LEE- Çevre Bilimleri Mühendisliği ve Yönetimi Lisansüstü Programı
Bu topluluk için Kalıcı Uri
Gözat
Başlık 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.
-
ÖgeCritical evaluation for nitrogen removal performance of a stereotype activated sludge system under dynamic process conditions(Graduate School, 2021-12-28) Bodur, Minel ; İnsel, Güçlü Hayrettin ; 501181724 ; Environmental Sciences Engineering and ManagementIn recent years, with the increasing population and the effects of global warming, the design, construction, and operation of domestic and urban wastewater treatment plants are carried out considering the treatment steps that provide nutrient removal. The most suitable treatment alternative to remove nutrients from wastewater in terms of applicability and cost are determined to be Biological Nutrient Removal processes. Because of the need for biological nutrient removal, stress caused by the nutrients and organic matter on receiving water environments are reduced and active sludge systems gain more and more attention moving forward. As widely known, highly complex biological reactions occur in activated sludge systems and although stable state conditions are generally used to simplify design calculations, active sludge systems operate under dynamic conditions. This indicates that input wastewater characterization as well as the inlet flow, various environmental factors (temperature, precipitation, etc.) and operating conditions vary depending on time. Therefore, various modeling tools are used to understand the treatment system more efficiently. With the modelling tools, it is possible to comprehend system dynamics and determine the rehabilitation, refurbishment and expansion requirements of existing treatment plants, while for the new plants, plant design can be optimized considering modeling outputs. Additionally, data from pilot-scale reactors can be evaluated through models and used to predict full-scale plant performance. To reflect the actual conditions at wastewater treatment plants, process simulators which provide guidance on determining the design principles of wastewater treatment plants, creating automation scenarios, choosing equipment, and evaluating process performance for both wastewater and sludge units, are used. The main purpose of this thesis is to evaluate the use of oxidation ditch reactors in series in terms of nitrification and denitrification processes and to model the actual behavior of an Oxidation Ditch (OD) system operated by following the pre-denitrification principles using input wastewater data collected from an urban wastewater treatment plant in the Marmara Region (Istanbul, Turkey) under dynamic conditions. Sumo software was used to model and simulate the wastewater treatment plant under dynamic conditions and the treatment efficiency of the plant in terms of nitrogen removal was examined. This thesis mainly focuses on nitrogen removal under dynamic conditions in a municipal wastewater treatment plant that employs four oxidation ditches located upstream of Bio-P tanks and operated in series. Although simultaneous nitriding denitrification principles apply to plant configuration due to oxidation ditches, the treatment plant is operated as a conventional active sludge system and considers pre-denitrification principles, which the first oxidation ditch is operated under anoxic conditions. The second oxidation ditch in the plant is operated under anoxic and aerobic conditions by controlling the diffusers (on/off), while the remaining two oxidation ditches are continuously aerated by the diffusers located at the bottom of the tanks and operated under aerobic conditions. In this context, a dynamic simulation was carried out using Sumo software for the entire oxidation ditch system. Bio-P tanks and final sedimentation tanks were included in the model to ensure system integrity, but only the nitrogen removal efficiency of oxidation ditch reactors was examined within the scope of this thesis. Modeling and simulation results confirmed that the minimum nitrate production rate occurred in the first oxidation ditch due to lack of aerobic environment. It was also examined that the nitrate recirculated from the fourth oxidation ditch to the first oxidation ditch was consumed within this first reactor. Hence, transfer of recirculated nitrate to the second reactor does not occur. Additionally, it was confirmed by the modelling studies that nitrate is consumed within the first reactor only at rates of the recirculated nitrate. Even if the second OD reactor is operated under anoxic conditions to provide denitrification for the recirculated nitrate, the volume of the first oxidation ditch cannot be used efficiently, because the recirculated nitrate from the fourth OD to the first OD is very low due to simultaneous nitrification denitrification occurs in the remaining reactors. In addition, results confirmed that the highest nitrate consumption rate was achieved within the first reactor, while this is followed by the second, third and fourth reactors, respectively. Nitrate production and utilization rates were determined through model outputs, which were very close in the second oxidation ditch due to operating conditions and creating both anoxic and aerobic zones, while in the third and fourth reactors, the difference between these rates increases due to decreased anoxic volume. Considering the information obtained from the modeling studies, it can be stated that the system is divided into two parts as the first oxidation ditch reactor and the remaining tanks (OD-2, OD-3 and OD-4). This is because nitrate can be removed from wastewater in OD-1 reactor only at a rate and an amount of the recirculated nitrate, which is determined to be low due to simultaneous nitrification denitrification occurred within the remaining OD reactors. Hence, the first oxidation ditch reactor volume, operated under anoxic conditions to provide denitrification, is not used effectively, and does not fit for purpose. Therefore, it was recommended that the optimization of the system could be achieved by operating four oxidation ditches in parallel with the principles of simultaneous denitrification nitrification. In addition, it is envisaged that this will also provide flexibility to plant operators in case of maintenance works etc., and the treatment system can be operated without interruption even if one of the tanks is out of operation. It may also be beneficial to select simpler and more efficient treatment systems for the plant configurations to prevent such treatment complications in the future.
-
ÖgeÇamur çürütücü çıkış suyunda pilot ölçekli kısmi nitrifikasyon prosesinin modellenmesi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2021-11-15) Hallaç, Esra ; İnsel, H. Güçlü ; 501181717 ; Çevre Bilimleri Mühendisliği ve Yönetimi Programı ; Environmental Sciences Engineering and ManagementAzot, doğada bulunan tüm canlıların yaşamları için gereken bir besin maddesidir. Azot, azot çevrimi adı verilen döngü ile doğada devamlı olarak form değiştirmekte ve farklı ekosistemlerde transfer olmaktadır. Ekolojik zincir ile doğada taşınım ve dönüşüm içinde bulunan azot; insan nüfusunun ve faaliyetlerinin artması ile dengeli döngüsünün dışına çıkar. Bu durum için, doğanın kendini temizleme ve yenileme kapasitesinin üzerinde bir yüke maruz kalması denebilir. Kendini temizleme kapasitesi üzerinde kirliliğe maruz kalan doğayı korumak için çeşitli arıtma yöntemlerinin geliştirilmesi ve uygulanması kaçınılmazdır. Azot, çoğunlukla biyolojik yöntemlerle arıtmaya tabi tutulur. Fiziksel ve kimyasal proseslerle giderimi mümkün olmakla birlikte, tasarım ve işletme kolaylığı ile düşük maliyet gerekliliği sebebiyle yaygın olarak biyolojik arıtma tercih edilmektedir. Azotun biyolojik arıtımında konvansiyonel yöntem, doğada da yer alan nitrifikasyon-denitrifikasyon prosesidir. Atıksuların, nitrifikasyon ve denitrifikasyon prosesini içeren klasik aktif çamur sistemi ile arıtıldığı arıtma tesisleri ülkemizde ve dünyada oldukça yaygındır. Bu sistemde atık su bünyesindeki kirleticiler, aktif çamur olarak nitelendirilen mikroorganizmalar tarafından besin ve enerji kaynağı olarak kullanılmak suretiyle atık sudan uzaklaştırılırlar. Mikroorganizmalarla atık suyun kontak halinde olduğu proses tanklarını (havalı / havasız), arıtılmış olan suyun mikroorganizmalardan ayrıldığı çöktürme havuzları takip eder. Klasik aktif çamur sisteminin yatırım maliyeti düşük, işletimi nispeten kolay ve çıkış suyu iyi kalitededir. Ancak günümüzde arıtılmış suyun alıcı ortama deşarj kriterlerinde daha sıkı limitler gelmektedir. Diğer yandan enerji verimliliği daha yüksek sistemlerle ilgili arayış ve bu sistemlere rağbet artmaktadır. Hem prosesteki havalandırma ihtiyacı, hem de sistemde oluşan fazla aktif çamurun bertarafı klasik aktif çamur sisteminin önemli bir dezavantajıdır. Aktif çamur sisteminin sahip olduğu avantajlardan faydalanmak ve dezavantajlarını azaltmak için yenilikçi prosesler geliştirilmektedir. Yenilikçi proseslerden biri olan Anammox'la azot gideriminde klasik aktif çamur sistemine göre daha az çamur oluşur. Reaksiyon oksijensiz ortamda gerçekleştiğinden havalandırma ihtiyacı yoktur. Ayrıca elektron alıcının da vericinin de azotlu bileşen olduğu proseste karbon ihtiyacı olmadığı gibi, karbon kaynaklı sera gazı da oluşmamaktadır. Anammox prosesi öncesinde uygulanan kısmi nitrifikasyon prosesi, amonyumun sırası ile nitrit ve nitrata yükseltgendiği nitrifikasyon prosesini nitrit oluşumu aşamasında durdurma esasına dayanmaktadır. Kısmi olarak gerçekleştirilen bu nitrifikasyon işleminin çıktıları amonyum ve nitrittir. Amonyum ve nitrit arasında elekton alışverişinin gerçekleştiği Anammox prosesinin çıktısı ise azot gazıdır. Kısmi nitrifikasyon, tam nitrifikasyona göre daha az oksijen, dolayısıyla daha az havalandırma maliyeti gerektirir, arıtma çamuru üretimi düşüktür. Özellikle azot yükünün fazla olduğu sistemlerde fizibildir. Bu çalışma, İstanbul'da bulunan bir evsel atıksu arıtma tesisinin yan akım suyunda azot giderimini Anammox prosesi ile gerçekleştiren bir pilot tesisin kısmi nitrifikasyon prosesini konu edinmektedir. Kısmi nitrifikasyonun gerçekleştiği reaktör, anaerobik çürütücülerin ortalama 800-1000 mg/L amonyum azotu konsantrasyonuna sahip çıkış suyu ile beslenmektedir. Sistemde giriş suyundaki amonyumunun yarısının nitrite dönüştürülmesi ve kısmi nitrifikasyon çıkış suyunun Anammox reaktörüne beslenmesi hedeflenmiştir. Reaktörün 651 günlük işletilme süreci, bu süreçte işletme parametrelerinde yapılan değişiklikler, elde edilen sonuçlar bu çalışmada yer almaktadır. Bazı işletme parametreleri kontrollü olarak değişmiş, bazıları ise sistemsel aksaklıkların sonucu olarak değişmiştir. Her iki durumun da sonuçlara etkisi, amonyum giderimi ve nitrit ile nitrat azotlarının oluşumu üzerinden ortaya konmuştur. Dönemsel olarak farklılıklar göstermekle birlikte, kısmi nitrifikasyon reaktöründe ortalama olarak giriş amonyumunun % 60'ı nitrite dönüşmüştür. Çalışmada yaşanan işletme problemlerine de yer verilmiştir. İşletme tecrübeleri, online ölçüm enstrumanlarının kritik öneme sahip olduğunu göstermiştir. Özellikle online amonyum ölçümü ve buna bağlı olarak reaktöre amonyum dozajının sağlanması kısmi nitrifikasyon prosesinin temel gerekliliklerini sağlamak açısından önemlidir. Çalışma kapsamında ayrıca, işletme ve laboratuvar analiz verileri ile yapılan dinamik modelleme yer almaktadır. Modelleme, SUMO 2019 (Nyons, Fransa) programı kullanarak yapılmıştır. Modelleme sonuçlarında özellikle amonyum oksidasyonunda tesis verileriyle uyumlu sonuçlar elde edilmiştir. Modelleme çalışmasının çıktısı prosesin kinetik parametreleri olmuştur. Kinetik parametreler, sistemin tasarımı ve işletme performansının tespiti açısından önemlidir. Bu çalışmada yer alan kısmi nitrifikasyon prosesinin ana aktörü olan amonyum oksitleyici bakterin çoğalma hızı (μAOB) 1,0 gün-1, sistemde yer alan ve baskılanan nitrit oksitleyicilerin çoğalma hızı (μNOB) 0,5 gün-1 olarak bulunmuştur. Elde edilen değerler literatürle uyum içerisindedir.
