GSSET- Environmental Biotechnology Graduate Program - Master Degree

Bu koleksiyon için kalıcı URI

http://hdl.handle.net/11527/34

Gözat

Yayın Türü "Thesis" ile GSSET- Environmental Biotechnology Graduate Program - Master Degree'a göz atma
  • Öge
    Alkaloid Atık Suyunun Membran Biyoreaktör İle Arıtılmasıyla Oluşan Atık Çamurun Aerobik Çamur Stabilizasyonunda Partiküler Bileşenlerin Modellenmesi
    (Fen Bilimleri Enstitüsü, 2015-07-03) Yüksel Eker, Gizem ; Çokgör, Emine ; 10079163 ; Environmental Biotechnology ; Environmental Biotechnology
    Alkaloid prosesinden kaynaklanan endüstriyel atıksular yüksek sülfat, asetik asit ve organik madde içermektedir. Bu çalışmada kullanılan alkaloid atıksuları su geri kazanımının sağlanması, mevzuatta yer alan deşarj standartlarına uygun olarak sürdürülebilir atıksu arıtımının gerçekleştirilmesi amacıyla hali hazırda pilot ölçekli bir membran biyoreaktör ile arıtılmaktadır. İncelenen endüstriyel tesisin ortalama debisi 480 m3/gün ve kimyasal oksijen ihtiyacı (KOİ) konsantrasyonu maksimum 43000 mg/L'dir. KOİ parametresinin Su Ürünleri Yönetmeliği (1995)’nde öngörülen 170 mg/L’ye kadar indirilmesi gerekmektedir. Fakat konsantrasyonu bu değere indirmek mümkün olmadığından Su Kirliliği Kontrol Yönetmeliği (2004)’nde belirtilmiş olan 1500 mg/L baz alınmıştır. Buna göre, deşarj limitinin sağlanması için arıtma sonrasında %99.6 KOİ giderim verimi elde edilmesi zorunlu olmaktadır (Keskinler ve İnsel, 2014).  Bu tez çalışmasında alkaloid prosesinden kaynaklanan giriş atıksuyunun biyolojik arıtılabilirlik bazlı karakterizasyonu kapsamında inert partiküler ve çözünmüş madde konsantrasyonlarının belirlenmesi hedeflenmektedir. Oluşan atıksuların arıtıldığı pilot ölçekli membran biyoreaktörde oluşan atık çamurun aerobik stabilizasyonunun değerlendirilmesi yapılmış olup içsel dönüşüm katsayısı respirometrik olarak belirlenmiştir. Respirometrik deneyler ve modelleme yardımıyla biyolojik sistem ile ilgili kinetik ve stokiyometrik katsayılar bulunmuştur. Ayrıca elde edilen tüm sonuçlar kullanılarak biyolojik çamurun partiküler ürün konsantrasyonu ve bu partiküler ürünün ayrışma katsayıları da modelleme ile belirlenmiştir. Giriş atıksuyunda çözünmüş ve partiküler inert maddelerin belirlenmesi için Orhon ve diğ, 1994 yöntemi kullanılmıştır. Bu yöntem gereğince aerobik işletilen ve toplam ve çözünmüş ile beslenen 2 adet reaktör kurulmuştur. Deney sonuçlarına göre, toplam KOİ miktarı 27344 mg/L olan giriş alkaloid atık suyunun % 1.13’ü yani toplam partiküler inert madde miktarı 309 mg/L, % 1.52’si yani toplam çözünmüş inert madde miktarı 416 mg/L olarak belirlenmiştir. Aerobik çamur stabilizasyon prosesinde 23000 mg/L AKM ve 9800 mg/L UAKM içeren atık çamur kullanılmıştır. Zamana karşı günlük bazda AKM, UAKM ve pH ölçümü yapılmıştır. Deney AKM/UAKM parametreleri sabitlenene kadar devam etmiştir.  Deney sonunda UAKM/AKM oranı 0.35 mg UAKM/mg AKM bulunmuştur. 