FBE- Çevre Mühendisliği Lisansüstü Programı - Doktora

Bu koleksiyon için kalıcı URI

http://hdl.handle.net/11527/23

Gözat

A comparative evaluation of anaerobic treatment of low strength wastewaters at mesophilic and psychrophilic temperatures

(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2005) Gömeç, Çiğdem Yangın ; Eroğlu, Veysel ; 166666 ; Çevre Mühendisliği ; Environmental Engineering

Havasız arıtma orta ve yüksek kirlilik yüklerine sahip atıksularda yıllardan beri uygulanmaktadır. Son yıllarda, seyreltik atıksulann yüksek hızlı anaerobik sistemler ile antılabilirliklerinin fizibilitesi değerlendirilmektedir. Bu sebeple, anaerobik arıtma seyreltik endüstriyel atıksularda uygulanmaya başlanmış olup hatta evsel atıksulann bile belirli koşullar altoda havasız antılabilirliklerinin gerçekleştirilebileceği düşünülmektedir. Uygulamadaki kolaylıklan, düşük ilk yatırım ve işletme maliyetleri ve çeşitli atıksulann antımlanndaki uzun süreli deneyimlerden dolayı, evsel atıksulann anaerobik antımında en uygun sistemlerin yukan akışlı çamur yataklı (YAÇY) reaktörler olduğu düşünülmektedir. Son yıllarda farklı sıcaklık değerlerinde yapılan birçok araştırma, uygun proses tasarımı seçildiği takdirde, sıcaklık parametresinin havasız antma uygulamalarında kısıtlayıcı bir faktör olmadığını göstermiştir. Organizmalar istenilen sıcaklık değerlerine adapte edilirlerse, reaktörlerin psikrofüik (düşük sıcaklıklarda yaşayabilen) şartlar altında dahi işletilebilecekleri ve psikrofüik havasız antmanın, orta ve düşük sıcaklıklarda deşarj edilen atıksular için çok uygun bir alternatif olabileceği belirtilmektedir. Genelde evsel atıksulann deşarj edildikleri sıcaklık değerleri 35°C'nin altında olduğu için, mezofilik havasız antma sırasında ısıtma ihtiyacı duyulmaktadır. Bu sebeple, düşük sıcaklıklarda (10-20°C) işletilebilen havasız antma sistemleri çok daha düşük antma maliyetlerine olanak sağlayabilirler. Bazı dezavantajlan olmasına rağmen, düşük sıcaklıklara sahip seyreltik atıksulann ilave ısıtma ihtiyacı göstermeyerek antılmalan, ilk yatınm ve işletme maliyetlerini ve enerji ihtiyaçlanm önemli ölçüde azaltmaktadır. Havasız çürütme proseslerinde iki önemli metanojen tür olan Methanosaeta ve Meihanosarcina, esas olarak asetatı kullanarak metan üretimini sağlarlar. 16S rRNA/DNA esaslı mikrobiyolojik tanımlama teknikleri, son yıllarda, birçok antma sistemlerinde bulunan mikroorganizmalann tesbit ve incelenmesinde uygun bir yöntem olmaktadır. Mikrobiyolojik tanımlama teknikleri arasında en fazla kullanılan Floresan yerinde hybridizasyon (FISH) tekniği ile anaerobik sistemlerde bulunan mikrobiyolojik popülasyonlar tanımlanabilmektedir. Atıksulann havasız antılmalan sırasında baskın bakteri floralarının ve büyüme hızlarının seçimi sırasında göz önüne alınması gereken en önemli parametrenin işletme sıcaklığı olduğu belirtilmektedir. Sıcaklığın metanojen aktiviteleri üzerinde önemli etkileri olduğu için, sistem içersinde en uygun işletme sıcaklığının sağlanması gerekmektedir. xvı Çalışmanın amacı düşük kirlilik yüklerine sahip seyreltik atıksularm, düşük sıcaklık şartlarında yüksek hızlı YAÇY reaktör ile havasız antılabilirliklerinin değerlendirilmesi ve ilave ısıtma ihtiyacı göstermemesinden dolayı işletme maliyeti açısından daha ekonomik bir alternatif olarak incelenmesidir. Bu çalışmada, biri mezofilik (35±2°C), diğeri ise psikrofilik (10±1°C) sıcaklık şartlarında işletilmiş iki adet laboratuvar ölçekli YAÇY reaktör önce evsel atıksuyu karakterize eden sentetik atıksu ile, daha sonra ham evsel atıksu ile beslenmiştir. Her iki reaktördeki baskın mikrobiyolojik türler FISH tekniği kullanılarak konfokal tarayıcılı lazer mikroskopu (CSLM) ile tanrmlanmıştır. Deneysel çalışma süresince, mikrobiyolojik çeşitlilikteki değişim ve granül çamur yapılarında meydana gelen farklılıklar araştırılmıştır. Böylece seyreltik atıksularm farklı sıcaklıklarda antıldığı yüksek hızlı havasız reaktörlerin performansları, konvansiyonel izleme parametrelerinin yanında mikrobiyolojik çeşitlilik incelenerek değerlendirilmiştir. Sonuçlar, sentetik atıksu arıtımında ll°C'de (psikrofilik) ve 2 kgKOİ/m3.gün'lük organik yükleme hızı (OYH)'nda %82'lere varan ortalama KOİtop giderimi göstermiştir. Aynı organik yükleme hızında 35°C'deki (mezofilik) ortalama KOİtop giderimi ise %90 olarak bulunmuştur. Diğer taraftan, ham evsel atıksuyun antıldığı mezofilik ve psikrofilik YAÇY reaktörlerde elde edilen ortalama KOİtop giderimleri OYH=0.7 kgKOİ/m3.gün'de sırasıyla %49 ve %35 olarak gözlenmiştir. Ham evsel atıksuyun arıtılması sırasındaki düşük giderim verimlerine, numune alma döneminde kanalizasyon sistemine verilen deniz suyundan kaynaklanan seyrelmenin sebep olduğu düşünülmektedir. 16S rRNA-odaklı oligonükleotid problar, havasız sistemlerin mikrobiyolojisi hakkında etkili sonuçlar vermiş ve her iki granül çamurunda, Methanosaeta (MX825) türünün baskın tür olduğu gözlenmiştir.
A new oxygen model for mineralization and nitrification in aerobic suspended culture systems

