LEE- Çevre Bilimleri Mühendisliği ve Yönetimi Lisansüstü Programı
Bu topluluk için Kalıcı Uri
Gözat
Sustainable Development Goal "Goal 7: Affordable and Clean Energy" ile LEE- Çevre Bilimleri Mühendisliği ve Yönetimi Lisansüstü Programı'a göz atma
Sayfa başına sonuç
Sıralama Seçenekleri
-
ÖgeApplication of different strategies to improve aerobic granular sludge process performance for treatment of municipal wastewater(Graduate School, 2022-09-29) Koşar, Şadiye ; Erşahin, Mustafa Evren ; 501162714 ; Environmental Sciences, Engineering and ManagementAerobic granular sludge (AGS) process is an energy-efficient alternative biological wastewater treatment process to the conventional activated sludge (CAS) process which requires high energy and big space. In CAS systems, flocs sized above 0.2 mm are referred as granule. So far flocs and granules could be easily differentiated by size clustering as well as their capabilities of removal for organic matter and nutrients. Surface of the granule has porous morphology, and this allows the substrate penetration and as well as oxygen diffusion into the inner layers of the granule. The diffusion of oxygen is somehow can be a limiting factor for the simultaneous carbon and nutrient removal due to structure of the granule. In many cases, granule has a compact and dense structure that limits the oxygen transfer to the inner core layers of the granule which improves the denitrification and allows better phosphorus (P) removal within the granule. Whereas in some situations, granules have amorphous structure which do not improve any core inside the granule so affects the removal of substrate. Aerobic granules are heavier than flocs formed in waste sludge, so they settle faster, and this improves the settleability of the sludge which further allows to operate in one reactor. For this reason, large sedimentation tanks are not required in AGS systems. Since aerobic, anoxic and anaerobic biological activities take place inside the granule, AGS process offers 25-75% less space and consumes 20-50% less energy compared to conventional activated sludge plants. Nitrification takes place on the surface of the granule during aeration phase and denitrification occurs in the inner layers of the granule under anoxic conditions. P removal is maintained by polyphosphate accumulating organisms (PAOs) that are located in the core part of the granule. PAOs and denitrifiers which are responsible for the denitrification are both heterotrophic organisms and compete for the carbon sources as substrate. For this reason, it is important to have sufficient amount of organic matter for nitrogen (N) and P removal. Since PAOs are located in the inner layer of the granule they are only capable of using organic that are in dissolved form. In municipal wastewater, organic matter is particulate and dissolved forms. Particulate matter reduces N and P removal up to 40% and 46% respectively. Particulate organic matter is turned into dissolved form in the presence of extracellular polymeric substances (EPS) which are hydrolyzing them further. Hydrolysis ends up in anaerobic phase when the attached particulate matter on the surface of the granules hydrolyzed and it is uptaken by PAOs and denitrifiers. If dissolved organic matter cannot be consumed by these species, then it would be consumed by the aerobic heterotrophic bacteria on the surface of the granule which further causes filamentous microorganisms' overgrowth. This leads to amorphous structure and disintegration of the granule. In this thesis, the treatability municipal wastewater by AGS process was investigated under different circumstances. Four separate studies were conducted within the scope of this study. In the first study, two different sludge were comparatively investigated as inoculum: (a) waste activated sludge (WAS) taken from the return activated sludge line of an advanced biological wastewater treatment plant (WWTP), (b) WAS taken from the return activated sludge line of a pilot scale high-rate activated sludge (HRAS) system. This study was conducted in two stages: AGS system was seeded with the WAS taken from the return activated sludge line of an advanced biological wastewater treatment plant in the first stage; in the second stage, AGS system was seeded with the mixture of WAS taken from the return activated sludge line of an advanced biological WWTP and WAS of pilot scale HRAS process as volume in proportion of 1:1. This study was performed to reveal the contribution of microorganisms found in the flocculent sludge to the granulation process. Since HRAS process sludge has high settleability and the mixture of WAS with HRAS process as inoculum was expected to enhance the settling properties of granular sludge as well as achieving good treatment performance. Although at the start-up period sludge wash-out occurred and mainly fluffy waste sludge wasted, HRAS process sludge settles faster, and it remained in the reactor. So, in this case especially denitrifiers were mostly washed out of the system which deteriorated system performance compared to the AGS system operated solely with WAS. At the end of this study, WAS waste sludge was chosen as seed sludge for the further studies to obtain aerobic granulation based upon AGS system treatment performance. In the second study, WAS taken from the return activated sludge line of an advanced biological WWTP was used as seed sludge. Study was conducted in two stages: (a) AGS system was fed directly with the synthetic municipal wastewater, (b) AGS system was fed with the pre-settled synthetic municipal wastewater (30 min of settling) to simulate pre-sedimentation tanks in the full-scale wastewater treatment plants (WWTPs). With pre-settling application, it was proposed that particulate matter would settle so mainly dissolved organic matter could be introduced to the AGS system. Since AGS system is anaerobically fed, this would improve the nutrient removal by allowing the uptake of organic matter easily by PAOs and denitrifiers. It was shown that up to 60% of particulate matter was removed by settling and as a result carbon/nitrogen (C/N) ratio decreased 20% lead deterioration of the AGS system treatment performance. It was apparent that a combination of pre-sedimentation in AGS process didn't improve the system. In the third study, AGS system was operated in three different stages continuously following each other without having different start-up periods: (a) AGS system was fed directly with raw municipal wastewater, (b) AGS system was fed with the pilot scale HRAS system's effluent (treated wastewater), (c) AGS system was fed with the mixture these two flows: raw municipal wastewater (20%) and HRAS process effluent (80%). Waste sludge taken from the return activated sludge line of an advanced biological