19 gün sonunda giderim verimi % 38 UAKM olarak hesaplanmıştır. Alkaloid atık suyunun ayrışma katsayılarının ve havalandırma sisteminin dizayn parametrelerinin (ayrışma kinetiği tespiti, havalandırma sistemi tasarımı) belirlenmesi için respirometrik teknikler yaygın olarak kullanılmaktadır. Çamur bekletme süresi 20 gün olan atıksuyundan elde edilen respirometrik profilden yararlanılarak, atık suyundaki organik maddenin %85’inin kolay ayrışabilir madde olduğu anlaşılmaktadır. Kolay ayrışabilir maddeler aerobik koşullarda inhibe olmamaktadırlar. Kolay ayrışabilen organik maddenin yüksek olmasının sebebinin üretimde kullanılan asetik asit vb. maddelerden kaynaklandığı şeklinde yorumlanabilir.  Ayrışabilen organik maddenin tamamı 400 dakika reaksiyon süresi sonunda tükendiği rapor edilmektedir.  Aerobik stabilizasyon çalışmasında oksijen tüketim hızına bağlı olarak ölçülen içsel solunum hızı (bH) Ekama ve diğ., 1986 tarafından önerilen methodu baz alınarak 0.14/gün olarak hesaplanmıştır.  Modelleme çalışmalarında AQUASIM simülasyon programı kullanılmıştır. Partiküler ürünün ayrışma çalışması Özdemir ve diğ., 2014 çalışması baz alınarak yapılmıştır. Ayrıca  stabilizasyon sürecinde elde edilen OUR profilleri Aktif Çamur Modeli No:1 (ASM1) kullanılarak modifiye edilmiştir. Reaktörde biyokütle içeriği aktif heterotrofik biyokütle XH, yavaş ayrışan partiküler biyokütle XS, partiküler inert madde, XI ve metabolik reaksiyonlar sonucu oluşan XP olarak dört ana bileşen model kalibrasyonu ile değerlendirilmiştir. Model çalışmalarınde 4063 mg COD/L olan toplam biyokütle miktarı içerisinde heterotrofik biyokütle miktarı KOİ cinsinden ise 2854 mg KOİ/L olarak belirlenirken UAKM cinsinden 2375 mg UAKM/L olarak hesaplanmıştır. Model aynı zamanda Xp için hidroliz hız sabitini (kXP) 0.01 mg KOİ/mg KOİ olarak vermiştir. Son olarak çamur yaşının aktif çamur prosesinde çamur bileşenlerine etkisi araştırılmıştır. Bu bağlamda kullanılan Özdemir ve diğ., 2014 çalışmasında, aktif çamur prosesi farklı çamur yaşlarında stabilize edilmiştir. Çamur yaşı arttırıldığında kXP değerinin arttığı gözlemlenmiştir.
  • Öge
    İleri Osmoz Membran Biyoreaktörün Atıksu Arıtım Performansı
    (Fen Bilimleri Enstitüsü, 2015-06-29) Ghasemzadeh Momen, Hajar ; Övez, Süleyman ; 10077456 ; Environmental Biotechnology ; Environmental Biotechnology
    Su sıkıntısı dünyamızın en kritik problemlerinden birisi olarak gün geçtikçe kendisini göstermektedir. Suya olan ihtiyaç gün geçtikçe artan nüfus ve azalan temiz su kaynaklarının azalması ile 21.nci yüzyılın en önemli problem olarak ortaya çıkmaktadır. Kullanılabilir yüzey sularının arıtımı ve tekrar kullanımı önemli hayati önem taşıyan konuların başında gelmektedir. Bu problem ilave olarak, suyun kontaminasyonu onun amacına uygun olarak kullanımında yeni problemler ve eksiklikler meydana getirmektedir. Bu problemin giderilmesi, suyun arıtılarak yeni teknolojilerin, metotların ve buluşların, örneğin ters osmoz ve membran biyoreaktör prosesleri gibi, su sıkıntısını gidermede kullanılması büyük önem taşımaktadır. Günümüzde membran teknolojilerdeki gelişmeler ile membranların atıksuyun tekrar kullanılmasında istenmeyen kirletici parametrelerin atıksudan uzaklaştırılmasında etkili ve verimli olarak kullanılabileceğini göstermektedir. Bu yeni uygulamalar içerisinde