-
ÖgeDegradation of industrial micropollutants with sulfate radical–based advanced oxidation processes(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2021) Montazeri, Bahareh ; Arslan Alaton, İdil ; 693111 ; Çevre MühendisliğiOccurrence of micropollutants in wastewaters from the industries poses a serious threat to the environment and many of these contaminants are recalcitrant and/or toxic and/or biologically non-degradable. Therefore, the major concern is to treat the wastewater before being discharge into the environment. Among all these industrial micropollutants, in particular 3,5-dichlorophenol (3,5-DCP) from chlorophenols (CPs), 2,4-dichloroaniline (2,4-DCA) from chloroanilines (CAs) and iprodione (IPR) from hydantoins, have been drawn specific attention due to their commercial importance as raw materials, potential toxicity and refractory nature. 3,5-DCP is directly released to the aquatic environment through various waste streams such as wood pulp bleaching processes. 2,4-DCA is extensively used in manufacturing of pigments, optical brighteners and pharmaceutical agents. IPR as a fungicide is used to prevent gray mold on crops; however, its usage has been banned recently by the European Food Safety Authority. Considering the wide spread usage of the above-mentioned micropollutants and their incomplete removal in conventional industrial and urban wastewater treatment plants; they may end up in the aquatic environment, becoming threats to wildlife. Sulfate radicals (SO4●-)-based advanced oxidation processes (AOPs) have demonstrated that they have the potential to be efficiently applied in removing many organic pollutants from wastewater. In the first part of this study, three persulfate (PS)-mediated AOPs including one homogenous photochemical oxidation processes; ultraviolet-C (UV-C)-activated PS oxidation process (UV-C/PS), and two heterogeneous catalytic oxidation processes; zero-valent iron-activated persulfate oxidation process (ZVI/PS) and zero-valent aluminum-activated persulfate oxidation process (ZVA/PS) were employed in order to investigate the three micropollutants removal in distilled water (DW) and examine the influence of initial PS concentration (0.00 mM-1.00 mM) and pH on the treatment performances. UV-C/PS treatment of 3,5-DCP for all studied PS concentrations resulted in complete 3,5-DCP removal and the 3,5-DCP degradation rate increased by increasing the initial PS concentration which can be explained by an increase in the steady-state concentration of SO4●- generation in reaction solution. Increasing the initial pH to values more than 7.5, resulted in rapid 3,5-DCP degradation. Maximum 3,5-DCP removal efficiency was as 59% by 120 min ZVI/PS (PS=1.00 mM; pH=5.0); however, complete 3,5-DCP removal was obtained by decreasing pH to more acidic value after 20 min ZVI/PS (PS=0.50 mM; pH=3.0) treatment. ZVA/PS could not provide complete 3,5-DCP removal after 120 min treatment such that for the highest tried PS concentration.(1.00 mM; pH=3.0) resulted in only 31% 3,5-DCP removal. 2,4-DCA degradation by UV-C/PS, at all studied initial PS concentrations and pH values resulted in complete pollutant removal. PS activation with ZVI resulted in complete 2,4-DCA removal for initial PS concentration exceeding 0.50 mM such that after 80 min ZVI/PS (PS=0.75 mM; pH=5.0) treatment, complete 2,4-DCA was obtained; however, the required time to achieve complete 2,4-DCA with initial PS of 1.00 mM was longer (100 min) most probably as a result of SO4●- scavenging reaction with excess PS and/or ferrous ion. The highest 2,4-DCA removal (47%) by 120 min ZVA/PS (pH=3.0) treatment was obtained with initial PS concentration of 0.25 mM, below or beyond which the 2,4-DCA removal decreased. 2,4-DCA removal by 120 min ZVA/PS (PS=0.50 mM) treatment increased remarkably from 20% to 89% , when pH decreased from 3.0 to 1.5 suggesting that more acidic pH facilitated effective removal of 2,4-DCA due to ZVA corrosion. Complete IPR removal was achieved by UV-C/PS at all studied initial PS concentrations such that even with low PS (0.03 mM), complete IPR was obtained in 20 min. Increasing initial PS concentration in the range of 0.01 mM to 1.00 mM led to higher SO4●- concentrations and consequently faster IPR degradation rates. Alkaline hydrolysis of IPR was observed at initial pH of 9.0 and 11.0 during UV-C/PS treatment; however, complex pH effect on IPR degradation rate was observed at neutral and acidic pH values. ZVI/PS (pH=5.0) treatment of IPR, demonstrated that increasing initial PS concentration to more than 0.50 mM, appreciably improved ZVI/PS treatment of IPR. ZVA/PS was an efficient treatment only in IPR degradation such that even low PS concentrations (0.10 mM and 0.25 mM) with initial pH of 3.0 resulted in almost 80% IPR removal after 120 min treatment and for higher PS concentrations, complete IPR was obtained. In both heterogeneous treatments of all three model industrial micropollutants acidic pH values showed a better performance. Those oxidation processes from treatability of the micropollutants in DW resulted in complete micropollutant removal, were investigated under selected PS and pH conditions to correlate each micropollutant removal with chloride ion (Cl-) release, metal ion release, dissolved organic carbon (DOC) removal and PS consumption. Experiments conducted in DW indicated that for all three model industrial micropollutants, complete removals were achieved by UV-C/PS accompanied with dechlorination and appreciable mineralizations. 3,5-DCP was completely degraded by UV-C/PS (PS=0.30 mM; pH=6.3) treatment in 40 min accompanied with 95% DOC removal that was achieved after 120 min treatment. Maximum Cl- concentrations of 3.91 mg/L was obtained after 120 min UV-C/PS treatment of 3,5-DCP corresponding to practically 90% of the highest possible theoretical Cl- release of 4.35 mg/L. Practically complete 2,4-DCA removal was achieved after 10 min UV-C/PS (PS=1.00 mM; pH=6.0); however, with the progress of the treatment, dechlorination and DOC removal were proceeded such that 93% DOC removal and Cl- concentration of 3.64 mg/L were obtained after 40 min treatment. Beyond this treatment time, both DOC removal and dechlorination were practically stopped and remained constant probably due to PS depletion. IPR degradation was accompanied with rapid dechlorination and PS consumption. UV-C/PS (PS=0.30 mM; pH=6.2) treatment was also effective in IPR mineralization; 78% DOC was removed after 120 min treatment and maximum Cl- concentrations of 1.50 mg/L was obtained at the end of the reaction. For all three studied industrial micropollutants, complete/near-complete removals were achieved by ZVI/PS accompanied with iron (Fe) release; however, their mineralizations were partially (21%-50% DOC removal) after 120 min treatment. ZVA/PS was only effective in IPR removal; however poor mineralization was obtained after 120 min treatment. Treatability of the selected micropollutants was also examined in a synthetic tertiary treated urban wastewater (SWW) during the studied treatments due to the fact that the presence of different water constituents in the reaction solution may inhibit the oxidation performance. Experimental results of three model industrial pollutants by the selected treatments (UV-C/PS and ZVI/PS) in SWW, revealed complete micropollutant removals; however, their mineralizations were partially and different compared to DW. UV-C/PS treatment of 3,5-DCP in DW that exhibited appreciable mineralization of 3,5-DCP, demonstrated worse treatment performance compared to ZVI/PS when applied in SWW (26% DOC removal and 41% DOC removal in SWW after 120 min treatment by UV-C/PS and ZVI/PS, respectively). Partial mineralizations of 2,4-DCA in SWW by 120 min UV-C/PS and ZVI/PS treatments were obtained as 57% and 35% DOC removals, respectively which were lower compared to DW revealing performance of both treatments decreased in complex medium. The experiments in DW exhibited the superior performance of the UV-C/PS for IPR mineralization (78% DOC removal after 120 min); however, the oxidation performance of UV-C/PS in SWW decreased appreciably and resulted in 24% DOC removal after 120 min. 40% DOC removal after 120 min was observed with ZVI/PS being the most efficient process in SWW. UV-C/PS treatment of all three selected micropollutants, was most negatively affected when apply in SWW most probably due to UV-C light absorption of SWW constituents hindering effective absorption by the target pollutant. Vibrio fischeri (V. fischeri) and Pseudokirchneriella subcapitata (P. subcapitata) were employed as the organism tests to assess changes in acute toxicity during application of the studied treatments. Responses of the two mentioned test organisms were rather different; higher inhibition rates were observed on P. subcapitata than V. fischeri. While the percent relative inhibition of the original 3,5-DCP on P. subcapitata was almost 20%, the inhibitory effect increased after 80 min UV-C/PS treatment reaching to 47%. After 80 min ZVI/PS treatment of 3,5-DCP, the percent relative inhibition of treated samples on P. subcapitata did not change appreciably. The percent relative inhibition of the original 2,4-DCA on P. subcapitata was in the range of 20%-28%; however, the inhibitory effect increased and reached 72% after 120 min UV-C/PS treatment. The percent relative inhibition of original IPR samples on P. subcapitata was obtained as <10%; however, it reached 56% and 39% after 120 min UV-C/PS and ZVI/PS, respectively. During the application of selected treatments in DW, the genotoxicity of original micropollutants and their AOPs-treated samples were explored using a mutant strain of Salmonella typhimurium TA 1535; however, no significant genotoxic effect was observed. At the final stage of this study, the type and nature of possible evolved degradation products during the selected treatments of three model industrial pollutants in DW were examined by ion chromatography, liquid chromatography and mass spectrometry analysis in order to gain a deeper insight into the formed radical reactions with the target pollutants. Hydroquinone, acetic acid and Cl- could be detected and quantified in the reaction solution during UV-C/PS and ZVI/PS treatments of 3,5-DCP. Aniline and acetic acid formations were evidenced during UV-C/PS treatment of 2,4-DCA accompanied with dechlorination; however only acetic acid was identified during ZVI/PS. LC analysis confirmed the formation of 2,4-DCA, hydroquinone, acetic acid and formic acids as the major aromatic and aliphatic degradation products of IPR during UV-C/PS while hydroquinone, lactic acid and acetic acid was evidenced for ZVI/PS treatment of IPR.
-
ÖgeDöngüsel ekonomi yaklaşımıyla kullanım ömrü dolan seramik membranların iç ortam havasından co2 giderimi için yeniden kullanımı(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2021-07-16) Karataş, Elçim ; İmer, Derya Yüksel ; 501181745 ; Çevre Mühendisliği ; Environmental EngineeringSürdürülebilirlik konusu son yıllarda küresel olarak ön plana çıkmış ve başta Avrupa Birliğindeki ülkeler olmak üzere birçok ülke bu konuyu ele almaya başlamıştır. Sürdürülebilirlik kavramı, çevresel bir yaklaşımla doğal kaynak tüketimini azaltmaya odaklanırken, aynı zamanda kaynakları tasarruflu kullanmayı hedeflemektedir. Bu bağlamda, döngüsel ekonomi ve sürdürülebilirlik ayrılmaz bir şekilde bağlantılıdır. Son zamanlarda, membran proseslerinin birçok alanda kullanımının artması buna karşın hızlı kirlenme problemi nedeniyle membranların sık değişim gerekliliği ve atık oluşturma potansiyeli bu alanda kullanım ömrünü tamamlamış membranların yeniden kullanımı, atık membranlardan enerji geri kazanımı veya başka bir membran türüne dönüştürme ve yeniden kullanma (örneğin, ultrafiltrasyon veya nanofiltrasyon olarak ters osmoz membranlarının kullanılması) ile ilgili çalışmalara ihtiyaç artmaktadır. Membranlar son yıllarda su ve atıksu arıtımı ve madde geri kazanımı alanında oldukça fazla kullanılmaktadır. Ortalama verimli kullanım ömürleri ve değişim periyotları düşünüldüğünde çok ciddi bir atık yüküne sahiptir. Bu alanda sürdürülebilirlik çözümü için bilim ve teknoloji çerçevesinde yeni yaklaşımlar ortaya koymak gelecek için çok ciddi bir adımdır. Yapılan çalışmaların büyük bir çoğunluğu TO polimerik membranların döngüsel ekonomi yaklaşmıyla UF veya NF olarak tekrar kullanımını içermektedir. Polimerik membranların ömrünün yeni membran üretim stratejileri ve modül tasarımları ile en az 6 yıl, seramik membranların ise çok fazla çalışma olmamasına rağmen ömrünün 20 yıla yakın olduğu belirtilmektedir. Seramik membranların veya filtrelerin yeniden kullanımı veya geri kazanımı ile ilgili çalışmaları araştırdığımızda şu anda literatürde veya endüstriyel uygulamada bununla ilgili bir çalışmaya rastlanmamış ve kabul görmüş sistematik bir yaklaşımdan bahsedilmemiştir. Genel olarak seramik atıklarının tekrar değerlendirilmesi ile ilgili literatürde yer edinmesine rağmen seramik membranların tekrar kullanımı ile ilgili bir çalışma mevcut değildir. Tez kapsamında endüstriyel atıksu arıtımında kullanılmış ve ekonomik ömrünü tamamlamış seramik membranların CO2 gideriminde kullanılabilirliğini incelemek, bu amaçla membran temas reaktör dizayn etmek ve işletmek ve böylelikle döngüsel ekonomi yaklaşımını membranların yeniden kullanımı için uygulayarak ön bir çalışma niteliğinde ortaya koymaktır. Tez çalışmasının amacı son yıllarda kullanımı gittikçe artan membran proseslerin temel malzemesi olan membranların faydalı kullanımları sonrası ekonomiye yeniden kazandırılması için yöntemler geliştirmektir. Bu bağlamda membran temas reaktörün CO2 giderimde verimliğini değerlendirebilmek amacıyla kullanılan sıvı absorbentin (NaOH çözeltisi) CO2 tutma kapasitesinin farklı NaOH konsantrasyonlarında ve farklı sıvı ve gaz sirkülasyon debisinde test edilerek optimum koşulu belirlemek amaçlanmıştır.