(Fen Bilimleri Enstitüsü, 1995) İlhan, Rasim ; Gönenç, İ. Ethem ; 46539 ; Çevre Mühendisliği ; Environmental Engineering

Evsel ve endüstriyel atıksulann mineralizasyon ve nitrifikasyonunda genel olarak havalı askıda askıda kültür sistemleri uygulanır. Havalı biyolojik arıtma tesislerinin ana kısmını havalandırma oluşturmakta ve genelde enerjinin en fazla kullanıldığı ünitedir. Mekanik havalandırıcılar veya hava üfleyiciler yardımı ile havalandırma tankı içine verilen hava içindeki oksijen veya doğrudan verilen oksijen organik substratlann bio- oksidasyonu, hücrelerin içsel solunumu ve amonyak azotunun nirrifikasyonu için kullanılmaktadır. Havalı biyolojik arıtma proseslerinin tipik konfigürasyonlan biri ile diğeri arasında farklılık göstermesine rağmen, herbir prosesin performans değerlendirmesinde prosesin geniş aralıklarda değişen işletme şartlan altında enerji kullanımı ile organik madde giderim verimi arasında kantitatif ilişki kurmak gerekir. Mineralizasyon ve nitrifikasyon için havalı askıda kültür sistemler kullanan biyolojik ahksu arıtma tesisinin dizaynı sırasında, proses seçimi kadar havalandırma sisteminin konfigürasyonuda önemlidir. Havalandırma sisteminin konfigürasyonu için belirleyici ana etkenler oksijen transferinin gerçekleşeceği havalandırma tankı reaktör tipi ve oksijen transferini gerçekleştirecek havalandırıcı ekipmanların fiziksel boyutları ile işletme sırasındaki gerçek verimleridir. Minerilizasyon için havalı askıda kültür sistemler kullanan konvansiyonel aktif çamur prosesi ile dizayn edilen biyolojik bir atıksu arıtma tesisinin tam karışımlı reaktör modelindeki havalandırma tankı, dizayn sırasında uygun boyutlarda gözükmesine rağmen, tank içindeki sıvı faza oksijen transferi sağlayacak mekanik havalandırıcıların ve/veya tank tabanına döşenecek difuzörlerin toplam sayısı, dizayn edilen su derinliği için yetersiz veya fazla olabilmektedir. Bu durum,dizayn sırasında havalandırıcı ekipmanlarının muhafazakar şekilde dizaynı ile aşılmaya çalışılmakta, ancak tesisin işletilmesi sırasında, öngörülen çıkış suyu kalitesi standartları sağlanmakla birlikte, birim kullanılan enerji başına giderilen organik madde miktarı düşük,bu nedenle tesis ekonomik işletme olmaktan uzaklaşmaktadır. XVI Minerilizasyon için havalı askıda kültür sistemler kullanan konvansiyonel aktif çamur prosesi ile dizayn edilen bir biyolojik atıksu arıtma tesisinin piston akımlı reaktör modelindeki havalandırma tankı, dizayn sırasında uygun boyutlarda gözükse bile oksijen transferini sağlayacak ekipmanların fiziksel boyutları ve/veya sayısı, dizayn edilen su derinliğindeki tank yüzey alanı veya tank taban alanına sığmamaktadır. Diğer taraftan, havalandırma tanla girişinde birim mikroorganizma kütlesi başına organik madde yüklemesinin fazla olması nedeniyle, havalandırma tankının bu kısımlarında, sıvı fazdaki çözünmüş oksijen konsantrasyonları hızlı oksijen kullanımı nedeniyle kritik hale gelip havasız ortamların oluşmasına neden olmaktadır. Böyle durumlar; tesisin işletilmesinde kontrol zorluklan getirmesi yanında tesis de verim düşüklüğü, çıkış su kalitesi standartlarının sağlanamaması şeklinde kendini göstermektedir. Rasyonel olarak dizayn edilmiş bir arıtma tesisinden işletme sırasında meydana gelebilecek dalgalanmalara cevap vermesi beklenir. Bu dalgalanmalar atiksu akımı ve bu akım içindeki kitletici konsantrasyonların da değişimler şeklinde ortaya