ileri osmoz membran biyoreaktör (Forward Osmosis Membrane Bioreactor, FO-MBR) ileri osmoz (FO) ile membrane biyoreaktör (MBR) proseslerinin bir karışımıdır ve bu tez çalışmasında kullanılmıştır. İleri osmoz doğal bir proses olarak konvansiyonel ters osmoz membran biyoreaktöre göre daha az enerji gereksinimi gösterir. Bu tez çalışmasında ozmotik basınç ile çalışan membran proses üzerine yoğunlaşılmıştır. İleri osmoz (FO) bir membran proses olup doğal osmozu kullanarak suyun az yoğun bir ortamdan daha yoğun bir ortama doğru oldukça seçici bir membrandan geçirerek taşınmasıdır. FO ile MBR proseslerinin bir karışımı olan FO-MBR prosesi daha az enerji ihtiyacı ve konvansiyonel ters osmoz membranlarına göre daha az tıkanma göstermesi bakımından bu çalışmada tercih edilmiştir. Ters osmoz suyu emme gücünü kullanarak taşımasına karşılık, FO-MBR suyu ileriye doğru osmozu kullanarak taşır ve membrandan geçirir. Suyun taşınması draw çözeltisinin (suyun taşındığı çözelti kısmı, çıkış suyu) konsantrasyonunun azalmasına neden olur. Draw çözeltisinin (çıkış suyunun) kalitesi istendiği seyrelme durumuna geldiğinde işlem amacına ulaşmış olmaktadır. Bu çalışmada ters osmoz çıktı çözeltisi FO sisteminde draw çözeltisinin yoğunlaştırılmasında kullanılmak aynı zamanda çıkış suyu çözeltisi içerisinde konsantrasyon azaltılarak istenilen kaliteye ulaşılmaktadır. Suyun yeniden kullanımında yeni uygulanan ileri ozmotik membrane biyoreaktör (FO-MBR) sisteminin taslak yapısı burada verilmektedir. Deneysel sonuçlar draw çözeltisinden aktif çamura doğru oldukça iyi kalitede çıkış suyuna ulaşılabildiğini ve katıların tersine difüzyonunun normal olarak sağlanmadığını göstermiştir. Bu çalışmada 50 mS/cm iletkenlik değerine sahip NaCl çözeltisi draw çözeltisi olarak, TFC-FO düz tabaka membranı FO bölümünde ve Filmtec Dow XLE 4440 RO membranı RO bölümünde kullanılmıştır. Laboratuvar ölçekli pilot FO-MBR sistemi 13 devir (cycle) işletilmiş ve her bir devirde 42 saat FO prosesi ve 2 saat RO prosesi olarak işletilmiştir. Burada herhangi bir atık veya süzüntü suyu çıkmaması önemli olup süzüntü suyu (permeate) tekrar RO sistemine döndürülerek sirküle edilmektedir. Burada amaç hem süzüntü suyu çıktısını önlemek hemde DS (draw solution) konsantre edilerek akının kendisine doğru osmoz ile yönlenmesi FO prosesinde tekrar kullanımı sağlanmakta ve böylece daha yüksek kalitede su temin edilmektedir. FO-MBR sistemi mikrobiyal çeşitliliği mikroskobik olarak izlenmiş ve tanımlanmıştır. Gram negatif ve gram pozitif bakterilerin sistemde baskın olduğu ve tuzlu ortamda hayatiyetlerini sürdürebildiği anlaşılmıştır. Aktif çamurda ayrıca ökaryotik hücrelerinde varlığı tespit edilmiş özellikle silli ve saplı protozoalar, nematodlar ve rotiferlerin sistemde bulunduğu izleme çalışmalarında görülmüşlerdir. Bu mikroorganizmaların 5-7 mS/cm iletkenlik değerlerinde yaşayabildiği, organik karbon, nitrat ve fosfatı yüksek verimlilikle arıtabildiği ölçülerek bulunmuştur. Bu organizmalara farklı ve geniş tuzluluk değerlerine dayanarak yaşayabildiklerinden geniş tuzluluk değerlerinde yaşayabilen mikroorganizmalar (euryhaline) denebilir. Aktif