-
ÖgeDynamic membranes in aerobic membrane bioreactor systems for municipal wastewater treatment(Graduate School, 2021-06-08) Işık, Onur ; Demir, İbrahim ; Özgün, Hale ; 501142704 ; Environmental Sciences Engineering and Management ; Çevre Bilimleri Mühendisliği ve YönetimiThe amount of municipal wastewater produced around the world is expected to increase parallel to the increase in population. Therefore, the treatment of municipal wastewater is very crucial for public health. Conventional activated sludge systems have been used for the treatment of municipal wastewater for a long time. Due to limited area availability and stringent discharge standards in most cases, compact treatment systems enabling high effluent quality have become attractive recently. Membrane bioreactor (MBR) technology is a good alternative to conventional activated sludge systems. There are several advantages of MBR technology over conventional biological treatment systems. Low footprint and high permeate quality can be considered as the most distinguishing features of the MBRs. Due to the retention of high suspended solids concentration in the bioreactor, smaller reactor volume and low sludge production can be achieved by the MBR process. However, some constraints have been observed during the operation of MBRs including membrane fouling and membrane costs. Dynamic membrane (DM) technology is a promising solution for problems encountered during the operation of MBRs for wastewater treatment. Membranes can be substituted with coarse-pore filters made of low-cost materials such as meshes or fabrics in dynamic membrane applications for cake (DM) layer formation. DM is a secondary layer formed on a low-coast porous support material. DM layer acts like a Microfiltration (MF) or Ultrafiltration (UF) membrane and keeps the sludge particles inside the bioreactor providing high permeate quality. Besides, physical cleaning, without using chemical reagents, may be enough for cleaning in dynamic membrane bioreactors (DMBRs), thus, the operational costs can be reduced. Flat sheet submerged module configurations were mostly used for aerobic DMBR studies for municipal wastewater treatment in the literature. Also, few studies used tubular modules in DMBRs. However, no studies reported using hollow fiber modules in the literature. The main aim of this thesis was to investigate the applicability of hollow fiber DM for municipal wastewater treatment in an aerobic DMBR. This thesis was conducted in 6 Stages. In stage 1, a hollow fiber polyester fabric support material was used for DM formation and compared with a commercial hollow fiber UF membrane. The system was fed with medium strength synthetic municipal wastewater to keep the characteristics of the wastewater same, and to evaluate the treatment and filtration performances of both membranes clearly. Morphological analyses were also carried out for DM and UF surfaces. The system was operated continuously at a flux of 5 L/m2·h for 85 days. High chemical oxygen demand (COD) removal efficiency and total suspended solids (TSS) rejection were achieved by the DM. Transmembrane pressure (TMP) of the DM was higher in comparison to the UF membrane, which was related to the formation of the cake layer in DM. In Stage 2, impact of support material type on DMBR performance was investigated for municipal wastewater treatment. A hollow fiber polyester support material was compared with a glass fiber support material in terms of treatment and filtration performances. Medium strength synthetic municipal wastewater was used for a stable feed characteristics. Similar treatment performances were obtained with each membrane achieving high removal efficiencies for COD(>97%) and TSS (>99%) parameters. Higher TMP was observed for glass fiber material in comparison to polyester material. Based on morphological analyses, dynamic layers formed on both support materials had similar compositions, organic and inorganic materials. A homogeneous layer was formed on a polyester support material, while fine particles were deposited between the filaments of glass fiber support material, which caused clogging. In Stage 3, a hollow fiber polyester fabric support material was used for DM formation for raw municipal wastewater treatment. The wastewater had average COD concentration of 413 mg/L, sCOD concentration of 208 mg/L and TSS concentration of 259 mg/L. Treatment and filtration performances were evaluated. High treatment performance was obtained in the permeate achieving over 93% of COD removal efficiency and low TSS concentration (<10 mg/L) in the permeate. The average TMP value was observed as around 598 mbar after the system reached stable conditions. In Stage 4, effect of different TSS concentrations on the DM layer was evaluated in terms of biological treatment and filtration performances. Hollow fiber polyester support material was used for DM layer formation. Treatment and filtration performances of the DMBR were investigated at two different TSS concentrations (5 g/L; 10 g/L). The DMBR was operated at a flux of 18 L/m2·h at each condition. High treatment performance and permeate quality were achieved at each sludge concentration. However, a shift to a relatively higher range in particle size distribution of permeate was observed at high sludge concentration. Furthermore, higher TMP was observed at the sludge concentration of 10 g/L, resulting in a rapid clogging. Overall, results indicated that selection of the optimum sludge concentration played a significant role in achieving homogeneous and stable DM layer in DMBRs. In stage 5, hollow fiber polyester support material was used for DM formation and compared with a commercial UF membrane in terms of micropollutant and heavy metal treatment performance from raw municipal wastewater, also biological treatment and filtration performances were evaluated. The removal of different micropollutants; sulfamethoxazole, ciprofloxacin, trimethoprim, caffeine and acetaminophen, was assessed for both membranes. The membranes were operated at a flux of 10 L/m2·h. High TSS (>99%) and COD (> 91%) removal efficiencies were achieved with both membranes. Similar high removal efficiencies of micropollutants (>68.3->99.7%) were achieved with both membranes. DM was operated at higher TMP compared to UF membrane, since DM layer was formed on the support material. Morphological analyses were conducted for both membranes to get insight to the DM layers which accumulated on the membranes. In Stage 6, effect of using different inoculum on DMBRs performance was investigated. Excess sludge from HRAS and conventional activated sludge system retuned activated sludge were used as inoculums. Conventional UF membrane was used in parallel with a dynamic membrane (DM) in the same reactor to be operated at the same conditions. Both sludges were characterized to understand the changes during the operational period. Biological treatment and filtration performances of both membranes were investigated. High TSS (>99%) and COD (> 86%) removal efficiencies were achieved with both membranes for both inoculum sludge. Because of the inoculum sludge characteristics, lower TMP values were observed for DM at Phase-2. Morphological analys (ESEM measurement) was conducted to understand the effect of different inoculum on the sludge cake on the surface of the membranes.
-
ÖgeEnvironmental life cycle assessment of zinc phosphating chemicals(Institute of Science and Technology, 2020-07) Sezginer, Halide İlayda ; Germirli Babuna, Fatoş ; 629363 ; Çevre Bilimleri, Mühendisliği ve Yönetimi Bilim DalıThe industrialization has gained importance with the rapidly increasing world population. Over time, productions have evolved from physical strength to machine power, and have diversified in terms of quality and quantity. With the need for more production, industrialization has started to be mentioned with the environmental problems that it causes. In the period from the industrial revolution to the present day, sustainability has become a subject that is closely followed by everyone, especially in the last period. Increasing social sensitivity has started to reveal the necessity of making necessary improvements in new projects or existing production systems with product life cycle analyses. The product lifecycle is a common method that provides to evaluate product or service the environmental impacts that each of the stages of raw material extraction, production, use, disposal, and all other stages have over the duration. The rapid disappearance of natural resources and the increase of environmental impacts arising from industry in nature caused the developed countries to increase their product life analysis studies and take necessary measures.
-
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.
-
ÖgeGeri dönüştürülmüş agrega kullanımının çevresel etkilerinin yaşam döngüsü değerlendirme (YDD) yöntemi ile değerlendirmesi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-11-03) Babalık, Özge ; İskender, Fatma Gülen ; Baş, Bilge ; 501171753 ; Çevre Bilimleri, Mühendisliği ve YönetimiDünya çapında yaşanan hızlı kentleşme ve kentsel dönüşüm ile birlikte, inşaat ve yıkım atıklarının (İYA) oluşumu hızlı bir artış ile önemli miktarlara ulaşmıştır. Bu artış nedeniyle gelişmiş ve gelişmekte olan ülkeler, çevresel baskı altına girmiştir. İYA'da bulunan beton, tuğla, alçı, ahşap, cam, metaller, plastik, solventler, asbest ve hafriyat toprağı da dahil olmak üzere çoğu geri dönüştürülebilinir özellikte olup ham madde kullanım olarak yüksek kaynak değerine sahiptir. Özellikle, İYA'dan elde edilen agregalar yol, drenaj ve diğer inşaat çalışmalarında yeniden kullanılarak değerlendirilmektedir. 2008/98/EC Atık Çerçeve Direktifi, 2020 yılına kadar İYA'nın %70'inin geri dönüştürülmesini hedefleyerek İYA ve geri dönüştürülmüş malzemelerin doğru yönetimini amaçlamaktadır. Sürdürülebilir inşaat sektörü için doğal kaynakların kullanımı azaltmak amacıyla, geri dönüştürülmüş agreganın (GA) inşaat projelerinde kullanılması gündeme gelmiştir. Bu çalışmada doğal agrega (DA) ile üretilen normal beton (NB) ve GA içeren geri dönüştürülmüş agregalı betonun (GDAB) çevresel etkileri karşılaştırılmalı olarak değerlendirilmiştir. Bu amaçla, Yaşam Döngüsü Değerlendirmesi (YDD) yöntemi kullanılmıştır. Çalışmanın çevresel etki değerlendirme modellemesi GaBi ve 4.3 yazılımı ile yazılımın "profesyonel database" veritabanı kullanılmış, etki değerlendirmesi CML 2001 yöntemiyle belirlenmiştir. YDD dört aşamadan oluşmaktadır. Yöntemin ilk aşamasında çalışmanın amacı ve kapsamı belirlenmiştir. Bu çalışmanın amacı, bir inşaat molozundan elde edilen geri dönüştürülmüş agreganın beton üretiminde kullanılmasının potansiyel çevresel etkilerinin araştrılması ve ayrıca NB üretimi ile karşılaştırmalı olarak değerlendirilmesidir. Modellemede, %50 GA içeriğine sahip GDAB için inşaat yıkımı sonucu oluşan molozun geri dönüşüm tesisinden kırma işlemine ardındanda beton santralinde beton üretimini kapsarken, %100 DA'lı NB oluşturmak için bir taş ocağından başlanarak kırma tesisinde kırma işlemi sonrası beton santralindeki beton üretim aşamalarına kadar olan işlemleri içermektedir. Bu çalışmada iki betonun basınç dayanımları incelendiğinde, fonksiyonel birim, C40-C50 aralığında 1 m³ NB ve C40-C50 aralığında 1 m3 GDAB olarak seçilmiştir. İkinci aşama olan envanter analizinde çalışma sistemindeki enerji, su hammadde kullanımı gibi girdi ve çıktılar hesaplanmaktadır. Envanter analizinde belirlenen girdi ve çıktılar, etki analizi aşamasında çevresel değerler üzerindeki etkileri değerlendirilmektedir. Üçüncü aşamada, bu çalışmanın çevresel etki değerlendirme için etki kategorileri seçilmektedir. Seçilen etki kategorileri; Abiyotik element tüketim potansiyeli (AETP), abiyotik fosil tüketim potansiyeli (ATPf), asidifikasyon potansiyeli (AP), fotokimyasal ozon oluşum potansiyeli (FOOP), ozon tabakası tükenme potansiyeli (OTTP), küresel ısınma potansiyeli (KIP), ötrofikasyon potansiyeli (ÖP), tatlı su canlılarına ekotoksitite potansiyeli (TCETP) ve karasal ekotoksisite potansiyeli (KETP)'dir. YDD'nin son aşaması olan yorumlama aşamasında iki farklı beton türünün çevresel etkileri yorumlanmış ve benzer YDD çalışmalar ile kıyaslanmaktadır. Elde edilen sonuçlar 1m3 GDAB üretiminin AETP'i 0,000415 kg Sb eşd., ATPf'i 1440 MJ, AP'i 0,516 kg SO₂ eşd., ÖP'i 0,29 kg PO₄ eşd., TCETP'i 0,472 kg DCB eşd., KIP'i 292 kg CO₂ eşd., OTTP'i 0,0000000217 kg CFC₁₁ eşd., FOOP'i 0,0526 kg C₂H₄ eşd., KETP'i ise 0,643 kg DCB eşd. olduğu görülmektedir. 1m3 NB üretiminin AETP'i 0,000427 kg Sb eşd., ATPf'i 520 MJ, AP'i 0,584 kg SO₂ eşd., ÖP'i 0,289 kg PO₄ eşd., TCETP'i 0,505 kg DCB eşd., KIP'i 300 kg CO₂ eşd., OTTP'i 0,0000000263 kg CFC₁₁ eşd., FOOP'i 0,0569 kg C₂H₄ eşd., KETP'i ise 0,703 kg DCB eşd. olduğu görülmektedir. GDAB üretiminin, ÖP etki kategorisi dışında NB üretimine göre çevresel etkisi daha az olduğu tespit edilmiştir. GDAB üretiminin ÖP etki kategorisi değeri, NB üretiminin ÖP etki kategorisi değerinden büyük olmasının sebebi GDAB üretiminde kullanılan süper akışkanlaştırıcı miktarının daha fazla olmasıdır. Bu çalışmada YDD değerlendirmesine ek olarak, maliyet analizi yapılmaktadır. 1 m³ NB ve GDAB üretiminin maliyet miktarı sırasıyla, 462,74 TL ve 474,427 TL'dir. 1 m³ GDAB üretimi 11,68 TL fark ile daha maliyetli olduğu tespit edilmektedir. Bunun nedeni GDAB üretiminde kullanılan doğal agreganın (agrega no:2) üretim ve taşıma maliyetidir.