çıkmaktadır. Atiksu akımındaki dalgalanmalar gerekli savak yapılan veya kontrol ekipmanlan ile önlenebilmekte ancak akım içindeki kirletici konsantrasyonlanndaki artış veya azalmalar doğrudan prosesi ve proses kontrol parametrelerini olumsuz yönde etkilemektedir. Bu etkilerden biri, havalandırma tankına oksijen sağlayan ekipmanların yetersiz kalması veya gereğinden fazla enerji kullanmaları şeklinde sonuçlanmaktadır. Havalandırma tankı girişinde dizayna esas alınan atıksu kirletici konsantrasyonun yüksek, oksijen transferini sağlayan ekipmanların yetersiz kalarak sıvı faz çözünmüş oksijen konsantrasyonunun kritik değer altına düşmesi halinde ise; sistem çıkışında arıtılmış su kalitesi öngörülenden yüksek, dolaysıyle giderim verimi düşmekte, buna bağlı etkileşim çöktürme tankında çamur yükselmesi şeklinde ortaya çıkmaktadır. Havalandırma tankı girişinde dizayna esas kirletici konsantrasyonunun düşük, oksijen temininin gerekenden fazla olması halinde ise gereksiz şekilde fazladan enerji kullanılmış olmakta, bu gibi durumlar megawatt/saat mertebesinde enerji kullanan arıtma tesisleri için büyük önem taşımaktadır. Atiksulann konvansiyonel veya ileri antımı için oluşan maliyetlerin önemi; bir tarafta su kalite kriterleri düzenli olarak sağlanırken, diğer tarafta her türlü anlamdaki maliyetlerin azaltılmasına yönelik tedbirlerin alınması için de belirleyici olmasıdır. Günümüzde biyolojik atıksu arıtma proseslerine optimum enerji kullanımı ile ilgili getirilen geniş kavram, birim enerji kullanımına karşı giderilen BOD miktarı olarak tanımlanmaktadır. xvii Havalı Askıda Kültür Sistemlerde Minerilizasyon ve Nitrifikasyon için Yeni Oksijen Modeli adlı bu çalışmada, mineralizasyon ve nitrifikasyon prosesi sırasında organik madde yüklemesi F/M, organik madde giderim verimi £, aktif çamur konsantrasyonu Xmlss gibi tesisin dizayn ve işletme parametrelerine bağlı olarak, havalandırma tankı içinde küresel formdaki değişik flok çaplan için sıvı fazdaki kritik çözünmüş oksijen konsantras yonlan CLk geliştirilen model çerçevesinde verilmiştir. Birinci bölümde çalışmanın amaç ve kapsamı, anlam ve önemi açıklanmıştır. İkinci bölümde havalı askıda kültür sistemler için oksijen gereksinimi ve oksijen temini üzerinde literatürde daha önce yapılmış çalışmalar verilmiştir, özellikle, oksijen transfer mekanizması, oksijenin aktif çamur ve floklar içinde difüzyonu, mineralizasyon ve nitrifikasyon üzerinde çözünmüş oksijenin etkileri ile aynca, oksijen temini, oksijen kütle transferi, karıştırma ve havalandırma prosesi için oksijen transfer düzeltme faktörleri ve girişimler ayrıntılı olarak verilmiştir. Üçüncü bölümde, mikrobiyolojik yapılar için literatürde daha önce yapılmış difüzyon modelleri tarihi gelişimi içinde incelenmiştir. Literatürdeki modelleme çalışmalarında yapılan genel kabuller; biyolojik yapıların değişik geometrik şekilleri için biyolojik yapının dış yüzeyinden iç kısmına oksijen ve/veya substrat transferinin konsantrasyon farkı ve difüzyon ile gerçekleştirildiklerini, havalı askıda kültür sistemler ile çalışan aktif çamur proseslerinde mikrobiyolojik yapıların genelde küresel formda floklar olarak ele alındığı gözlenmiştir. Model çalışmalarında, difüzyon mekanizması altında oksijenin önce sıvı faz sonra sıvı fazdan flokların içine olduğu, oksijen ve değişik sübstratlar için deneysel çalışmalardan elde edilen difüzyon katsayıları arasında farklılıklar