çamur içerisinde filamentli bakteriler ve filamentli mantar hücreleride tespit edilmiş özellikle Nostocoida limicola bakterisi ve bazı filamentli mantarlar seçici koşullarda sistemde gözlenmiştir. Aktif çamur floklarının yapısı oldukça düzgün, sıkı ve iyi çöken özelliklere sahip olduğu tespit edilmiştir. Yüksek iletkenlik değerlerinde flokların daha sıkı ve büyük olması membran porlarının üstüne bu flokların bir ağ gibi kapatması ve porların içinin biyolojik olarak tıkanmaya sebep olmamışlardır. Bu çalışma ile belirli seçilmiş koşullarda membran performansı FO çıkış suyu kalitesinin ölçülerek izlenmesi ve aynı zamanda biyoreaktördeki aktif çamur mikroorganizmaların yapısı, koşullara uyum ve adaptasyonu ve membranların tıkanmasına neden olan etkilerinin araştırılması hedeflenmiştir. Bu araştırma sonucunda FO-MBR sisteminin organik karbonun % 85’ini, fosfatın % 96’sını ve nitratın % 79’unu giderdiği bulunmuştur. Ayrıca FO membranının bu işletim koşullarında önemli bir biyolojik tıkanıklılık (biyofouling) belirtisi göstermediği yapılan membran analiz sonuçlarından anlaşılmıştır.
  • Öge
    Kağıt Endüstrisi Atıksularını Arıtan Gerçek Ölçekli Tam Karışımlı Havasız Temas Reaktöründeki Metan Arkeleri Populasyonunun Dağılımı, Dinamiği Ve Aktivitesi
    (Fen Bilimleri Enstitüsü, ) Ulugöl, Sevgi ; İnce, Orhan ; Environmental Biotechnology ; Environmental Biotechnology
    Bu çalışmada kağıt endüstrisi atıksularını arıtan Modern Karton fabrikasında bulunan gerçek ölçekli tam karışımlı bir havasız temas reaktörünün son beş aylık süreç içerisindeki işletim performansları ile reaktörlerden bu süreç içerisinde alınan biyolojik çamur örneklerinin mikrobiyal komunite yapıları ve potansiyel metan üretim (PMÜ) hızları tartışılmıştır. Temmuz ayındaki normal işletme koşullarıyla Ağustos ayındaki 15 günlük bakım sonrası tesis tekrar işletmeye alındığı durumdaki koşullar, etkin olan türlerin dağılımındaki değişiklikler, potansiyel aktivitelerindeki kayıplar ve buna karşılık işletme koşulları göz önünde bulundurularak karşılaştırılmıştır. Temmuz ve Ağustos Spesifik Metan Aktivite (SMA) test sonuçları karşılaştırıldığında reaktörün 4.m, 8.m ve 12.m’lerindeki potansiyel metan üretim (PMÜ) hızlarında sırasıyla %62, %38 ve %22’lik kayıplar meydana geldiği görülmektedir. SMA testi sonucunda bulunan PMÜ hızları reaktörün gerçek metan üretim (GMÜ) hızları ile oranlandığında, Temmuz ve Ağustos’ta GMÜ/PMÜ oranları yaklaşık olarak sırasıyla 0.2 ve 0.4 olarak bulunmuştur. Florasanlı yerinde hibritleşme (FISH) sonuçları, SMA sonuçlarıyla uyum göstermektedir. Asetoklastik metanojenlerin (Methanosaeta spp. ve Methanosarcina spp.) toplam komünite içerisindeki rölatif miktarı Temmuz 2005’ten Ağustos 2005’e %32 azalırken, aynı süreç içerisinde asetoklastik metan aktivitesi %44 azalmıştır. Bu çalışmada SMA test düzeneği ile sadece asetoklastik metan aktivitesi ölçülmüş, hidrogenotrofik metan aktivitesi ölçülmemiştir. Fakat asetoklastik metan aktivitesinde yaşanan %44’lük düşüşe pararel olarak hidrogenotrofik metanojenlerin toplam komünite içerisindeki rölatif çokluğunda %67’lik bir düşüş gözlenmiştir.