-
ÖgeGri su ile ilgili standart uygulamaları, yasal/idari düzenleme örnekleri ve Türkiye için bir öneri(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-06-10) Aksoy Cavkaş, Sinem ; Baykal Beler, Bilsen ; 501171731 ; Çevre Bilimleri, Mühendisliği ve YönetimiBirleşmiş Milletler tarafından yayınlanan 2020 yılı Dünya Su Geliştirme Raporu'na göre son 100 yılda küresel su kullanımı altı kat artmıştır. Artan nüfus, ekonomik kalkınma ve değişen tüketim kalıplarının bir sonucu olarak, su kullanımı yılda % 1 oranında istikrarlı bir şekilde artmaya devam etmektedir. Günümüzde nüfus artışının ve su kaynaklarının bilinçsiz kullanımının arttığı bölgelerde, Türkiye de dâhil olmak üzere, su kıtlığı daha fazla hissedilmeye başlamıştır. Bunun bir sonucu olarak, su kaynaklarının korunması ve sürdürülebilirliğini sağlamak için atık su geri dönüştürülebilir bir su kaynağı olarak görülmeye başlanmıştır. Evsel atık suyun ayrık akımlarla yönetimi çerçevesinde, farklı akımların yeniden değerlendirilmesi gittikçe popülerlik kazanan bir yaklaşımdır. Bu ayırım, ikili olarak gri ve siyah su veya üçlü olarak gri, sarı ve kahverengi su olarak yapılmaktadır. Tuvalet suyu hariç, evsel atık su kaynaklarından oluşan diğer atık su akımları gri suyu oluşturmaktadır. Gri suyun evsel atık su hacminin % 75 gibi büyük bir oranını oluşturması ve evsel atık suya göre daha az kirletici içermesi, gri suyu içme suyu kalitesine gerek duyulmayan kullanım alanları için alternatif bir kaynak yapmıştır. Gri su da kendi içerisinde fraksiyonlarına; zayıf gri su (duş/küvet, banyo lavabo) ve kuvvetli gri su (çamaşır makinesi, bulaşık makinesi ve mutfak lavabosu) olarak ayrılmaktadır. Ülkelerin içinde bulunduğu koşullarda yaşanan kuraklık, su kıtlığı gibi çevresel şartlar sonucunda gri su kullanımı önem kazanmış ve bununla ilgili yasal/idari düzenleme ve kılavuzların oluşturulması gereği ortaya çıkmıştır. Gri su yasal/idari düzenleme ve kılavuzlara sahip ülkelerin, gri suyla ilgili detaylı çalışmalar yapan, su kaynaklarının bilincinde olan ve yenilenebilir su kaynaklarına önem veren ülkeler olduğu görülmektedir. Türkiye'nin su stresi yaşayan bir ülke olması ve gün geçtikçe azalmakta olan çekilebilir temiz su kaynakları, Türkiye'de henüz var olmayan bir gri su yeniden kullanım politikası ve düzenlemesine ihtiyacı olduğunu ortaya koymaktadır. Bu çalışmada, Türkiye'de eksikliği hissedilen ve gerekli olduğu düşünülen, gri su ile ilgili yasal/idari bir düzenleme yapılmasına yol gösterici olması amacıyla, Türkiye için bir gri su önerisi hedeflenmiştir. Bu önerinin oluşturulması için gri suyu oluşturan kirletici miktarı, gri suyun kullanım alanları ve gri suyu yeniden kullanmak için standart ve uygulamalar geliştiren en etkin ülkeler incelenmiştir. Bu incelemelere giren ülkelerdeki gri suyun farklı tanımlamaları, karakterizasyonu, kullanım alanları, arıtma yöntemleri ve uygulama adımları incelenmiştir. Bu kapsamda gri su miktarlarına, kullanım amaçlarına, arıtma derecelerine ve fraksiyonlarına göre gri suyun kapsamlı karşılaştırma tabloları oluşturulmuştur. Oluşturulan bu tablolardan, farklı kullanım alanlarına göre gri suyun yeniden kullanımı ile ilgili bir öneri ortaya koymak amacıyla gri su için ortak parametrelerin ve kalite değerlerinin belirlenmesi hedeflenmiştir. Türkiye için gri su ile ilgili bir öneri ortaya koyabilmek için, Türkiye'deki gri su potansiyeli irdelenmiştir. Bunun için, atık su ve gri su durumu; gri suyla ilgili hayata geçen uygulamalar, ekonomik ve sosyal boyutunu gösteren çalışmalar değerlendirilmiştir. Türkiye'de ileriye dönük olarak gri suyun yakın dönem ve gelecekteki kullanımını hedefleyen girişimler irdelenmiştir. Mevcut yönetmeliklerin gri su ve yeniden kullanımıyla ilgisi ve yeni bir düzenleme olasılığı birlikte değerlendirilmiştir. Gri su potansiyelini ve kullanım amacını yorumlamak için İstanbul özelinde, gri suyun potansiyel miktarları hesaplanmıştır. Bu hesaplamalar sonucunda, örnek olarak İstanbul'da gri suyun sifon suyu olarak yeniden kullanılması sonucunda İstanbul'u besleyen su kaynaklarının üzerindeki baskıyı %26 oranında azaltacaktır. Aynı zamanda, son on yılda İstanbul'da yeni yapılan binalarda arıtılan gri suyun sifonlarda kullanılmış olması halinde, sınırlı temiz su kaynağına sahip olan İstanbul'un tamamı için yaklaşık 8.5 aylık su tasarrufu sağlayacağı belirlenmiştir. Bu çalışma neticesinde, gri suyun en uygun kullanım alanları sifon suyu, peyzaj sulama, araba yıkama, yangın suyu ve bazı özel şartlarda çamaşır yıkama olarak belirlenmiştir. Bu amaçlarla gri su kullanımında gri su kalitesi için belirlenen parametreler; BOI5, AKM, pH, kalıntı klor, bulanıklık, fekal koliform ve toplam koliform gri suyun yeniden kullanan ülkeler arasında yaygın olduğu görülmüş, Türkiye'de de benzer parametrelerin kullanılması önerilmektedir. Kullanım alanları içerisinden en anlamlı kullanım alanı olarak en fazla su tasarrufunun sağlandığı ve içme suyu kalitesinde bir su kullanmasına gerek olmayan sifon suyu olarak değerlendirilmektedir. Son olarak çalışmanın temel hedefi neticesinde, yapılan değerlendirmelerden yola çıkarak, gri su ve gri su fraksiyonları tanımlanmış, gri su hacminin hesaplanması için yönlendirme yapılmış ve en uygun kullanım alanları önerilmiştir. Gri suyun yeniden kullanımı için örnek sistem tasarımı sunulmuş, tesisat planlamasında yer alması önerilen en önemli maddeler belirtilmiştir. Kullanım amacına göre en uygun parametreler belirlenerek, gri su için sınır değer önerileri yapılmıştır. Gri suyun dağıtım sisteminin ve bu sistemde yetki ve sorumluluk sahipleri hakkında önerilerde bulunulmuştur. Gri suyun fiyatının belirlenmesi, halkın katılımı ve kamu politikaların önemi ile ilgili öneriler sunulmuştur. Gri suyun yeniden kullanımının yönetmeliklere kazandırılması için iki ayrı öneri geliştirilmiştir. En sonunda, Türkiye'de gri su düzenlemesi için uygulanması gerekenler adımlar bir öneri tablosu olarak sunulmuştur.
-
ÖgeGri suların serbest yüzey akışlı yapay sulak alan sistemlerinde arıtım performansının değerlendirilmesi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-04-27) Çetinkaya, Ali Tamer ; Karpuzcu, Mahmut Ekrem ; 501181738 ; Çevre Bilimleri Mühendisliği ve YönetimiDoğal kaynaklar sınırlı olmakla birlikte su, canlıların yaşamsal faaliyetlerini sürdürebilmeleri adına vazgeçilmez bir kaynaktır. Hızlı nüfus artışı ve sanayileşmenin yükselişiyle birlikte su kullanımının yoğunlaşması, küresel su kıtlığı kavramının başlıca sebebi olarak öne çıkmaktadır. Su kullanımının yoğunlaşması suya olan talebin ve su kaynakları üzerindeki baskının artmasına sebep olurken, mevcut su kıtlığının gelecek yıllarda "su krizine" dönüşmesine de sebebiyet verecektir. Dünyanın azımsanmayacak bir bölümünün şu an bile temiz içme suyuna erişimi olmadığı bilinmektedir. Bir önlem alınmadığı takdirde, zaman geçtikçe bu sorunun daha da kritik bir seviyeye ulaşması kaçınılmazdır. Bu sorunun önüne geçebilmek için sürdürülebilirlik ve döngüsel ekonomi kavramlarının su kaynakları yönetimine entegre edilmesi gerekmektedir. Atık suların yeniden kullanımı bu entegrasyonun önemli bir adımıdır. Atık suların yeniden kullanımı kapsamında da öncelikle, evsel nitelikli atık suların büyük bir bölümünü oluşturan ve az kirlilik yüküne sahip gri suların yeniden kullanımı üzerinde çalışmak makul bir çözüm önerisi olmaktadır. Bu bağlamda, gri suyun yeniden kullanımı, atık suyun önemli bir bölümünü değerli bir su kaynağına dönüştürerek, sürdürülebilirlik çerçevesinde önemli bir rol oynayacaktır. Bu bağlamda, yüksek arıtma performansı gerektirmeyen ve değeri bilinmeyen gri su, tez çalışması kapsamında irdelenmiştir. Gri su, kirlilik oranı zayıf bir atıksu olsa dahi yeniden kullanımı için ülkemizdeki mevzuatlar çerçevesinde arıtılması, içeriğinde bulunan patojenler ve hastalık yapabilecek diğer kirleticilerin giderilmesi gerekmektedir. Bu arıtmadan sonra gri su yeniden kullanım açısından yüksek bir potansiyele sahiptir. Gri suyun yeniden kullanımı, su kaynaklarının korunmasının yanında atıksu arıtma tesisine gelen hidrolik yükün azaltılması, su temini ve atıksu arıtma kaynaklı ekonomik külfetin azaltılması gibi faydalara da sahiptir. Yapılan tez çalışması ile yeniden kullanımı ihmal edilen kaynak olarak öne çıkan gri suyun doğal arıtma sistemlerinde arıtımı sağlanarak kritik bir sorun haline gelecek olan su kıtlığına bir çözüm önerisi getirilmek istenmiş ve Türkiye için gri su yönetimi ile ilgili doğal arıtım metodolojisi oluşturarak, bu anlamdaki boşluğu doldurmak amaçlanmıştır. Türkiye çevre politikalarına katkı sağlama amacı ile de çalışmaya özgün bir değer katmak hedeflenmiştir. Bu amaç doğrultusunda; gri suların laboratuvar çalışmaları ile karakterizasyonunun belirlenmesinin ardından, gri su ile beslenen laboratuvar ölçekli serbest yüzey akışlı yapay sulak alan reaktörünün arıtma performansı değerlendirilmiştir. 2015 yılında TÜBİTAK tarafından yayınlanan fizibilite raporuna dayanak olan Taksim'de yer alan büyük ölçekli bir otelden gri su numuneleri alınmıştır. Tez çalışmaları kapsamında elde edilen karakterizasyon sonuçları rapor değerleri ile karşılaştırılmış olup, büyük bir farklılık görülmemiştir. Pandemi koşulları nedeniyle otelin tam kapasite ile çalışmaması sonucu azot ve fosfor xviii gibi besin maddelerinin konsantrasyonları raporda yer alan değerlerden düşük çıkmıştır. Buna karşın daha az su tüketimi neticesinde KOİ gibi değerler için ortalamadan yüksek değerler elde edilmiştir. Çalışmalar neticesinde, organik maddelerin giderimi konusunda tatminkâr sonuçlar elde edilmiş, ancak azot giderimi konusunda istenilen arıtım performansı sağlanamamıştır. Serbest yüzey akışlı sulak alan sistemleri için en önemli giderim mekanizmaları adsorpsiyon, sorpsiyon ve filtrasyondur. Bunlara ek olarak, hasat zamanına dikkat edildiği takdirde, besin maddelerinin bitki bünyesine alımı da giderim mekanizması olarak ortaya çıkabilmektedir. Hasat zamanı gelen bitkinin sistemde tutulması ise bünyesindeki besin maddelerinin sisteme geri salınmasına neden olacağından bu durumun giderim olarak sayılamayacağı düşüncesi de çalışmalarda belirtilmiştir. Çalışmada kullanılan sistem özelinde bakıldığında, 30 günlük işletme sonunda KOİ ve TOK parametreleri için yaklaşık %90 oranında, toplam fosfor için yaklaşık %85 oranında, organik azot için yaklaşık %65 oranında, toplam azot için de %10 oranında bir giderim gözlemlenmiştir. Toplam fosfor giderimine bakıldığında, literatürdeki çalışmalara oranla yüksek bir giderim verimi elde edilmiş olsa da, sistemin işletme süresinin arttırılmasıyla bu oranın düşmesi beklenmektedir. Serbest yüzey akışlı sulak alan sistemlerinde biyolojik fosfor giderimi olmadığı için fosfor, sediment üzerinde adsorpsiyon ve bitki bünyesine alım ile giderilmektedir. Sistem başlangıcında adsorpsiyon ve bitki bünyesine alımın çok olması beklenirken, zaman içerisinde sisteme geri salınımın meydana gelmesi kaçınılmazdır. 30 günlük işletme boyunca kullanılan bitkinin hasat zamanı gelmediği ve sedimentin adsorplama kapasitesi tamamlanmadığı için giderim veriminde düşüş gözlemlenmemiştir. Giriş atık suyundaki düşük fosfor konsantrasyonu da bu durumun başka bir sebebidir. Toplam azot giderimine bakıldığında ise, literatürdeki çalışmalara oranla düşük bir giderim verimi elde edildiği söylenebilir. Azot gideriminin sağlanabilmesi için nitrifikasyon ve denitrifikasyon proseslerinin gerçekleşmesi gerekmektedir. Amonyak azotu giderimine bakılarak nitrifikasyon adımının gerçekleştiği, toplam azot giderimine bakılarak da denitrifikasyon adımının gerçekleşmediği yorumunu yapmak mümkündür. Sistemin sürekli olarak beslenmesi, açık bir sistem olması ve giriş gri suyunun zayıf karakterli olması sistem içerisindeki oksijenin tamamen tüketilmemesine ve bunun sonucunda denitrifikasyon için gerekli olan anoksik/anaerobik koşulların meydana gelmemesine neden olmaktadır. Azot ve fosfor gibi besin maddelerinin giderimi konusunda serbest yüzey akışlı sulak alanlar etkin olmasa da yüzeyaltı akışlı sulak alanlar ile hibrit işletilmesinin sonuçları literatürden araştırılmış ve gelecek çalışmalarda bu konunun üzerinde durulması ile su sorununa daha da uygun bir çözüm bulunacağı kanısına varılmıştır. Genel olarak, çalışmada kullanılan gri suyun azot ve fosfor değerleri düşük olduğu için yetersiz görülen arıtım performansı da atık suların yeniden kullanım standartlarının içerisinde kalmasına yetmiştir. Dünya genelinde atık suyun ve özellikle gri suyun yeniden kullanım standartları incelenerek, çıkış suyunun uygunluğu araştırılmıştır. Tez kapsamında deneyleri gerçekleştirilen parametreler için standartlara uygunluk gösterilmiş olup, mikrobiyolojik indikatörler konusunda belirsizlik mevcuttur. Mikrobiyoljik indikatörler için yapay sulak alan sistemlerinin çok etkili olmadığı bilindiği için, çıkış suyunun dezenfeksiyon prosesine tabi tutulması ile bu sorunun da çözüleceği düşünülmektedir. Literatürde de bu konuyla ilgili etkinliği kanıtlanan örnek çalışmalar bulunmaktadır. Bununla birlikte, dolgu malzemesi olarak sediment yerine içme suyu arıtma çamuru kullanımı fosfor giderimi konusunda etkin bir yöntem olarak literatürde yer alsa da, bu xix konuyla ilgili ülkemizde pek çalışma bulunmamaktadır. Bu konunun irdelenmesi de hem döngüsel ekonomi hem de gri su arıtımı konusunda ülkemizde doğal arıtım metodolojisi oluşturulması açısından önemli bir husus olarak ön plana çıkmakta olup bu hususta çalışmalar yapılması gerekmektedir. Ayrıca, tez çalışmasında bu sistemin uygulanabilirliği açısından önerilerde bulunulmuştur. Buna göre sulak alan sistemleri, yüksek alan gereksinimleri nedeniyle yer kısıtı olan yerlerde çok tercih edilmemektedir.Buna karşılık özellikle villa tipi sitelerin oluşturduğu alanlarda rekreasyonel amaçlı süs havuzlarının yerini sulak alan sistemlerinin alması ile rezervuar amaçlı kullanım ve peyzaj sulama olarak gri suyun yeniden kullanımı önerilmektedir. Bununla birlikte şebeke suyu kullanımı azaltılıp, hem çevresel hem ekonomik anlamda fayda sağlanacaktır. Su sorunu, büyük ölçekli bir su krizine dönüşmeden önlem alınması ve çözüm önerileri getirilmesi gereken ivedi bir husustur. Doğal arıtma sistemleri ise sürdürülebilirlik kapsamında kendine yetebilen sistemler olarak öne çıkmaktadır. Tez çalışması ile doğal arıtma sistemleri kullanılarak atık suyun arıtılarak yeniden kullanımı ve bu sistemlerin kullanımının yaygınlaştırılması vurgulanmıştır. Doğal arıtma sistemleri döngüsel ekonomi kapsamında değerlendirilerek, başka proseslerden çıkan atıkların giderim amacıyla kullanım çalışmalarının arttırılması gerekliliği önerilip, doğal kaynakların korunması amaçlanmıştır.