bulunduğunu göstermiştir. İncelenen model çalışmalarından birinde, aktif çamurun yoğunluk, porosite, spesifik yüzey alanı, ortalama pore çapı ile ilgili yapılmış deneysel çalışma sonucuna göre aktif çamur ile kalınlaştınlmış aktif çamur için aynı diffîisivite katsayısının verildiği görülmüştür. Dördüncü bölümde, bu çalışmanın konusu olan havalı askıda kültür sistemlerde mineralizasyon ve nitrifikasyon için yeni oksijen modeli ve modelin dayandığı esaslar verilmiştir. Modelleme çalışmasında kullanılan tek bir flok'un geometrik gösterimi, yapılan kabuller ve sınır şartlan açıklanmıştır. Havalı askıda sistemlerde mineralizasyon ne nitrifikasyon için yeni oksijen modelinde, mineralizasyon ve nitrifikasyon için 0. mertebe reaksiyonda reaksiyon hızlan tanımı yapılmıştır. Flok içinde oksijenin reaksiyon hız sabiti ko, atiksu kirletici parametrelerinden kimyasal oksijen ihtiyacı (COD) ve biyokimyasal oksijen ihtiyara (BOD) ve amonyak azotu için ayn ayn verilmiştir. Oksijen transfer mekanizmasında ana rol oynayan flokların biyolojik mikroorganizma kütlesinden oluştukları hesaba katılarak, xviii bunun doğal sonucu oksijen reaksiyon hız sabiti ko ile olan doğrudan ilgisi, organik madde yüklemesi F/M, substratm giderim verimi £, ve aktif çamur konsantrasyonu Xmlss ile BOD ve azot için oksijenin stokiyometrik kullanım oranlar v terimleri birlikte ele alınarak 0. derece reaksiyon mertebesinde, aktif çamur floklarının oksijen kullanım hızı rf mineralizasyon için; rf = [v(U(F/M)]BODX] MLSS nitrifikasyon için, rf= [[v (SXF/M)]^ vn (g) (F/M)]^.N] X, MLSS şeklinde verilmiştir. Havalı askıda kültür sistemlerde mineralizasyon ve nitrifikasyon için biyolojik anksu arıtma tesisi havalandırma tankı içinde sıvı fazdaki kritik çözünmüş oksijen konsantrasyonları oksijen transferinin difüzyon mekanizması altındaki flok çaplan, proses dizayn ve kontrol parametreleri ile olan ilgili model denklemleri ise mineralizasyon için ; 1 1 d2 CkL=[ + ] [v® CF/MÖİbcd Xmlss 3E>l 6Df 4 nitrifikasyon için, 1 1 d2 ckL=[ - + - ] - [(v^cf/n^^+^xf/ivdK* 3Dl 6Df 4 MLSS şeklinde verilmiştir. xıx Beşinci bölümde, mineralizasyon ve nitrifikasyonda kullanılan model sabitleri literatür çalışmaları dikkate alınarak tablo halinde verilmiştir. Model içinde kullanılan sabitler; mineralizasyon ve nitrifikasyonda oksijenin stokiyometrik kullanım oranlan v = 0.84 kgOa/kgBOD, vn= 4.20 kg02/kgN, aktif çamur karışımında oksijenin difîizyon katsayısı 2.1xl0"9 m2/san, flok içinde oksijenin difîizyon katsayısı 0.74 10"9 m2/san alınmıştır. Mineralizasyon sırasında biyolojik atiksu antma tesisi havalandırma tankı aktif çamur ortamında, dizayn ve işletme parametrelerinin değişik değerlerine karşı hesaplanan kritik çözünmüş oksijen konsantrasyonunun aldığı değerler tablo ve şekillerle verilmiştir. Sistemde mineralizasyondan nitrifikasyona geçiş şartlan ile değişik BOD konsantrasyonlarına karşı hesaplanan amonyak azotu değerleri ayn tablo ve şekil ile verilmiştir. Bu bölümde son olarak, model çerçevesinde öngörülen mineralizasyondan nitrifikasyona geçiş ile nitrifikasyon prosesinde belirli işletme şartlan altında belirli flok çapı için hesaplanan kritik oksijen konsantrasyonunun aldığı değerler konunun önemini vurgulamak için ayrı bir tablo ve şekil ile gösterilmiştir. Son bölümde, sonuçlar ve tartışma sunulmaktadır.
Aerobik sistemlerde proses stokiometrisi ve kinetiğinin respirometrik olarak değerlendirilmesi