wastewater treatment plant was used as inoculum. Firstly, aerobic granulation was maintained by introducing municipal wastewater than HRAS process effluent fed to the system and AGS system performance was followed thoroughly. It was shown that the granule stability remained somehow same, but AGS system performance was affected by decreased C/N ratio. AGS system was fed with the mixture the raw municipal wastewater and HRAS process effluent to improve the system performance. As a result, AGS system performance was improved with the increase in C/N ratio (20% increase compared to feeding with only HRAS process effluent). Thus, HRAS process integration with AGS process was found to be energy efficient configuration. Both systems comparably occupy less space than conventional treatment systems and their integration will definitely improve the effluent quality. In the fourth study, digestibility of AGS which was obtained from the third study was compared to the WAS taken from the return activated sludge line of an advanced biological wastewater treatment plant. It is known that AGS process sludge has low digestibility than WAS. Thus, ultrasonication was applied to improve the solubilization of organic matter for increasing sludge digestibility. Since aerobic granules are clusters of microorganisms that are attached together, they are bigger in size and more compact than WAS flocs. Therefore, relying on their physical differences, it was assumed that ultrasonication would enhance digestibility of the AGS. It was shown that ultrasonication as pre-treatment method led to solubilization for both sludge sources in terms of volatile fatty acids (VFAs), protein and carbohydrates besides causing decrease in particle size. A direct relation found between the release of organic compounds, ammonium, phosphorus and heavy metals with the increase in ultrasonication intensity. Overall results obtained from this thesis showed a comprehensive approach to treat municipal wastewater by AGS process while improving the treatment performance by focusing on inoculum source as well as feeding strategy. Besides, sludge from AGS process was evaluated in terms of soluble products release by applying ultrasonication process compared to the WAS. This thesis would enhance the knowledge on AGS technology in terms of seeding and feeding regimes beneath giving clues for full-scale AGS process applications.
-
ÖgeFabrication of thin film nanocomposite pressure retarded osmosis (PRO) membranes using cellulose nanocrystal (CNC) and evaluation of performances in the processes(Graduate School, 2021-02-02) Paşaoğlu, Mehmet Emin ; Koyuncu, İsmail ; 659118 ; Environmental EngineeringNowadays, owing to quick world population growth and abrupt economy, high water demands desire innovative technologies in order to ensure clean and safe water with lower energy use. Severe environmental emissions arising by the consumption of fossil fuels often needs us to build energy harvesting technology which are environmentally sustainable. As an advanced technology, osmotic membrane processes consisting of forward and pressure-retarded osmosis, are conceived to be conspicuous technologies for the treatment, recycling and reuse of wastewaters and the harvesting of salinity gradient energy which is called "Blue Energy". Nevertheless, forward osmosis (FO) and pressure retarded osmosis (PRO) are at the level of growth yet. It is difficult piece of work to fabricate osmotic membranes obtaine high water permeability and perfect ion retention. The ideal osmotic membrane candidate can be a thin film composite membrane satisfy the conditions which has high water permeation and as soon as low reverse salt flux ratio. Furthermore, for the membrane to endure relatively high hydraulic pressures in PRO systems, certain mechanical properties are vital. Thankfully, membranes that are fabricated with electrospinning method have an excellent capability to overcome all specifications of the perfect support layer in consequence of porous structure characteristics and simplicity with that nanomaterials may be integrated to enhance the nanofibers mechanical strength. Apart from this, interfacial polymerization (IP) may be accomplished to electrospun nanofiber membrane to achieve a very thin selective polyamide coating. TFN membranes may show tremendous potential in osmotically driven membrane processes after integrating nano additives into their support layer. The aim of this thesis to carry out and design a comprehensive study on the development of reinforced pressure retarded osmosis membranes. Specifically, this thesis presents the development of novel nanofiber supported thin film composite membranes with high water permeability and excellent selectivity for solvents, while showing an excellent mechanical strength for PRO processes. Interfacial polymerization reactions were used to construct very thin polyamide selective layer on the support, and electrospinning process was used to fabricate a number of support layers. Initially, we investigated the potential to use flat sheet electrospun polyacrylonitrile nanofibers as support support layer to fabricate PRO membranes. Polyamide TFCs were successfully applied on five different substrate containing 0,1,2,5,10% crystal nanocellulose (CNC) in 16% PAN polymer solution. PRO membranes successfully fabricated via tailor-made flat sheet fabrication unit. It is concluded that PAN and CNC generated a complete mixture according to SEM, FTIR, DMA & contact angle analysis findings.The addition of CNC improved the mechanical strength of PAN support layers which is the main phenomenon in PRO applications. The newly developed membrane can achieve a higher PRO water flux of 300 LMH, using a 1 M NaCl draw solution and deionized water feed solution. The corresponding salt flux is only 1.5 gMH. The reverse flux selectivity represented by the ratio of water flux to reverse salt flux (Jw/Js) was able to be kept as high as 200 L/g for PRO operation. Following the success of flat-sheet TFN PRO membrane fabrication, improvements need to be done to increase packing density of fabricated final membrane modules. In this point, we used a novel technique to fabricate tubular membranes for PRO applications. The newly fabricated membrane achieves a higher PRO water flux of 405.38 LMH with using a 1 M NaCl and a DI as feed water. The corresponding salt flux is found as 2.10 gMH which is higher than flat sheet membranes. The selectivity of the reversed flux represented by the ratio of the water flow to the reversed salt flux (Jw/ Js) was able to be kept as high as 193.03 L/g for PRO operation.As far as we know, the performance of the work developed membrane in this study has shown better performance than all PRO membranes reported in the literature previously.