-
ÖgeGri suyun ozon, perokson ve kimyasal destekli ön arıtma prosesleri ile arıtılması(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023) Karahan, Beyza Nur ; Ergün, Hale ; 809087 ; Çevre Bilimleri, Mühendisliği ve Yönetimi Bilim DalıGünümüzdeki dünya nüfusunun yirminci yüzyıl ortalarındaki nüfusa göre üç kat daha fazla olduğu bilinmektedir. 1950 yılından bugüne kadar artarak büyüyen dünya nüfusu 2023 yılı itibariyle 8 milyara ulaşmıştır. 2059 yılına kadar dünya nüfusunun 10 milyarın üstüne çıkması öngörülmektedir. Hızla artan dünya nüfusu insanların temiz su kaynaklarına ulaşmasını günden güne zorlaştırmaktadır. İklim değişikliği ile yaşanan son kuraklıklar yaşam için ciddi bir tehdit oluşturmuş ve dünya çapında su kıtlığı yaşayan ülkelerin sayısı artmıştır. Bu durum sonucunda alternatif su kaynağı arayışı başlamıştır. Arıtılmış su geri kazanımı bu bağlamda alternatif su kaynağı olarak değerlendirilmektedir. Evsel atıksuların tek bir akım halinde toplandığı geleneksel atıksu toplama sistemleri yerine akım ayrımı prensibi ile çalışan güncel uygulamalar gün geçtikçe yaygınlaşmaktadır. Sürdürülebilir su kullanımı, alternatif kaynak arayışında ve doğal kaynakların kontrollü kullanılmasında etkin rol oynayan bir uygulamadır. Ekolojik evsel atıksu yönetimi (ECOSAN), evsel atıksuların farklı bileşenlerinin ayrık akımlar halinde toplanmasını önermektedir. Bu sistemle birlikte atıksuların değerli bir kaynak olarak kullanımı ve bunun neticesinde sürdürülebilir su kullanımı sağlanabilmektedir. ECOSAN prensibinde evsel atıksular iki veya üç bileşene ayrılarak toplanabilmektedir. Evsel atıksuyun üç akım halinde ayrı toplanması durumunda atıksu bileşenleri; gri su, sarı su ve kahverengi sudur. Gri su, evsel atıksuların tuvalet suları dışında kalan banyolardan, duşlardan, el yıkama lavabolarından, mutfak lavabolarından, çamaşır ve bulaşık makinelerinden gelen kısmı olarak tanımlanmaktadır. Gri sular evsel atıksuların %75'lik kısmını oluşturmaktadır. Gri su, yüksek hacim potansiyeli ve kirlilik yükünün geleneksel evsel atıksulara oranla daha düşük olması sebebiyle değerli bir yenilenebilir su kaynağıdır. Kirlilik yükünün az olması sebebiyle geleneksel evsel atıksulara göre gri suların arıtılması daha kolaydır. Gri su arıtma süreçleri; arıtılmış su geri kazanımı için düzenleyici standartları sağlamalı ve organik bileşikler ile patojenlerin giderimi açısından etkili olmalıdır. Gri su arıtımı ve geri kazanımı için; doğal arıtma sistemleri, filtrasyon gibi fiziksel arıtma sistemleri, kimyasal ve biyolojik süreçler dahil olmak üzere çeşitli teknolojiler uygulanmaktadır. Bu arıtma prosesleri ile sulama ve tuvalet sifon suyu gibi içilebilir olmayan gri suyun geri kazanımına yönelik düzenleme ve gerekliliklerin yerine getirilmesi amaçlanmaktadır. Bu çalışma kapsamında, 1000 kişi kapasiteli ve günlük ortalama debisi 40-50 m3/gün aralığında olan bir otelden temin edilen gri suyun arıtımı incelenmiştir.
-
ÖgeImpact of different inoculum sources on performance of MBRs for municipal wastewater treatment: Dynamic membrane versus ultrafiltration membrane(Graduate School, 2022-06-06) Cengiz, Ali İzeet ; Erşahin, Mustafa Evren ; 501191702 ; Environmental Sciences, Engineering and ManagementWater scarcity is one of the major challenges of today. Treatment technologies that are used for wastewater reuse have become more attractive in 21th century while dealing with the water scarcity. Membrane bioreactors (MBRs) provide high quality effluent which can be re-used for the beneficial purposes such as irrigation. In the MBR technology, activated sludge and membrane separation are integrated. Generally, microfiltration (MF) and ultrafiltration (UF) membranes are used in conventional MBRs to remove solids from wastewater. Since solids retention time (SRT) and hydraulic retention time (HRT) are decoupled in MBR systems, solids can be retained within the bioreactor. Moreover, compared to conventional activated sludge (CAS) process, MBRs require less area, and thus have smaller environmental footprint. Although MBRs have several advantages, fouling problem and high capital cost of the membrane appear as prominent obstacles that prevent widespread applications of this technology. Dynamic membrane (DM) technology can be an alternative option to solve limitations faced in conventional MBRs. DM is a separation layer formed on a low-cost support material by the deposition of solid particles. DM can be either pre-coated or self-forming. Pre-coated DMs are formed by passing of a pre-coating reagent such as powdered activated carbon through support material. On the other hand, self-forming DM (SFDM) is generated as a biological separation layer by colloidal particles and organics which present in filtered solution such as wastewater. This biological separation layer is also called as cake layer or secondary membrane. Support material used in DM is cheaper and more durable compared to polymeric material of conventional UF membrane. Different materials such as polyester fabric, woven and non-woven fabrics, filter cloths and ceramic materials can be used as support material for DM formation. Pore size of support material can change in a wide range of 10-200 μm. One of the most significant advantages of DM technology over conventional MBR is once DM formed, support material itself is no longer important. Besides, simple physical cleaning methods are applied to recover permeability in DM technology. Biological applications of DM can be either aerobic MBR (DMBR) or anaerobic MBR (AnDMBR). DM formation process consists of four stages: substrate layer formation, separation layer formation, fouling layer formation and filtration cake layer formation. One of the major drawbacks of DM technology is transition period between the cake layer formation and removal of cake layer due to the physical cleaning applied in case of permeability reduction. During this transition period because of the large pore size of the support material, quality of permeate is decreased and biomass is lost. Time required to reach stable permeate turbidity and almost zero suspended solids concentration in the permeate is defined as DM formation time. Therefore, shorter DM formation time is generally required to prevent low quality permeate and biomass loss during the aforementioned transition period. DMBR performance is determined by several factors such as support material characteristics, sludge characteristics and operation conditions. The aim of this study was to evaluate the impact of different inoculum sources on the treatment and filtration performance of MBRs which include hollow-fiber conventional UF membrane and DM for municipal wastewater treatment. Experimental study was carried out in two stages. Excess sludge obtained from a CAS process and high rate activated sludge (HRAS) process were utilized as inoculum in Stage-1 and Stage-2, respectively. DM and UF modules were located into the same bioreactor which had a capacity of 5.2 L. Filtration and treatment performances of DM and UF for municipal wastewater treatment were compared under same operational conditions in each stage. DM and UF membranes were operated for 67 days at an operational flux of 8 LMH (L/m2.h). There was no sludge wasted apart from sampling during the operation. System was operated in cycles of 190 seconds filtration and 35 seconds backwash. Municipal wastewater taken from the outlet of an aerated grit chamber of a full-scale preliminary wastewater treatment plant (WWTP) was used as substrate. Both inoculums were characterized to observe the changes during the operational period. Moreover, membranes were characterized before the operation and ensured that similar membrane properties were provided for each stage. Polyvinylidene fluoride (PVDF) and multi-multifilament polyester filter were used for UF and DM, respectively. Different experimental analyses were conducted to observe treatment and filtration performances of UF and DM. Environmental scanning electron microscopy (ESEM) was used for the observation of cake layer structure that was accumulated on the surface of the UF and DM. Total solids (TS), volatile solids (VS), total suspended solids (TSS), volatile suspended solids (VSS), chemical oxygen demand (COD), soluble chemical oxygen demand (sCOD) ammonium‑nitrogen (NH4+-N), total nitrogen (TN), total phosphorus (TP) and turbidity were measured to observe treatment performance in each stage. Dewaterability of sludge was indicated by capillary suction time (CST). Transmembrane pressure (TMP) was recorded during the study to analyze the filtration performance. Specific resistance to filtration (SRF) of sludge samples were measured to evaluate filterability. Extracellular polymeric substances (EPS) and soluble microbial products (SMP) were measured to understand membrane fouling behavior in each stage. High COD removal efficiencies (>86%), low turbidity values in the permeate (around 1 NTU), and high TSS removal efficiencies (>99%) were obtained during the operation in each stage. On the other hand, since there was no anoxic and anaerobic zone in the bioreactor, TN and TP removal efficiencies were low in each stage. NH4+-N removal efficiency was >99% in each stage, which showed NH4+-N was converted to the nitrate (NO3−) via nitrification process. Higher NO3− concentration in the bulk sludge compared to inoculum sludge confirmed mentioned inference. In Stage-1, turbidity in the permeate of DM decreased faster compared to Stage-2. This result indicated that cake layer formed quicker in Stage-1 compared to Stage-2, which meant that DM formation time was shorter in Stage-1 compared to Stage-2. After stable condition was obtained, average TMP was 588±33 mbar in Stage-1, and 422±3 mbar in Stage-2. SRF of sludge used in Stage-1 was higher than that in Stage-2. As a consequence, DM was operated with higher TMP in Stage-1. SMP concentration and bound EPS content of sludge were higher in Stage-1 than those in Stage-2. Higher SRF, zeta potential, and sludge volume index (SVI) values for sludge obtained in Stage-1 compared to Stage-2 might be the reason of higher TMP values determined for DM in Stage-1. However, TMP of UF membrane was not affected by the inoculum type in this study. Considering ESEM images, compact and dense DM layer formed in Stage-1, while porous and fragmented cake layer was observed in Stage-2. ESEM images showed no difference between the cake layer formed on the surface of UF membrane in Stage-1 and Stage-2. Stage-2 showed more stable operation compared to Stage-1 in terms of TMP profiles of DM. Since treatment performances of each membrane were similar, it could be concluded that DMBRs can be a good alternative to conventional MBRs. More stable operation with lower TMP obtained for DMBR when HRAS inoculum used. Thus, it could be indicated that inoculating DMBRs with excess sludge from HRAS systems can be an effective solution to stabilize TMP at a reasonable level. Large scale applications should be performed in order to examine the applicability and uncertainties of DM technology on municipal wastewater treatment. Moreover, monitoring of EPS/SMP is important subject to prevent fouling and permeability loss in DMBRs.
