Pilot Ölçekli Batık Membran Sistemleri İle İçme Suyu Arıtımı

Abstract

Dünya yüzeyinin %80’i sudur ve tüm suların %97’si deniz ve okyanuslardan oluşur. Kutuplardaki buzul halinde bulunan su oranı %2’dir.Ancak dünyadaki tüm suların sadece %1’i içilebilir niteliktedir. Hızlı nüfus artışı, aşırı sanayileşme, artan kuraklık ve aşırı tüketim ile birlikte tatlı su kaynakları küresel ölçekte hızla tükenmektedir. Artan talebe karşılık tatlı su kaynaklarını artırmak teknik ve ekonomik açıdan sınırlayıcı olduğu için sürdürülebilir kalkınmayı sağlayabilecek değişik pratik çözümlere ihtiyaç vardır. Bu konuda birçok avantajından dolayı dünya çapında membran teknolojileri uygulamalarına ilgi artmıştır. Su arıtımında, membran tıkanması; en çok askıda katıların ve kolloidlerin membran yüzeyinde birikmesi ve porların tıkanması ile gerçekleşir. Koagülasyon-flokülasyon, adsorpsiyon veya oksidasyon basamakları gibi çözeltinin şartlandırılması avantajlıdır. Ama yine de, besleme suyu karakteristiğine göre, şartlandırmayı, membran modül konfigürasyonunu ve hidrodinamiğini optimize ederek işletme maliyetini minimize etmek önemlidir. Batık membran sistemleri; aynı tankta bütün arıtma basamaklarının (fiziko-kimyasal şartlandırma, PAC adsorpsiyonu, ayırma) bir bütün olarak gerçekleştirilmesi olasılığından dolayı sıkılık ve seçicilik gibi avantajlara sahiptir. Buna ek olarak, türbülans sağlayıcı gibi rol oynayan membran parçasının yakınına hava enjeksiyonu uygulamasıyla düşük enerji maliyetlerinde sık sık membran temizleme kimyasalına gerek olmadan uzun işletme periyotlarında yüksek süzüntü akısının sürdürülmesi ve membran tıkanması kontrol edilebilir. Bu çalışmanın amacı laboratuar ölçekli batık membran sisteminde membran tıkanıklığını kontrol etmek için kullanılan farklı ön arıtma yöntemlerinden en iyi verim alınan toz aktif karbon ve UV/TiO2 etkisinin pilot ölçekte doğrulanmasıdır. Deneysel çalışmalarda, Terkos, Ömerli ve Büyükçekmece göl suları kullanılmıştır. Mikrofiltrasyon ve ultrafiltrasyon membranları ile yürütülen çalışmalarda, organik madde konsantrasyonunu temsil etmesi bakımından besleme suyu, reaktör içi ve çıkış suyundan alınan numunelerde TOK ve UV254 absorbans ölçümleri yapılmıştır. Ayrıca, membran tıkanıklığının göstergesi olan vakum basıncındaki artış, deney boyunca sürekli olarak kaydedilmiştir. Deneysel çalışmalar, ultrafiltrasyon ve mikrofiltrasyon membranları ile olmak üzere iki aşamada gerçekleştirilmiştir. İlk aşamada UF membranı ile Terkos, Ömerli ve Büyükçekmece göl sularında toz aktif karbon adsorpsiyonu ve UV/TiO2 fotokatalitik etkisi araştırılmıştır. İkinci aşamada ise MF membranı ile Terkos, Ömerli ve Büyükçekmece göl sularında toz aktif karbon adsorpsiyonu etkisi araştırılmıştır. Bu çalışmaların sonunda, tüm ön arıtma yöntemlerinin birbirleri ile karşılaştırması yapılarak, batık membran sisteminde membran tıkanıklığını azaltmak için kullanılabilecek en uygun yöntem belirlenmiştir.

Eighty percent of the surface of the Earth is covered with water and 97% of all water consists of marine and ocean. The percentage of the water in the form of glaciers at the poles is 2%. However, only 1% of all the water on the Earth is potable. Fresh water resources are rapidly depleted at the global scale due to rapid population growth, over-industrialization, increasing drought and excessive consumption. Since it is difficult to fulfill increasing demands for potable water for technical and economical reasons, different practical solutions are needed that could provide sustainable development. Due to its numerous advantages in this regard, there has been increased interest in the application of membrane technology throughout the world. In water treatment most fouling is caused by suspended matter and colloid fraction deposits on the membrane surface or by pore blocking. Suspension conditioning such as coagulation-flocculation, adsorption, and oxidation steps are then favorable. Nevertheless, depending on raw water characteristics, it appears important to minimize operating costs by optimizing conditioning, membrane module configuration, and hydrodynamics. Immersed membrane systems present several advantages such as selectivity and compactness due to the possibility of developing all the unitary steps of treatment (physico-chemical conditioning, PAC adsorption, separation) in the same tank. In addition, external membrane fouling can be controlled at low energy costs by practicing air injection close to the membrane bundles acting as a turbulence supplier and maintaining a high permeate flux level for relatively long operational periods without frequent chemical membrane cleaning. The aim of this study was to test effects of powdered activated carbon and UV/TiO2 on the pilot scale, one of the most efficient pretreatment methods used to control membrane fouling on the laboratory scale submerged membrane system. Terkos, Ömerli and Büyükçekmece lake waters were used with ultrafiltration and microfiltration membranes in studies. Samples were collected from feed water, inside of reactors and permeate water. TOC and UV254 absorbance were measured to determine organic matter concentration in these samples. Additionally, vacuum pressure was monitored continuously with an online monitoring system. Experimental studies involved two stages. In the first stage, effects of PAC adsorption and UV/TiO2 photocatalytic oxidation processes in Terkos, Ömerli and Büyükçekmece lake waters on membrane fouling were investigated using ultrafiltration membranes. In the second stage, effects of PAC adsorption on membrane fouling in Terkos, Ömerli and Büyükçekmece lake waters were investigated using microfiltration membranes. In conclusion, all the pretreatment methods were compared with each other and the most suitable method for reduced membrane fouling in submerged membrane systems was determined.