-
ÖgeOptimization of anaerobic membrane bioreactors for sludge treatment(Graduate School, 2023-02-01) Abdelrahman, Amr Mustafa ; Erşahin, Mustafa Evren ; Volcke, Eveline ; 501182702 ; Environmental Sciences, Engineering and ManagementWastewater treatment is an energy intensive process. The energy balance is positively affected by anaerobic sludge digestion, especially primary sludge. The inclusion of a primary clarifier before the biological reactors results in a higher sludge total production compared to the direct treatment of raw wastewater. Conventional anaerobic digesters for sludge treatment are designed as completely mixed reactors operated at long solid retention times (SRTs) for enhanced solids conversion and to maintain the methanogenic activity in the reactor. Consequently, anaerobic digesters are commonly built with large volumes to ensure sufficient reduction of volatile solids (Xu et al., 2011). Anaerobic membrane bioreactor (AnMBR) is a promising alternative to conventional anaerobic digesters for sludge digestion. AnMBRs are operated at long SRTs independent from hydraulic retention time (HRT) by means of physical separation of the membrane. Thus, slow growing methanogenic biomass can be kept longer in the reactor, resulting in enhanced methane production. Moreover, a smaller footprint of the anaerobic reactor can be achieved since the HRT can be controlled by manipulating the flux. To understand the rationale behind the thesis, Chapter 1 presents a brief description about the energy consumption for wastewater treatment and its distribution in the wastewater treatment plant (WWTP). The organic matter removal mechanism in the conventional WWTP is explained. Novel process configurations for organics capture are presented. Anaerobic digestion process and the design parameters of the anaerobic digester are explained as well. The advantages of using AnMBR for sludge treatment are defined. The chapter ends with research gap and an outline of the thesis. The current status and perspectives of the AnMBR technology for sludge treatment are critically reviewed in Chapter 2. It discusses the historical development of the AnMBR for sludge treatment, and factors influencing the AnMBR performance reported in the literature. The operational conditions such as SRT, HRT and temperature have a noticeable effect on the methane production and permeate quality. Volatile fatty acids (VFAs) can be recovered simultaneously during sludge treatment, which can improve the economics of the WWTP. However, there are still problems, such as membrane fouling, which hinder the adoption of AnMBR technology for sludge management, as well as a lack of studies demonstrating the economic benefits of using AnMBRs for sludge treatment. Suggestions for research perspective are given, aiming for overcoming the challenges and for optimization of the AnMBR for sludge treatment. The aim of this thesis was to investigate the applicability of the AnMBR for sludge treatment in the view of energy-positive WWTPs. The objectives of this thesis were met through four different studies. Chapter 3 explains the material used and methods followed during these studies. The results of these studies are explained and disscussed in Chapter 4. In order to maximize organic capture and thus energy recovery from wastewater, novel configurations including an A-stage and CEPT have been proposed as alternatives to primary settling. However, it remains to be investigated to which extent these configurations affect the sludge characteristics, which may affect the economic feasibility of the integrated systems. Therefore, the first study focuses on the effect of these primary treatment methods on sludge characteristics and digestibility, and on plant-wide economics of wastewater treatment. A detailed characterization of sludge obtained from primary settling (primary sludge), A-stage treatment (A-sludge) and CEPT showed significantly different sludge characteristics. The organic compounds in primary sludge consisted mainly of 40% carbohydrates, 23% lipids, and 21% proteins. A-sludge was characterized by a high amount of proteins (40%) and a moderate amount of carbohydrates (23%), and lipids (16%), while in CEPT sludge, organic compounds were mainly 26% proteins, 18% carbohydrates, 18% lignin, and 12% lipids. The biomethane potential test showed that primary sludge and A-sludge had the highest methane yield (347 and 333 mL CH4/g VS, respectively), while methane yield of CEPT sludge was lower(245 mL CH4/g VS). A plant-wide economic evaluation for the three systems, indicated that energy surplus was the highest with CEPT. The inclusion of an A-stage had the lowest positive net energy due to the relatively high energy consumption in aeration. Considering the effluent