-
ÖgeInvestigation of SO2 pollution from coal-fired and geothermal power plants using high resolution satellite retrievals(Graduate School, 2022-01-10) Değer, Sümeyye Sena ; Kaynak, Burçak ; 501191733 ; Environmental Sciences Engineering and Management ; Çevre Bilimleri Mühendisliği ve YönetimiAir pollution, which emerged with the increasing industrialization after the industrial revolution, has become an important problem in Turkey, as in many parts of the world, due to its negative effects on human health and the environment. Air pollution causes serious health problems such as asthma, allergies, lung cancer, heart diseases, skin and eye damage and even death, as well as environmental problems such as acid rain, dust formation, turbidity and fog. In addition, air pollutants have direct and indirect effects on the climate. Known as one of the criteria and common pollutants, sulfur dioxide (SO2) originates primarily from large point sources such as power plants, volcanoes, smelters and oil and gas industries, or from residential heating with coal. Since Turkey has a significant share with 2 % of the current world reserves, it follows a coal-oriented energy policy. However, since the existing domestic lignite in Turkey has a low calorific value, it is generally used in power plants, and domestic lignite, which has a higher sulfur content than other types of coal, causes a high amount of SO2 pollution. Especially due to the high SO2 pollution levels and its negative effects on the environment and human health, the determination and monitoring of SO2 pollution in the region, like other air pollutants, plays an important role. Although air quality measurement stations (AQMSs), which are a common and old method for monitoring air pollutants, capture the diurnal changes with hourly measurements in their located region, they may be insufficient to understand the distribution of pollution especially in large areas, since they are located in certain regions and in limited numbers. In addition, the meteorological factors and land characteristics in the region where they are located, also have an effect on the ground-based measurements. On the other hand, the remote sensing technology, which was developed for the detection of air pollutants in the 1980s, facilitates the determination of the distribution of air pollutants globally and the detection of air pollution sources with its gradually developing spatial resolution and wide coverage area. The adventure of remote sensing, which started with the detection of the SO2 plumes originating from the El Chicón volcanic eruption with the Total Ozone Mapping Spectrometer (TOMS) instrument in the 1982, continued to develop with measurement of tropospheric SO2 with the Global Ozone Monitoring Experiment (GOME) instrument in the following years. With the changing and developing spatial resolution and global coverage in the following years, Atmospheric Infrared Sounder (AIRS) and the Scanning Imaging Absorption Spectrometer for Atmospheric Cartography (SCIAMACHY) instruments started to measure atmospheric air pollutants in 2002, Ozone Monitoring Instrument (OMI) in 2004, and GOME-2 and Infrared Atmospheric Sounding Interferometer (IASI) in 2006, and Ozone Mapping and Profiler Suite (OMPS) in 2011, respectively. The TROPOspheric Monitoring Instrument (TROPOMI), which finally started its measurements in 2019, has a higher spatial resolution of 5.5 km × 7 km compared to previous instruments such as GOME (320 km × 40 km), SCIAMACHY (60 km×30 km) and OMI (13×). In this thesis, SO2 Level 2 retrievals from the TROPOMI instrument on the Sentinel-5 platform, which is launched by European Space Agency (ESA) in October 2017, are used to monitor two-year (2019-2020) SO2 pollution in and around Turkey and determine its spatial and temporal distribution. First of all, TROPOMI SO2 Level 2 retrievals from National Aeronautics and Space Administration (NASA) Goddard Earth Sciences Data and Information Services Center (GES DISC) were processed using Phyton programming language and filtered according to the quality criteria in the TROPOMI Readme file. Spatial average was calculated with a grid resolution of 1 km × 1 km and the SO2 data were spatially matched with the grids to calculate the average monthly gridded SO2 column concentrations. Using different oversampling diameters, the 10 km radius oversampling method was applied, where the best distribution was observed for SO2 retrievals. In order to represent the pollution levels of coal-fired power plants (CPPs) and geothermal power plants (GPPs), SO2 retrievals at a distance of 10 km from the locations of CPPs were selected. Monthly statistics for SO2 retrievals were calculated using the Rstudio programming language, and then the data opened in the ArcGIS software program was visualized and average SO2 maps of Turkey for 2019-2020 were created. Emission inventory and ground measurements were used for comparisons. After the hourly ground-based measurements were selected according to the TROPOMI transit time, their daily and monthly averages are calculated. The energy production of power plants was examined using EPIAS electricity data. The impact of regional conditions was evaluated using meteorology and land use throughout all investigations. Considering the SO2 pollution in and around Turkey, hot spots are generally associated with CPPs. In October 2020, when the cleanest and highest signals was seen, the highest SO2 levels in Turkey were detected in the provinces of Kahramanmaraş and Muğla. The highest SO2 pollution in the region was observed in 10 of 18 months around Afşin Elbistan Power Plants. Following Kahramanmaraş, the SO2 pollution is at a remarkable level in Muğla, where there are three large-capacity CPPs. In addition, high SO2 pollution from CPPs was detected in Şırnak and Sivas provinces, and Aydın, Kocaeli, Malatya provinces where minor hotspots were observed, were also investigated. It has been determined that large-capacity GPPs in Aydın may also be an indirect source of SO2. High SO2 concentrations from CPPs have been observed in Turkey's district countries, Bulgaria, Iraq and Syria. The performance of AQMSs and the TROPOMI instrument were investigated by comparing the ground-based measurements where pollution is intense and the satellite retrievals around 10 km of AQMSs. Firstly, the daily SO2 ground-based measurements, satellite retrievals around the power plants and total electricity production variations of the CPPs that were temporarily closed with the decision taken on 31 December 2019 were examined and the current situation in the 2019-2020 period, the effect of the temporary shut down, the change in SO2 levels during reopening period has been investigated. Satellite retrievals often show similar changes with total electricity production, while ground-based measurements were insufficient to capture the variations. Especially the missing data at ground-based measurements and the limited number of satellite retrievals in winter months make comparisons difficult. For the selected large-capacity CPPs, the individual correlations are higher when SO2 and NO2 are compared to electricity generation, as well as high correlations between NO2 and SO2 (R2=0.62-0.96). The highest correlation between satellite SO2 retrievals and electricity production for Afşin Elbistan Power Plants with R2=0.84. SO2 pollution levels in Afşin Elbistan Power Plant, where the highest signals are observed, were investigated considering land use and meteorological factors. Ground-based measurements and meteorological factors show that the pollution in Kahramanmaraş is more intense in autumn and winter and is transported to south every season. Monthly gridded average SO2 retrievals show high concentrations (>2 DU) around the power plants in summer and autumn months. The correlation between electricity production and satellite SO2 retrievals is higher with R2=0.84 on a monthly basis than the daily correlation (R2=0.45). In the comparison made by subtracting the winter months due to limited number of SO2 retrievals, the correlation between satellite retrievals around the power plant and satellite retrievals around the AQMS (R2=0.86) is higher than the correlation between satellite retrievals around the power plant and ground measurements (R2=0.20). However, there is a low correlation (R2=0.20) between satellite retrievals and ground-based measurements around the AQMS. Similarly, the effect of three power plants in Muğla, where high signals were observed, on SO2 concentrations, the relationship between ground-based measurements, satellite retrievals and total electricity production were investigated. When ground-based measurements and meteorological factors were examined, it was seen that the intense pollution in Muğla transported to the southeast in the summer and autumn months, and to the northwest in the winter and spring months. Monthly gridded average SO2 retrievals show high concentrations (>2 DU) in the region in November, July and April 2020. While the pollution is generally distributed around the three CPPs, the AQMS can only detect the pollution originating from Yatağan Power Plant in summer and autumn months due to the land characteristics and location. Contrary to Afşin Elbistan Power Plants, correlations are low for three power plants in Muğla, but Yatağan Power Plant has the highest correlation (R2=0.27) between them. Similarly, for Muğla, the correlation between satellite retrievals 10 km around the power plant and satellite retrievals around the AQMS (R2=0.54) was found to be higher than the correlation between satellite retrievals around the power plant and ground-based measurements (R2=018). There is a low correlation (R2=0.27) between satellite retrievals and ground-based measurements around AQMS. In order to improve the ground-based measurements, it should be located close to the power plants, taking into account the wind and land characteristics. Finally, the contribution of GPPs to SO2 pollution is investigated, starting from the province of Aydın, where small hot spots are seen. The monthly average gridded SO2 distributions clearly show the pollution around GPPs especially in April, May and November months. Daily time series of satellite SO2 retrievals around the power plant also prove the contribution of geothermals to SO2 pollution with high SO2 concentrations in April 2019, May 2019, April 2020 and November 2020. In May 2019, the maximum concentrations were determined as 5.39 DU for Efeler, 3.45 DU for Ken-3, 2.54 DU for Mis-3 and 4.85 DU for Alaşehir. Concentration above 0.5 DU is observed in Ken-3 GPP with a capacity of 25 MWe in 34%, and with 165 MWe in Kızıldere GPP only in 20% of the days.
-
ÖgeInvestigation of the change of NO2 pollution during the pandemic period using satellite retrievals in Marmara region(Graduate School, 2022-01-10) Ceker, Ali Osman ; Kaynak, Burak ; 501191703 ; Environmental Sciences Engineering and Management ; Çevre Bilimleri Mühendisliği ve YönetimiAir pollution has been a great problem during the history of mankind with its effects on human health and the environment. Among the major air pollutants, nitrogen oxides (NOx=NO+NO2) are still an issue with significant emissions, and their contribution especially on urban areas to ozone (O3) and secondary particulate matter formation. Satellite-based measurements have been used for monitoring of the air pollutants for obtaining information on the global distribution of these pollutants in the last decade, and their performance was increased in terms of both resolution and data reliability. In addition to being a leading country in Europe and Asia with its increasing industry and population, Turkey is struggling with air pollution with high ambient levels. Past studies showed that air pollution reaches dangerous concentrations, especially in city centers. This thesis aims to analyze the NO2 pollution in the Marmara Region, which is the most populated and developed Region of Turkey, with the help of satellite retrievals and ground-based measurements. The effect of human activities and restrictions on NO2 during the pandemic period, which is the study time interval, was also examined, and the study showed the effects of urbanization, industrialization, increasing human population, and the NO2 pollution of these parameters. A deductive approach was used in the study and Turkey, Marmara Region, and Istanbul province were examined in terms of NO2 pollution with detailed analyses, respectively. With this aspect of the study, both the high-resolution data technology of the TROPOMI instrument and the technology of measuring large areas were used. These measurements were supported by the ground-based measurements, the relationship between them was examined and the differences were interpreted. TROPOMI is an instrument onboard ESA's Sentinel-5. TROPOMI NO2 retrievals obtained from ESA were processed, and gridded monthly NO2 tropospheric columns were calculated to a uniform spatial distribution. In this thesis, both satellite and ground-based measurements were investigated for two years: 2019 and 2020. Differences between the examined periods were analyzed and the effect of restrictions during the pandemic period and different urban indicators (such as traffic density or natural gas usage for domestic heating) on NO2 pollution was examined. Ground-based measurements were also used for Marmara Region, which are located in provinces of Istanbul, Kocaeli, Bursa, Canakkale, Balikesir, Sakarya, Tekirdag, Yalova, Edirne, Bilecik and Kırklareli. Ground-based measurements were selected according to the overpass time (around local time 13:00) of TROPOMI. Also, the Marmara Region, which is the study area, was divided into 1×1 km2 grids and satellite retrievals were selected only for the grids which have urban residences and 1 km around them for further comparison with ground-based measurements. All the data used in the study were eliminated according to the measurement criteria determined by the ESA, the days deemed invalid for comparison (with less than 75% data) were eliminated, and the data obtained as a result of the process were processed and/or visualized with programming and mapping programs, and possible errors were analyzed and interpreted. Firstly, national NO2 pollution levels over Turkey were examined. As a result of the examinations performed using satellite retrievals, Marmara was found to be the most polluted Region of Turkey in terms of NO2 pollution. The most polluted provinces are Istanbul, Kocaeli, Ankara, and Izmir, and for Marmara Region, those are Istanbul, Kocaeli, Bursa, and Yalova, respectively. It was found that the winter months have noticeably higher values than the summer months of 2019 and 2020 possibly because of domestic heating in period and meteorological factors, and the most polluted month is November 2019 for all of Turkey. In addition, it has been observed that NO2 pollution in various cities in Turkey, especially in Mugla, during the summer months is equivalent to and sometimes higher than, the crowded provinces due to point sources such as thermal power plants. When an analysis was made based on districts with the clustering method using monthly averaged measurements, it was seen that the districts of the provinces with dense vehicles and populations such as Istanbul were included in the same cluster. In addition, it has been observed that the central districts of cities with less population have close pollution and show the same seasonal variation. When the same clustering method was performed using ground-based measurements and satellite retrievals separately, it was seen that the ground-based measurements did not show seasonality, and many Regions were found to have high NO2 pollution levels whereas satellite retrievals were clustered as less polluted. As a result of the correlation analysis performed using satellite retrievals and ground-based measurements, it was observed that Ground-based measurements of the Marmara Region were not correlated with satellite retrievals. They were measuring lower signals than satellite retrievals in the time intervals when the data was not missing. Especially the low correlation values of the stations in the densely populated areas have revealed that the difference in the NO2 pollution measurements of the Region is high and that improvements should be made. With the statistical analyses performed, it was observed that the highest rate of change was observed in the Istanbul Region and the NO2 pollution decreased by 60% for March, April, November, and December months compared to the previous year. When comparing the same months of 2019 and 2020 throughout Turkey decrease rates were found to be decreased in direct proportion as the population and industrialization rates of cities, while increases were seen in some eastern provinces of Turkey such as Mugla and Aydin. It is thought that the most important reason for these increases, which are intense in the winter period, is the decrease of seasonal temperatures. Both satellite retrievals and ground-based measurements showed elevated concentrations of NO2 in and around highly populated areas. When the pollution changes of the Marmara Region were examined during the COVID-19 pandemic, the effects of human behavior on pollution were observed, especially in the days of full restriction and in the associated months. Districts grouped by clustering method, from districts with dense industry to districts with high population, were interpreted with the help of these groups and examined in terms of both provincial and urban status during the pandemic period. The study has shown that situations such as domestic heating, a change in the number of vehicles, and the closure of some businesses have caused a visible effect on NO2 pollution. During the study period, a comparison was made between the pre-pandemic period and the pandemic period for the densely populated cities of Marmara provinces. As a result of the comparison, a decrease in NO2 pollution was observed in the districts, especially in November and December 2020 (weekend curfew period) compared to November and December 2019. As a result of the calculations, the decrease between 10-20% is proportional to the population. Lastly, urban indicators and NO2 pollution in Istanbul were also examined in detail for 2019. As a result of the correlations made with indicators such as population, natural gas use, socio-economic status of the districts, a high correlation was found between NO2 pollution and population and natural gas use (R = 0.81 and 0.83 respectively), and a moderate correlation between socio-economic score (R = 0.35). The fact that the strong relationship between urban indicators and NO2 pollution is high in mega cities such as Istanbul results in taking precautions, and making more detailed analyses. As shown in the thesis, Istanbul is the largest province in the whole of Europe in terms of population, urbanization, and traffic, and the study showed the NO2 pollution that the people of Istanbul are exposed to in daily life under these conditions, district by district. In addition, in this section, the correlation between ground-based measurement and satellite retrievals in Istanbul were examined, and it was understood that the Ground-based measurements had lower levels than satellite retrievals in many districts. These low levels, especially in regions with high population and vehicle traffic, were attributed to the non-representativeness of the ground-based measurements. As a result of the study, the highest NO2 values in Istanbul were found as 6.44×1015 molecules/cm2 (Gungoren) and 94.12 μg/m3 (Aksaray) annual average on a monthly basis satellite retrievals and ground stations, respectively. The results showed the extent of NO2 pollution in Istanbul, proved to be directly related to urban factors, and created an initial analysis for future studies to be repeated in more detail for the future years. In conclusion, this thesis showed TROPOMI can detect temporal variation of NO2 pollution over different districts, and the impact of COVID-19 pandemic restrictions over Turkey, specifically in Marmara Region. The results also gave important information about the evaluation and status of ground-based measurements, the relationship between urban indicators and NO2 pollution, and the changing NO2 pollution during the pandemic period. The thesis also showed that NO2 pollution in dense urban areas decreased during the pandemic period with the help of satellite retrievals. The study examined important points in this respect and prepared a basis for future studies and it explained, interpreted, and discussed the seasonal distribution of pollution and the effects of the districts with statistical analyses and spatial distribution of NO2. This thesis is the first study in terms of applied Region, high-resolution satellite retrievals, and time interval.
