastewater at different temperatures were evaluated by investigating the variations in microbial diversity. Results indicated around 82% average total chemical oxygen demand (CODtot) removal at around 11°C (psychrophilic) at an organic loading rate (OLR) of 2 kgCOD/m3.day while at the same OLR around 90% average CODtot removal was observed at 35°C (mesophilic) in synthetic sewage treatment. On the other hand, average CODtot removals were obtained as 49% and 35% for the mesophilic and psychrophilic UASB reactors treating raw domestic sewage, respectively at an OLR around 0.7 kgCOD/m3.day. Low removal efficiencies during raw domestic sewage treatment could be due to high amounts of sea water additions into the sewerage system that caused dilute influent concentrations during sampling periods. Results also indicated that the use of 16S rRNA-targeted probes, was well suited to the study of the microbial ecology in anaerobic treatment systems and Methanosaeta were found as the dominant species in both types of granules. 
Description: Tez (Doktora) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2005
Thesis (Ph.D.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2005
URI: http://hdl.handle.net/11527/16121
Appears in Collections:Çevre Mühendisliği Lisansüstü Programı - Doktora

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
166666.pdf23.82 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.