quality of the three systems, CEPT had the highest benefits, followed by A-stage. Overall, integration of CEPT or A-stage, instead of primary clarification in existing wastewater treatment plants, has the potential to improve the effluent quality and energy recovery. AnMBRs have been applied as compact alternatives for anaerobic digesters for sludge treatment in conventional WWTPs. However, there is no information about the impact of integrating an A-stage, instead of primary clarifier, on sludge digestion in an AnMBR. The second study examines the performance of lab-scale AnMBRs, in terms of treatment and filtration performances, for both digestion of primary sludge and A-sludge. The results showed that anaerobic digestion of A-sludge yielded more methane and improved methanogenic activity in the AnMBR compared to primary sludge. The permeate of the AnMBR fed with A-sludge contained higher nitrogen and phosphorous concentrations due to higher nitrogen and dissolved phosphorous concentrations of A-sludge. No coliforms were detected in the permeates, which showed that from the hygienic point of view, the permeate had the potential to be directly used for irrigation purposes. A higher EPS concentration was observed during the digestion of A-sludge compared to the primary sludge, which accumulated on the surface of the membrane and caused an increase in transmembrane pressure (TMP) and filtration resistance. On a plant-wide level, the integration of an A-stage increased the amount of organic matter (COD) recovered from wastewater in the form of methane gas by about 15% compared to a WWTP configuration with a primary clarifier. Anaerobic digesters are operated at either mesophilic (35°C) or thermophilic (55°C) conditions. In general, it is known that higher amounts of biogas are produced from digesters operated at thermophilic conditions because of higher biochemical reaction rates. However, the specific effect of temperature on AnMBR performance for A-sludge digestion has not yet been assessed. Therefore, the third study evaluates the treatment and filtration performances of lab-scale AnMBR under mesophilic and thermophilic conditions. Higher biogas and VFAs were produced under thermophilic conditions, which were 23% and 47% higher than those under mesophilic one, respectively. Besides, the membrane could be operated at lower TMP under thermophilic conditions. However, taking into account the energy consumption and production, operating the AnMBR under mesophilic conditions would result in a more than three-fold higher net energy production than operating under thermophilic conditions, whereas surplus energy recovery under thermophilic conditions was less than the additional energy consumption. Therefore, despite the advantages of thermophilic conditions, operating AnMBR for sludge digestion under mesophilic conditions has a higher potential to improve the energy balance in the WWTPs. As found during the review (Chapter 2), there is a lack of studies demonstrating the economic benefits of using AnMBRs for sludge treatment in the WWTP. Therefore, the feasibility of the AnMBR for sludge (primary and waste activated sludge) treatment in a conventional WWTP is evaluated in the fourth study, through mathematical modeling and simulation, on unit process and plant-wide levels. The impact of HRT and SRT as control handles on the performance of the AnMBR was assessed. The amount of COD converted into methane could be increased by increasing the SRT or lowering the HRT, the former having a higher positive impact. The nitrogen and phosphorous load in the permeate increased by increasing the SRT or lowering the HRT, while the COD concentration in the permeate was hardly affected. As for the energy balance, increasing the SRT was more efficient than lowering the HRT. Indeed, increasing the SRT caused a significant increase in energy production while lowering the HRT only slightly reduced the energy consumption and did not affect the energy production. On a plant-wide level, the integration of an AnMBR instead of the anaerobic digester decreased the operational costs of the WWTP by 27%, but led to a worse effluent quality. The latter could be remedied by post-treatment of the permeate by struvite recovery and nitrogen removal through partial nitritation/anammox, at the same time further decreasing the operational costs - with 35% compared to a conventional WWTP. Overall, applying AnMBR for sludge treatment combined with post-treatment of the permeate provides effluent quality that meets the EU regulations and implies significant operational cost savings for wastewater treatment. Finally, Chapter 5 summarizes the main findings of the previous chapters and gives perspectives for further research inspired from the thesis.