-
Ögeİç ortam havasından eş zamanlı partikül madde ve toluen giderimi için nanolif ve aktif karbon içeren filtre sisteminin geliştirilmesi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-01-26) Yavaş Erdem, Melike ; İmer, Derya Yüksel ; 501191720 ; Çevre Bilimleri Mühendisliği ve Yönetimi ; Environmental Sciences Engineering and ManagementGünümüzde insanlar zamanlarının %80-90 gibi büyük bir kısmını iç ortamlarda geçirmektedir ve bu nedenle tren, uçak, hastane, restoran, ev ve ofis gibi sıklıkla bulunduğumuz iç ortamların hava kalitesi önemli çalışma konusu haline gelmiştir. İç ortamlarda soluduğumuz hava, en az dış ortamda soluduğumuz hava kadar sağlığımızı etkilemektedir. Özellikle modern binalarda yapılan izolasyon sistemleri taze hava sirkülasyonunu azaltmakta ve bu durum iç ortam havası kirleticilerine olan maruziyeti arttırmaktadır. İç ortamlarda geçirilen zamanın, insan sayısının ve kirletici kaynakların artması ile ''Hasta Bina Sendromu'' ve ''Bina Bağlantılı Hastalık'' gibi bazı sağlık sorunları da ortaya çıkabilmektedir. Bunların yanı sıra iç ortam havası kirleticilerinden partikül maddelerin (PM) ve uçucu organik bileşiklerin (UOB) varlığı solunum yolu hastalıklarına neden olmaktadır. İç ortam havasındaki partikül maddelerin birçok kaynağı bulunmaktadır. Yapılan çalışmalarda iç ortamdaki partikül madde ve uçucu organik bileşik konsantrasyonlarının dış ortamdaki partikül madde ve uçucu organik bileşik konsantrasyonları ile paralellik gösterdiği, ayrıca iç ortamlarda kullanılan birçok malzeme, teçhizat ve ekipmanın da kirletici madde kaynağı olabileceği görülmektedir. Günümüzde yaşanan COVID-19 pandemi salgınında en önemli ve en büyük bulaş yolu olarak görülen kaynak ise canlılardır. Ciddi solunum yolu enfeksiyonlarından ölüme kadar sebebiyet verebilen SARS-CoV-2 koronavirüsü de aynı zamanda yaklaşık 0,065 – 0,125 µm boyutları arasında ince tanecik grubunda yer alan bir partikül maddedir. Aynı zamanda bazı uçucu organik bileşikler de kimyasal yapılarından, buhar basınçlarından ve kaynama noktalarından dolayı bulunulan iç ortamlarda solunabilmektedir. Uçucu organik bileşikler, solunum yolu hastalıklarına ek olarak aynı zamanda nörolojik toksisite, göz ve boğaz tahrişi gibi sağlık etkilerine de neden olabilmektedir. İç ortamdaki partikül maddelerin ve uçucu organik bileşiklerin gideriminde en etkili yöntemlerden biri olarak görülen filtrasyon teknolojisi adsorpsiyon, oksidasyon ya da her iki mekanizmanın da kullanılması ile işlevselleştirilebilmektedir. Bu tezin de temel çıkış noktası, iç ortam havasında farklı boyutlarda bulunabilen partikül maddelerin, polimer yapılarının nanolif filtrelere entegrasyonu ile adsorpsiyon özelliği kazandırılarak filtrasyon teknolojisi yardımı ile gideriminin sağlanmasıdır. Böylece elektroeğirme yöntemi ile üretilen nanolif hava filtreleri ve aktif karbon kullanılarak yetersiz iç ortam hava kalitesinin iyileştirilmesine yönelik bir çözüm olarak tasarlanmıştır. Tez kapsamında nanolif filtreler üretilirken literatürde poliamid 6 (Naylon 6, PA6) polimeri ile ilgili nanolif hava filtrelerin geliştirilmesine yönelik çalışmaların verimlerinin yüksek olması hem de yüksek dayanım ve fiber oluşturma özelliği sunması nedeniyle ağırlıkça %18 oranında PA6 polimeri kullanılmıştır. Havada bulunan partikül maddelerin filtrasyon mekanizması ile fiber yüzeylerine adsorpsiyonunu sağlayarak kirleticilerin giderimi hedeflenmiştir. PA6 nanolif filtreler, iki farklı mesh (büyük gözenekli) filtre destek tabaka üzerine ve 15-30-45 dakikalık farklı üretim sürelerinde üretilerek filtrelerin hem yapısal karakterizasyonu hem de performanslarına bakılmıştır. Üretilen PA6 nanolif filtreler filtrasyon cihazına yerleştirilerek reaktör sistemi içerisinde PM1,0 ve PM2,5 boyutları için partikül madde giderim etkinliklerine bakılmıştır. Üretilen nanolif filtrelerin en yüksek PM1,0 giderimi %93, PM2,5 için %94 giderim verimi sergilediği görülmüştür. Bir diğer aşamada farklı adsorbentler denenerek aralarında en iyi UOB giderim performansı gösteren adsorbent belirlenmiştir. Kullanılan klinoptilolit, bentonit, aktif karbon, selüloz nanofibril (CNF), silika jel, polivinil alkol (PVA) adsorbentlerinden aktif karbonun %97,03 giderim verimi ile en iyi performansı sergilediği görülmüştür. Filtre sistemine farklı oranlarda aktif karbon adsorbenti yerleştirilerek uçucu organik bileşik olarak kullanılan toluen kirleticisinin reaktör ortamında giderimi incelenmiştir. Kullanılan cihazın kapasitesine bağlı olarak ve ön denemelere göre 3 ve 5 gram aktif karbon adsorbenti ile toluen giderimleri izlenmiş ve %98'in üzerinde giderim verimi olduğu görülmüştür. Eş zamanlı partikül madde giderimi ve toluen adsorpsiyonu optimum şartlarda hem reaktör hem de gerçek oda ortamında gerçekleştirilmiştir. Böylece en iyi partikül madde giderimi ve toluen adsorpsiyonu sağlayan PA6 nanolif filtre ve aktif karbon oranı kullanılarak optimum koşullarda eş zamanlı giderim sağlanabilmiştir. Eş zamanlı giderimde, seçilen nanolif filtre ve 3 gr aktif karbon kullanıldığında PM1,0 giderimi %97,83, PM2,5 giderimi %97,37 ve 5 gr aktif karbon kullanıldığında PM1,0 giderimi %97,51 ve PM2,5 giderimi %98,95 olarak bulunmuştur. Gerçekleştirilen çalışmalar sonucunda seçilen nanolif filtre ve 3 gr aktif karbon adsorbenti ile gerçek oda koşullarında ölçümler gerçekleştirilmiştir. Farklı kompozisyonlarda üretilen nanolif filtrelerin karakterizasyonu için SEM analizi ile fiber çapları ve yüzey morfolojileri belirlenmiştir, nanolif fiber çaplarının 147 ile 167 nm arasında değiştiği görülmüştür. Nanolif filtrelerin performanslarını belirlemek için ise standart yöntemler ile hava geçirgenliği ve su buharı geçişi deneyleri yapılmıştır. Deneysel çalışmalar sonucunda farklı destek tabakaları ve nanolif filtre üretim süreleri ile üretilen filtrelere uçucu organik madde tutunum özelliği kazandırılarak iç ortam hava kalitesinin iyileştirilmesine yönelik partikül madde ve toluen giderimi için filtre malzemeleri geliştirilmiştir.
-
Ögeİstanbul'da ulaştırma sektörünün iklim değişikliğine etkisinin belirlenmesi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2021-09-16) Güzel Doğan, Tuğba ; Alp, Kadir ; 501142712 ; Çevre Bilimleri Mühendisliği ve Yönetimiİklim değişikliği, günümüzde küresel ölçekteki en önemli problemlerden biri haline gelmiştir. İklim değişikliğinin temel sebebi olarak gösterilen küresel ısınma ise, atmosferde bulunan sera gazları (CO2, CH4, N2O, HFCs, PFCs ve SF6) tarafından dünyadan yansıtılan ışınların tutulması sonucu yerkürenin ısınması şeklinde tanımlanmaktadır. Sanayileşme öncesi dönemden bu yana, küresel ortalama yüzey sıcaklığı 1°C artış göstermiştir. Ayrıca, insan faaliyetleri günümüzdeki atmosferik CO2 konsantrasyonunu sanayi devrimi öncesi seviyenin neredeyse %50 üzerine çıkarmıştır. İklim değişikliğinin olumsuz etkilerine karşı küresel düzeyde çözüm bulunabilmesi amacıyla çeşitli adımlar atılmaktadır. Bu doğrultuda, 2015 yılında 21. Taraflar Konferansı'nda kabul edilen ve küresel ısınmanın sanayi öncesi seviyelere kıyasla 2°C'nin çok altında, tercihen 1,5°C ile sınırlandırılmasını hedefleyen Paris Anlaşması küresel emisyonların en az % 55'ini oluşturan 55 ülkenin onayı ile 4 Kasım 2016'da yürürlüğe girmiştir. Tarihi Paris Anlaşması'nın kabul edildiği COP21 öncesinde ülkeler, kendi yerel koşulları ve yeteneklerini dikkate alarak hazırladıkları sera gazı emisyonlarını azaltma isteklerini BMİDÇS Sekreteryası'na iletmiştir. Niyet Edilen Ulusal Olarak Belirlenmiş Katkı olarak nitelendirilen bu iyi niyet beyanını ülkemiz 30 Eylül 2015 tarihinde Sekreterya'ya iletmiş olup, sera gazı emisyonlarında 2030 yılında artıştan %21 oranında azaltım katkısı hedeflemiştir. Bu kapsamda, ulaştırma sektörü sera gazı salımına katkıda bulunan önemli bileşenlerden birini oluşturmaktadır. Ülkemizde ulaştırma sektörü birincil enerji tüketimi 27,7 milyon TEP ile sektörel tüketimler arasında sanayi tüketiminden sonra ikinci sırada yer almaktadır. Ulaştırma sektörü birincil enerji tüketiminin yaklaşık %93'ünü karayolları oluşturmaktadır. Sera gazı salımına katkıda bulunan motorlu kara taşıtı sayısı ülkemizde gün geçtikçe artmaktadır. Türkiye'nin 2019 yılı motorlu kara taşıtı sayısı yaklaşık 23,2 milyon olup, bu değerin 4,2 milyonu İstanbul'daki araç sayısıdır. 5.461 km2 ile ülke yüzölçümünün yalnızca %0,7'sini oluşturan İstanbul, küçük bir il olmasna rağmen nüfus ve ekonomik çıktı açısından ulusal olarak baskın bir rol oynamaktadır. İstanbul, 15,52 milyon nufusu ve 15.285 ABD Dolar kişi başı gayri safi yurtiçi hasıla (GSYİH) değeri ile Türkiye'nin en büyük ve en gelişmiş metropol şehridir. Ayrıca, 2987 kişi/km2 nüfus yoğunluğu ile zirvede yer almaktadır. İstanbul'da şehir içi ulaşım karayolu, raylı sistem ve denizyolu ile sağlanmaktadır. İstanbul Boğazı şehir içi ulaşımda olduğu kadar uluslararası ulaşımda da önemli bir rol oynamaktadır. İstanbul'un Anadolu ve Avrupa Yakası'nda toplamda 2 adet havalimanı bulunmaktadır. Bu doğrultuda, bu çalışma kapsamında İstanbul'da ulaştırma sektörünün iklim değişikliğine olan etkisinin incelenmesi amaçlanmıştır. Türkiye'de trafik yoğunluğunun en fazla olduğu şehirlerinden biri olan İstanbul için ulaştırma sektörü kaynaklı sera gazı emisyonlarının mevcut durum için hesaplanması, ileriye yönelik sera gazı emisyonu projeksiyonlarının yapılması ve farklı senaryolar altında gelecekte sera gazı emisyonları üzerinde ne gibi etkiler olacağının değerlendirmesi yapılmıştır. Tez çalışması kapsamında TIMES (The Integrated MARKAL-EFOM System) Modeli kullanılmıştır.