-
ÖgeOrganik atıklardan sürdürülebilir enerji geri kazanımı: Biyolojik ve termal geri kazanım proseslerinin analizi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-04-28) Altan, Hasan Suphi ; Sözen, Seval ; 501152712 ; Çevre Bilimleri, Mühendisliği ve YönetimiYürütülen tez çalışması kapsamında farklı kaynaklarda üretilen enerji potansiyeli yüksek olan organik atıklardan, alternatif teknolojiler kullanılarak sürdürülebilir şekilde yenilenebilir enerji geri kazanımının fizibilitesi ortaya konmaktadır. Çalışma kapsamında ele alınan organik karakterdeki evsel katı atıklar, endüstriyel içeriğe sahip olmayan arıtma çamurları, ülke genelinde yaygın olarak yürütülen hayvancılık faaliyetlerinden kaynaklanan atıklar ve ülke genelinde bölgesel olarak majör tarımsal faaliyetler neticesinde açığa çıkan atıkların enerji geri kazanımı ile ülke enerji arz çeşitliliğine ve enerji ekonomisine önemli bir katkı sağlanabileceği tahmin edilmektedir. Çalışmanın temeli kapsamlı bir literatür araştırmasına dayanmaktadır. İlk olarak ülke genelinde enerji üretimine uygun olan katı atık potansiyeli araştırılmış ve evsel katı atıklar, endüstriyel içeriğe sahip olmayan arıtma çamurları, majör hayvancılık faaliyetlerinden kaynaklanan atıklar ve her bir coğrafi bölgede yaygın olan tarım faaliyetlerinden kaynaklanan atıklar için literatür kaynaklı miktar tespiti yapılmıştır. Bir sonraki basamakta ise organik madde muhtevası yüksek olan katı atıkların enerji geri kazanımı için yaygın olarak kullanılan prosesler detaylı araştırılmış ve termal geri kazanım prosesleri kapsamında yakma, gazifikasyon (gazlaştırma), piroliz ve biyolojik enerji geri kazanım prosesleri kapsamında ise anaerobik çürütme (digestion) prosesi simüle edilerek, bu proseslerin modellenmesine yönelik parametreler tespit edilmiştir. Evsel katı atık miktarlarının tespitinde TÜİK verilerinden faydalanılmış, her bir il için yıllara bağlı miktarlar tespit edilmiştir. Evsel/Kentsel atıksu arıtma tesislerinden kaynaklanan arıtma çamurlarının miktarı, TÜİK veri tabanında ilan edilen atıksu arıtma miktarları ile ilişkili olarak hesaplanmıştır. Söz konusu hesaplamada coğrafi bölge özellikleri ve arıtma tesislerinin konfigürasyonları dikkate alınmış ve her bir il için oluşan arıtma çamurlarının miktarı tespit edilmiştir. Hayvancılık faaliyetlerinden kaynaklanan atıkların miktarının tespitinde ise Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı, Yenilenebilir Enerji Genel Müdürlüğü tarafından oluşturulan Biyokütle Potansiyel Atlası veri tabanından faydalanılmıştır. Buna göre çalışma kapsamında ele alınmak üzere büyükbaş, küçükbaş ve kanatlı hayvan yetiştirme faaliyetlerinden kaynaklanan atık miktarları il bazında tespit edilmiştir. Tarım faaliyetlerinden kaynaklanan atıkların tespitinde ise ülke genelinde tarım faaliyetlerinin değişken olması nedeniyle bölgesel yaklaşım ile ilerlenmiştir. Yapılan literatür çalışmasının kaynağını hayvancılık faaliyetlerinden kaynaklanan atıklarda olduğu gibi Biyokütle Potansiyel Atlası oluşturmaktadır. Çalışma genelinde her bir coğrafi bölge için o bölge içerisinde en fazla miktarda üretilen üç farklı atık tipi esas alınmıştır.
-
ÖgeProfile of priority substances and toxicity assessments of wastewater treatment plants in Istanbul(Graduate School, 2023-05-31) Birtek, Rahime İclal ; Öztürk, İzzet ; 501122704 ; Environmental Sciences, Engineering and ManagementWastewaters formed due to anthropogenic activities around urban areas pose a threat to aquatic environments. The growth in industrial activity along with the worldwide urban migration, as well as the threat posed by climate change, increase the extent of pollution. The discharge of the treated or untreated wastewaters is reported to cause a threat to their receiving water environments. Conventional wastewater treatment plants (WWTPs) are constructed to minimize the nutrient loads of macropollutants (C, N, and P) entering the receiving water bodies. As, removal of some of the emerging contaminants (ECs) or micropollutants present in wastewaters is found to be incomplete in conventional wastewater treatment processes, traces of those non-biodegradable ECs were reported to be found in the receiving environments. The presence of ECs, even in very low concentrations (pg/L - ng/L) in the water environments could cause adverse effects on humans and the ecosystem. In addition to industrial emissions, domestic discharges along with urban runoffs are main contributors of ECs in WWTPs. Understanding the presence, sources and transport of the micropollutants and ECs in wastewaters is important for assessing their impacts, and hence can help their reduction and management in the receiving environment. Micropollutants that have shown toxic, persistent, bioaccumulative, and ubiquitous properties and have been identified in aquatic environments, are designated as priority substances (PSs) by the EU Water Framework Directive (WFD). EU Member States are required to identify the presence of PSs in surface waters, in order not to exceed threshold levels specified by the Environmental Quality Standards (EQS) dictated by WFD. The Turkish Ministry of Forestry and Water Affairs adopted the aforementioned quality standards for the PSs in surface waters in 2012, and updated them in 2016. Since WWTPs are known to be main point sources of ECs entering the receiving water bodies, investigating the occurrence of PSs in wastewaters of Istanbul has generated valuable information. This thesis aims at understanding the occurrences of PSs in the wastewaters of the megacity of Istanbul as well as assessing WWTP effluents as sources of PSs in receiving environments. The thesis also includes the acute toxicity assessment of the same wastewaters. The scope of the study includes the wastewaters of the seven largest WWTPs, a hospital wastewater and leachate of a landfill treatment plant in Istanbul. The results of the PSs analyses allowed estimation of risks posed by the PSs in the WWTP effluents. Lists were formed to PSs showing sufficient risk (RQ>1), and their inclusions are recommended in the surveillance monitoring programs for the effluents of advanced treatment, as well as mechanical treatment. The regulators undertaking environmental risk assessments in the initiation of monitoring programs for the protection of the Sea of Marmara, Bosphorus and the Black Sea may utilize the findings of this study. Chapter 2 provides general information on the background of the study that is related to the aim and objective of the study. Chapter 3 comprises of information regarding the study area as well as methods on the description of all the experiments conducted through this study, namely analyses of PSs, toxicity analyses and physiochemical analyses. Chapter 4 Results and Discussion, provides information on the results of the experiments conducted through this study (PSs analyses, toxicity analyses and physiochemical analyses), as well as discussion of those results. Chapter 5 provides a summary of the whole thesis. The References section includes the complete bibliography. The Appendix includes tables, figures and pictures.
-
ÖgeSelüloz nanokristal ve fotokatalizör katkısıyla üretilen nanolif hava filtreler ile iç ortam havasında bulunan uçucu organik bileşiklerin giderimi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2021-02-11) Kesici Büyükada, Esra ; İmer, Derya Yüksel ; 501181716 ; Çevre Bilimleri, Mühendisliği ve Yönetimiİnsanlar günlük hayatın büyük çoğunluğunu (%80- 90'ını) konut, işyeri ve okul gibi binalar ve uzun yol taşıma araçları (otobüs, uçak, tren vb.) gibi kapalı iç ortam havasında geçirmektedir. Bu nedenle, iç ortam havası, en az dış hava kalitesi kadar, insan sağlığı üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. İç ortam hava kalitesi, dış havanın girişinin kontrol edildiği ve iç hava sirkülasyonunun uygulandığı yapılardaki hava kalitesi olarak tanımlanabilmektedir. Sanayinin gelişmesi ile sıcaklık kayıplarını önlemek için yeni binalarda dış havaya karşı daha fazla izole edilmeye başlanmış, iç ortamdaki hava değişimindeki azalma iç havanın kalitesinin dış havadan daha kötü hale gelmesine yol açmıştır. Son yıllarda, iç ortam hava kalitesi ile ilgili yapılan çalışmalarda bazı parametrelerden kaynaklı olarak o hacimde zamanını geçiren insanlarda kısa ve uzun vadeli sağlık sorunlarının oluştuğu tespit edilmiştir. Özellikle kronikleşen bazı hastalık belirtilerinin iç ortam havası ile birebir bağlantılı olduğu belirlenmiş ve bu sağlık sorunları "Hasta Bina Sendromu" terimi altında toplanmıştır. Kötü iç hava kalitesi olan binalarda uzun süre kalan kişiler, kirletici kaynakların yoğunluğuna bağlı olarak etkilenebilmektedir. Çeşitli sağlık sorunlarına neden olan bu yapılara "hasta binalar" denir. Hasta bina sendromunun yaygın belirtileri; göz, burun ve boğazda tahriş, baş ağrısı, baş dönmesi, bulantı, kusma, fiziksel ve zihinsel yorgunluk, hafıza kaybı, konsantrasyon eksikliği, deride gözlenen tahriş, kızarıklık, ağrı, kaşıntı ve kuruluk olabilmektedir. Hasta bina sendromuna neden olan iç ortam kirleticilerinden biri olan Uçucu Organik Bileşikler (UOB) konsantrasyonları düşük olmasına rağmen (ppb değerlerinde) uzun süreli maruziyet kronik eğilime sebep olmaktadır. Tezin konusu; iç ortam havasında bulunan ve hasta bina sendromunun temel nedenlerinden olan UOB'lerin adsorpsiyon ve oksidasyon mekanizmalarıyla yenilikçi kompozit nanolif filtre malzemeleri ile gideriminin incelenmesidir. Kompozit nanolif filtrelerin üretiminde elektroeğirme yöntemi kullanılmış ve farklı polimerler (poliamid6-PA6 ve poliakrilonitril-PAN), adsorpsiyonu sağlayan nanoadsorbent olarak selüloz nanokristal (SNK) ve oksidasyonu gerçekleştiren farklı nanofotokatalizörler (TiO2 ve ZnO) kullanılarak farklı içerikte nanofil hava filtreleri geliştirilmiştir. Tez kapsamında, hazırlanan kompozit nanolif filtrelerin üretimi, karakterizasyonu, performans testleri ve filtre tasarımı çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Tezin önemi, literatürde kısıtlı çalışma alanına sahip olmuş ve genelde izleme çalışmalarına rastlanılan ama insan sağlığı için çok fazla öneme sahip olan iç ortam kirleticilerinin giderilmesi için filtrasyon teknolojilerinin uygulanabilirliğinin ayrıntılı incelenmesi, filtre malzeme özelliklerinin belirlenmesi ve bu özelliklerin kirletici maddeye özel geliştirmesi, bu aşamaların bir deneysel sistematik içerisinde kurgulanması ve yönetilmesidir. Neticede adsorpsiyon+fotokatalitik oksidasyon mekanizmalarının eş zamanlı olarak filtrasyon teknolojisinde uygulanması, UOB gideriminin sağlanması ve filtre malzemesinin günlük hayatta kullanılabilecek düzeyde ticari bir ürüne dönüşme potansiyelinin incelenmesidir.