-
ÖgeKentsel atıksu arıtma tesislerinde karbon giderimi kinetiği ve denitrifikasyon hızlarının belirlenmesi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-02-22) Davulcu, Tugba ; Çokgör, Emine ; 501181760 ; Çevre Bilimleri, Mühendisliği ve YönetimiAzot canlı dokuların bünyesinde yer almasının yanı sıra atmosferde de azot gazı olarak yaklaşık %78 oranında bulunmaktadır. Organik azot, amonyak ve azot gazı oksitlenmemiş azot formlarını; nitrit ve nitrat ise oksitlenmiş azot formlarını oluşturmaktadır. Organik azot, amonyak azotu, nitrit ve nitrat atıksular için önemlidir. Amonyak azotu atıksuda serbest amonyak (NH3) ve amonyum iyonu (NH_4^+) şeklinde bulunur. Aynı sıcaklıkta pH arttıkça NH3 yüzdesi artmaktadır. Amonyak (NH_4^+), nitrit (NO_2^-) ve nitrat (NO_3^-) azot formlarının çözünürlükleri yüksektir fakat NH_4^+ çözünürlüğü olmayan NH3'e dönüşebilir. Atıksuda başlıca karbonhidratlar, yağlar, proteinler, petrol artıkları ve üre gibi bileşikler bulunmaktadır. Evsel atıksular azot yönünden incelendiğinde, toplam azot içeriğinin 20-50 mg/L arasında olduğu görülmektedir. Bu azot içeriği yüksek orandan amonyak azotu ve organik azottur. Geleneksel ön arıtma sisteminde partiküler azot giderilir. Geleneksel ikincil arıtma sisteminde ise azot, bakterilyal faaliyetler sonucu giderilir. Azotun biyolojik yolla dönüştürülmesi ve giderilmesi için tek yol nitrifikasyon/denitrifikasyon prosesleridir. Nitrifikasyon prosesi, amonyum iyonunun ilk olarak nitrite sonra da nitrata dönüşmesi veya yükseltgenmesi olarak tanımlanmaktadır. Nitrifikasyon bakterileri tarafından aerobik ortamda oksijenin tüketilmesiyle oksidasyon işlemi gerçekleştirilir. Nitrifikasyon prosesinde, nitrifikasyon bakterileri tarafından enerji kaynağı olarak inorganik azot, karbon kaynağı olarak ise inorganik karbon (CO2 , 〖CO〗_3^(2-), 〖HCO〗_3^-), kullanılır. Proseste elektron verici olarak 〖NH〗_4^+ kullanılırken elektron alıcısı olarak O2 ve inorganik karbon (CO2) kullanılmaktadır. Amonyak nitrifikasyon prosesinde elektron kaynağı olarak görev yapar. Verdiği elektronların bir kısmı enerji reaksiyonlarında bir kısmı da biyosentez reaksiyonlarında kullanılır. Elektron vericisinden (inorganik azot) transfer olan elektronların elektron alıcısına (oksijen) ve sentezlenen biyokütleye olan dağılımı Y spesifik dönüşüm oranı ile belirlenmektedir. Oksijen ihtiyacı, alkalinite tüketimi ve biyokütle üretimi nitrifikasyon prosesinde üç önemli stokiyometrik parametreyi temsil etmektedir. Nitrifikasyon kinetiğine etki eden dört önemli proses vardır: ototrofların çoğalması, ototrofların bozunması, partiküler organik azotun hidrolizi ve çözünmüş organik azotun amonifikasyonu. Amonyak konsantrasyonuna bağı olarak Nitrosomonas bakterileri çoğalırken; nitrit azotuna bağlı olarak Nitrobacterler çoğalmaktadır. Nitrosomonasların amonyak azotunu nitrit azotuna yükseltgediği adım hız kısıtlayıcı adımdır. Denitrifikasyon, organik karbonun hem karbon hem enerji kaynağı olarak kullanıldığı, nitratın elektron alıcısı olarak görev yaptığı, anoksik yani moleküler oksijenin olmadığı koşullarda gerçekleşen bir prosestir. Bu proseste heterotrof mikroorganizmalar görev almaktadır. Denitrifikasyon bakterileri ortamda amonyak bulunmaması durumda sentez reaksiyonlarında kullanılması amacıyla nitrat azotunu amonyak azotuna indirgeyebilecek enzimatik sisteme sahiptir. Evsel atıksularda azot genellikle yükseltgenmiş formdadır. Bu yüzden organik azot ve amonyak azotu öncelikle nitrit veya nitrata oksitlenmelidir. Bu durum denitrifikasyon prosesi öncesinde nitrifikasyon prosesinin gerçekleştiğini göstermektedir. Denitrifikasyon kinetiğine etki eden üç ana proses vardır. Bunlar çoğalma prosesi, partiküler organiklerin hidrolizi ve içsel solunum olarak belirtilebilir. Denitrifikasyon hızı, çoğalma prosesi boyunca gözlemlenen spesifik nitrat tüketim hızı olarak ifade edilmektedir. Bu tez çalışması kapsamında İBAAT1 ve İBAAT2 İleri Biyolojik Atıksu Arıtma Tesislerinin atıksu KOİ fraksiyonlarının ve denitrifikasyon hızlarının belirlenmesi amacıyla her iki tesisten de kış ve yaz dönemlerine ait kompozit numuneler alınmıştır. Alınan giriş atıksuyu ve çamur örnekleri üzerinde aerobik ve anoksik koşullarda respirometrik deneyler gerçekleştirilmiştir ve deneysel sonuçlar kullanılarak modelleme çalışmaları yürütülmüştür. Atıksu arıtma tesislerinin tasarımı ve hesaplamaları biyolojik olarak ayrışabilen organik madde üzerinden gerçekleşmektedir. Bu yüzden KOİ fraksiyonlarının belirlenmesi gerekmektedir. KOİ fraksiyonları, laboratuvar ortamında heterotrofik bakterilerin solunumunu ölçen respirometrik deneyler ve modelleme çalışmaları ile belirlenebilir. Yaz döneminde tesislerde ölçülen çözünmüş inert KOİ'nin toplam atıksu KOİ değerine oranının %4-9,8 olduğu görülmektedir ki bu değerler literatür ile uyumlu bulunmuştur. spesifik çoğalma hızı ve yarı doygunluk sabitinin literatürde 2,0-6,6 gün-1 ve 3-20 mg/L olarak verilen aralıklarıyla uyumlu olduğu saptanmıştır (İnsel ve diğ., 2021). Bunun yanı sıra literatür aralığı 1,5-4,7 gün-1 olarak verilen maksimum yavaş ayrışan KOİ'nin hidroliz hızları kh2 'nin de bu aralıkta kaldığı görülmektedir (İnsel ve diğ, 2021). Kış döneminde spesifik çoğalma hızı ve yarı doygunluk sabitinin literatürde 2,0-6,6 gün-1 ve 3-20 mg/L olarak verilen aralıklarıyla uyumlu olduğu saptanmıştır. Bunun yanı sıra literatür aralığı 1,5-4,7 gün-1 olarak verilen maksimum yavaş ayrışan KOİ'nin hidroliz hızları kh2 'nin de bu aralıkta kaldığı görülmektedir (İnsel ve diğ, 2021). Anoksik koşullarda giriş atıksuyunun KOİ bileşenlerine ve aktif çamur sisteminin kinetiğine bağlı olarak oksitlenmiş azotun kullanımı farklı hızlarda gerçekleşmektedir. Literatürde hesaplanan denitrifikasyon hızları geniş bir aralıkta verilmektedir. Bu çalışmada incelen iki tesisin denitrifikasyon hızlarının birbirine yakın değerde olduğu saptanmıştır. Elde edilen veriler literatür ile karşılaştırıldığında İBAAT1 ve İBAAT2 için K1 değerinin literatür aralığında kaldığı görülmektedir.
-
ÖgeKentsel katı atık düzenli depolama tesisi sızıntı suyunda Yarrowia lipolytica'nın çoğaltılması(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022) Karşit, Sare ; Altınbaş, Mahmut ; 775676 ; Çevre Bilimleri, Mühendisliği ve Yönetimi Bilim DalıDünya'da her yıl iki milyar tondan fazla katı atık üretilmektedir. Artan nüfus ve yaşam standartları arasındaki dengenin sürdürülebilir bir seviyede tutulabilmesi, toplulukların refahı ve çevresel sağlığımız için üretilen katı atığın bertaraf, geri dönüşüm ve kazanım süreçleri büyük önem taşıyan konulardan biridir. Kentsel katı atık yönetimi, geri dönüşüm, yakma, atıktan enerjiye dönüştürme, kompostlaştırma veya düzenli depolama yöntemlerini içermektedir. Dünya çapında birçok belediye tarafından katı atık bertarafı için en çok tercih edilen yöntem düzenli depolamadır. Katı atık düzenli depolama sahalarında, atıkların sahip olduğu nem oranı ve lokasyon etkisi ile depolama alanına düşen yağış miktarına bağlı olarak sızıntı suyu oluşumu görülmektedir. İçeriğinde çözünmüş organik maddeler, inorganik bileşikler, krom (Cr3+), nikel (Ni2+), bakır (Cu2+), çinko (Zn2+), kadmiyum (Cd2+), cıva (Hg2+) ve kurşun (Pb2+) gibi ağır metaller ve ksenobiyotik organik bileşikleri barındırması sebebi ile çevresel açıdan büyük ölçüde problem oluşturan sızıntı suyunun arıtılması gerekmektedir. Günümüzde enerjinin sürdürülebilir yöntemler ile elde edilmesi ihtiyacı her geçen gün artmaktadır. Son on yılda, mevcut enerji talebini karşılamak ve aynı zamanda çevresel bozulmayı azaltmak amacıyla biyokütle bazlı biyoyakıtların üretimine olan ilgide büyük bir artış olmuştur. Daha önceleri, biyodizel üretimi için bitkisel yağlar ve hayvansal yağlar kullanılmasına karşın günümüzde mikroorganizmalardan elde edilen lipid gibi yenilenebilir kaynaklar, gelişen biyodizel endüstrileri için büyük ilgi görmektedir. Hammadde maliyetini en aza düşürmek amacıyla farklı çalışmalar yürütülmektedir. Farklı atıksu kaynaklarında yapılan önceki çalışmalara göre, Y. lipolytica lipid depolama özelliğine göre en çok tercih edilen mikroorganizma türüdür. Bu çalışmada, Y. lipolytica'nın sızıntı suyunda yetiştirilerek maksimum büyümesinin sağlanması amacıyla optimum ortam koşullarının belirlenmesi ve aynı zamanda sızıntı suyunun kirlilik gideriminin sağlanması amaçlanmıştır. Genellikle biyolojik arıtma sistemlerinde gözlendiği gibi fosfor limitasyonu biyolojik çoğalmanın kısıtlayıcı olduğu bir konudur. Y. lipolytica'nın mikrobiyal büyümesinde de fosfat limitasyonuna rastlanması sebebiyle bu çalışmada sızıntı suyu ortamına fosfat ilavesinin etkileri incelenmiştir. Y. lipolytica, mikrobiyal büyümesi için optimum ortam şartlarının belirlenmesi amacıyla fosfat kaynağı olarak H3PO4 ve K2HPO4 ilaveli/ilavesiz ve maya özütü ilaveli/ilavesiz farklı konsantrasyonlarda sızıntı suyu içeren besi yerlerinde yetiştirilmiştir. Ek olarak, sızıntı suyunda bulunan kirleticilerin giderim verimleri de değerlendirilmiştir.
-
ÖgeKüçüksu atıksu ön arıtma tesisi ileri arıtma alternatiflerinin değerlendirilmesi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023) Karataş, Fatma Nur ; Özgün Karahan , Özlem ; 790936 ; Çevre Mühendisliği Ana Bilim DalıSınırlı bir kaynak olan su, nüfüs artışıyla birlikte artan kentleşme ve endüstrileşme sonucu, hızla tüketilmektedir. Bu tüketimle birlikte atıksuların doğrudan doğal ortamlara verilmesi çeşitli sağlık ve çevre problemlerine yol açmaktadır. Mevcut su kaynaklarının korunması için kirlenmelerinin önüne geçilmesi ve verimli bir şekilde kullanılması gerekmektedir. Dahası atıksuların arıtılıp su kaynaklarına deşarj edilmesinin önüne geçilerek, yeniden kazanılması gerekmektedir. İstanbul gibi kentleşmenin yüksek olduğu bir şehirde klasik arıtma sistemleri için gerekli olan alan ihtiyacı karşılanamamaktadır. Bu nedenle atıksuların aerobik granüler çamur ve membran biyoreaktör gibi daha az alan ihtiyacı olan yöntemlerle arıtılıp hatta geri kazanılması su kaynaklarının geleceği açısından önem arz etmektedir. Bu kapsamda Küçüksu Atıksu Ön Arıtma Tesisi detaylıca tanıtılarak evsel atıksuların arıtıldığı klasik sistemler açıklanmış ve bu sistemlere alternatif olan prosesler araştırılmıştır. Aerobik granüler çamur prosesi, özellikleri, granül oluşumu ve mekanizması, bunları etkileyen faktörler açısından araştırılmış ve dünyada uygulanan tam ölçekli çalışmalardan örnekler sunulmuştur. Küçüksu Atıksu Ön Arıtma Tesisi'ne gelen atıksuyun, aerobik granüler çamur prosesine göre tasarımı yapılmıştır. Tesis için gerekli olan alan ihtiyacının 11.520 m2 olduğu ve bu ihtiyacın tesisin yanında bulunan 37410 m2'lik alandan karşılanabileceği görülmüştür. Membran biyoreaktörler hakkında türleri, konfigürasyonları, membran türleri ve sistemleri hakkında bilgiler verilmiş ve avantaj ve dezavantajları araştırılmıştır. Tam ölçekli işletilen membran biyoreaktörler örnek olarak sunulmuştur. Günlük debi ve kirletici parametrelerine göre Küçüksu Atıksu Ön Arıtma Tesisi'ne gelen atıksuyun tasarımı yapılmıştır. Tesis için gerekli olan alan ihtiyacının 21.500 m2 olduğu ve gerekli olan alan ihtiyacının tesisin yanında bulunan alandan karşılanabileceği görülmüştür. Alan ihtiyacı ile birlikte iyi kalitede çıkış suyunun membran sistemlerle elde edilebileceği görülmüştür. Dahası laboratuvar ölçekli entegre sistem çalışmalarından örnekler verilmiştir ve bu entegre sistemlerin atıksuların yeniden kullanılabilmesi açısından önemli olduğu ve proseslerin verimini arttırdığı görülmüştür. Sonuç olarak, bu tez kapsamında Küçüksu Atıksu Ön Arıtma Tesisi için uygun olan proses olarak Aerobik Granüler Çamur ve Membran Biyoreaktör prosesleri belirlenmiştir. Bu proseslere göre tasarımları ve değerlendirilmeleri yapılmıştır.