-
ÖgeÜniversite yerleşkesinde oluşan yemekhane atıkları ile gerçek ölçekli biyometanizasyon tesisinde biyogaz üretimi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-06-20) Ağuş, Enes ; Altınbaş, Mahmut ; 501171706 ; Çevre Bilimleri, Mühendisliği ve YönetimiGiderek artan küresel nüfus, beraberinde büyük bir problem olan katı atıkları meydana getirmektedir. Ekonomik ve teknolojik gelişmelerle paralel olarak artan insanoğlu ihtiyacı ile üretilen atık miktarları daha da artmaktadır. Uygun şartlarda yönetilmeyen bu atıklar birçok çevresel ve doğal kirliliğe yol açmaktadır. Atık sızıntı sularının yeraltı ve yerüstü sularına karışarak su kaynaklarını kirletmesi, küresel ısınmaya neden olan sera gazlarının salınımı ile küresel iklim değişikliğine neden olması, koku problemi ile çevresel rahatsızlıklara yol açması ve taşıdığı muhtemel sağlık riskleri nedeniyle, katı atıkların uygun yönetimi daha büyük önem taşımaktadır. Katı atık yönetiminde küresel ve yerel anlamda en çok tercih edilen düzenli depolama yönteminde, yukarıda bahsedilen kirlilik riskleri kontrol edilememekte ve atıkların bertarafı etkin şekilde yapılamamaktadır. Etkin şekilde yapılamayan atık bertarafı ile muhtemel ekonomik kazançlar da elde edilememektedir. Atık yönetiminde ekonomik ve çevresel faktörler göz önünde bulundurularak entegre katı atık yönetimleri geliştirilmiştir. Entegre atık yönetiminde katı atık içeriğindeki tüm bileşenlerin (plastik, metal, kağıt, organik madde vb.) geri dönüşümü ve geri kazanımı amaçlanmaktadır. Katı atık içeriğindeki organik kısmın artımında anaerobik (havasız) arıtma yönteminin kullanılması, hem ekonomik hem de çevresel kazanımlar elde edilmesi yönünden anaerobik arıtmayı ön plana çıkarmaktadır. Temel olarak organik atıkların havasız ortamda biyolojik olarak parçalanması olarak ifade edilebilen anaerobik arıtma ile; organik madde ile birlikte atık olan nütrientlerin geri kazanımı, son ürün olan atıkların toprak şartlandırıcısı olarak kullanımı ve ulaşım, ısınma ve elektrik üretimi gibi farklı amaçlar için kullanılabilen biyogaz üretimi gibi çeşitli kazanımlar elde edilebilmektedir. Ayrıca kontrol edilebilen proses yapısı ile sızıntı suyu, koku ve sera gazı emisyonlarının salınımı problemleri yok olmaktadır. Üniversite yemekhanesinde oluşan organik atıkların biyogaz üretim veriminin araştırıldığı bu çalışmada tam ölçekli portatif anaerobik reaktör kullanılmıştır. 50 m3'lük hacme sahip reaktör, mezofilik şartlarda (38±1 °C) tek kademeli, tam karışımlı ve sürekli beslemeli reaktör modelinde işletilmiştir. Isıtma ihtiyacı boyler ile, reaktör içerisindeki karışım da çubuklu karıştırıcı (ajitatör) yardımıyla yapılmıştır. Çalışma, dört ayrı dönemde yapılmıştır. Kullanılan atık türü, miktarları ve işletme şartları yönünden benzerlik gösteren ilk üç dönemdeki çalışmalar aynı bölümde, dördüncü dönemdeki çalışma da farklı bir bölümde incelenmiştir. İlk üç dönemdeki çalışmada; yemekhanede yemek pişirme işlemi öncesi çıkan ve kaynağında ayrılmış patates, havuç, pırasa, soğan, marul, biber, kereviz gibi sebze atıkları kullanılmıştır. Kullanılan atıkların ortalama TKM değeri %8,1 olarak bulunmuştur. Dördüncü dönemde organik malzeme olarak; patates, elma posası, şeker fabrikası yan ürünü olan melas, mısır silajı ve hayvan kanı kullanılmıştır. Katı atıklar, iki kademeli parçalama işleminden geçirilerek reaktöre beslenmiştir. Birinci parçalama işleminde 20 mm'ye düşürülen atık boyutları, ikinci parçalama işleminde 5 mm'ye kadar düşürülmüştür. Beslenen atıklar, kullanılan atık türüne göre farklı oranlarda su ile karıştırılmıştır. Reaktöre ait sıcaklık takibi reaktörü kontrol eden otomasyon sistemi ile anlık olarak yapılabilmiştir. Biyogaz debisi ise reaktör gaz çıkış hattında bulunan debimetre ile kaydedilmiştir. Reaktörden belirlenen aralıklarla alınan numunelerle toplam katı madde (TKM), uçucu katı madde (UKM), biyokimyasal oksijen ihtiyacı (KOİ), toplam alkalinite, toplam fosfor, toplam kjeldahl azotu (TKN) gibi parametrelerin analizleri laboratuvar ortamında gerçekleştirilmiştir. İlk üç dönemde yürütülen çalışmalarda ortalama pH ve alkalinite değerleri sırasıyla 7,3 ve 3606 mg/L CaCO3 olarak bulunmuştur. Dördüncü dönemde pH değeri ortalama 7,4 olarak bulunmuştur. Besleme öncesinde su ile karıştırılan organik atıkların ortalama TKM değeri %2,8 olarak bulunmuştur. İlk üç dönem için sırasıyla ortalama giriş ve çıkış değeri %80,5 ve %51,7 olarak bulunan UKM'nin giderim verimi; birinci, ikinci ve üçüncü dönemde sırasıyla %29,7, %33,1 ve %40,8 olarak bulunmuştur. İlk üç dönemde %34,6 giderim verimi sağlanan TKN giriş ve çıkış değerleri sırasıyla 1169 mg/l ve 764 mg/l olarak bulunmuştur. TKN ile birlikte ölçülen bir diğer azot formu olan NH3-N'nin giriş ve çıkış değerleri sırasıyla 217 mg/l ve 486 mg/l olarak kaydedilmiştir. Sadece 3. dönemde analizi yapılan TP değerinin giriş ve çıkış değerleri 72,8 mg/l ve 42,0 mg/l olarak bulunmuştur. Proses veriminin en önemli göstergelerinden biri olan KOİ parametresinin ölçümleri birinci, ikinci ve üçüncü dönemlerde yapılmıştır. Ortalama giriş ve çıkış değerleri sırasıyla 27772 ve 9975 mg/L olan KOİ'nin giderim verimi ortalama %67,8 olarak bulunmuştur. Farklı miktarda besleme yapılmasından dolayı ilk üç dönemde üretilen biyogaz miktarları arasında büyük farklar gözlenmiştir. Ortalama biyogaz verimi 559 m3 biyogaz/kg UKM ve biyogaz içeriğindeki metan (CH4) oranı %59,7 olarak bulunmuştur. İlk üç dönem içerisinde en çok organik beslemenin yapıldığı birinci dönemde üretilen toplam biyogaz miktarı 303,739 m3 olarak kaydedilmiştir. İkinci ve üçüncü dönemlerde sırasıyla 159,860 m3 ve 34,945 m3 olarak kaydedilmiştir. Biyogaz üretim verimi de prosese beslenen UKM değerinden hesaplanmıştır. Sırasıyla birinci, ikinci ve üçüncü dönemde yapılan 7007, 2955 ve 1098 kg'lık beslemeler ile 0,601, 0,704 ve 0,372 m3 biyogaz/kg UKM biyogaz üretim verimleri elde edilmiştir. Birinci, ikinci ve üçüncü dönemlerde sırasıyla ortalama 0,23, 0,12 ve 0,05 kg UKM/m3.gün organik yükleme hızlarında reaktör beslemesi yapılmıştır. Organik besleme hızlarındaki değişim, yemekhaneden alınan atık miktarı ile birlikte değişkenlik göstermiştir. 25 gün boyunca organik madde beslemesi yapılan dördüncü dönemde organik yükleme hızı 0,7 – 8,8 g UKM/m3.gün arasında değişmiştir. Bu dönemde ortalama organik yükleme hızı 5,5 g UKM/m3.gün olarak gerçekleşmiştir. Anaerobik reaktörden üretilen biyogazın ısı ve elektrik enerji potansiyeli hesaplanmıştır. Buna göre birinci, ikinci ve üçüncü dönemlerde toplam elektrik enerjisi potansiyeli sırasıyla; 19,1, 11,9 ve 2,2 kW/gün olarak hesaplanmıştır. Dördüncü dönemde bu miktar 182 kW/gün olarak hesaplanmıştır. 27 gün süren çalışmanın dördüncü döneminde yaklaşık 3000 m3 biyogaz üretimi gerçekleştirilmiştir. Mezofilik şartlarda ve tam karışımlı ve sürekli beslemeli işletme şartlarında çalıştırılan proseste sıcaklık 40±1 °C set değerine sabitlenmiştir. Aşı olarak 40 m3 büyükbaş hayvan dışkısı beslenerek devreye alınan reaktöre daha sonra toplamda 16740 kg patates, 6610 kg elma posası, 5550 kg mısır silajı, 2205 kg melas ve 1365 kg hayvan kanı beslenmiştir. Üretilen biyogazın içeriği portatif biyogaz ölçüm cihazı ile günde iki defa ölçülmüştür. Reaktöre ilk aşı beslemesinden sonraki 7. günde yapılan ilk biyogaz ölçümünde biyogaz içeriğindeki CH4 oranı %42,5, CO2 oranı 54,9 olarak ölçülmüştür. İlerleyen günlerde %62,1'e kadar çıkan CH4 oranı, çalışma boyunca ortalama %53 olarak bulunmuştur. Çalışmanın başında 2212 ppm (part per million- milyonda bir) olarak ölçülen H2S miktarı çalışmanın sonunda 613 ppm olarak ölçülmüştür. Çalışma boyunca ortalama H2S miktarı 591 ppm olarak bulunmuştur.