(Fen Bilimleri Enstitüsü, 1997) Çokgör, Emine Ubay ; Orhon, Derin ; 66403 ; Çevre Mühendisliği ; Environmental Engineering

Biyolojik arıtma sistemlerinin seçimi ve tasarım parametrelerinin belirlenmesi; hem arıtma performansı hem de arıtma tesisinin ilk yatırım ve işletme maliyetleri açısından önem taşımaktadır. Doğru sistem seçimi ve tasarımı ise ancak doğru saptanmış atıksu karakterizasyonu ve arıtılabilirlik verilerine dayandırılarak gerçekleştirilebilir. Aktif çamur sistemlerinde ki son gelişmeler özellikle çok bileşenli modelleme yaklaşımları ve buna bağlı olan atıksu karakterizasyonu ve arıtılabilirlik kavramlarında kendini göstermektedir. Evsel atıksular için tanımlanmış ve denenmiş olan yeni yaklaşımlar bu çalışma kapsamında, evsel ve tarıma dayalı endüstriyel atıksulara uygulanmıştır. Bu çalışmanın amacı; dönüşüm oranının belirlenmesine yönelik bir yöntemin tanımlanması, evsel ve endüstriyel atıksularda çok bileşenli modellemeye imkan verecek karakterizasyon yaklaşımı içinde, yeni verilerin oluşturulması, sistem bileşenleri, stokiyometrik ve kinetik sabitlerin belirlenmesidir. Birinci bölümde, çalışmanın önemi üzerinde durulmuş, çalışmanın amaç ve kapsamı tanımlanmıştır. İkinci bölümde, geniş bir literatür araştırması ile aktif çamur sistemlerinde karbon giderimi açısından önemli olan bütün süreçler incelenmiş ve bu süreçler için verilmiş olan sistem bileşenleri, stokiometrik ve kinetik sabitler gözden geçirilerek, konu hakkında yapılmış çalışmalarla ilgili bilgi verilmiştir. Üçüncü bölümde, dönüşüm oranının belirlenmesine yönelik bir yöntemin tanımlanması ve bu yöntemin evsel ve endüstriyel atıksulara uygulanması verilmiştir. Dördüncü bölümde, yürütülen deneysel çalışmanın düzeni ve analiz yöntemleri açıklanmıştır. Beşinci bölümde, evsel ve endüstriyel atıksularda elde edilen deneysel sonuçlar detaylı olarak verilmiştir. Altıncı bölümde, çok bileşenli içsel solunum yaklaşımı yardımı ile model bileşenlerinin, Oksijen Tüketim Hızı profillerine etkisi araştırılmış, elde edilen deneysel bulgular ve modelleme yardımı ile seçilen evsel ve endüstriyel atıksularda kh, Kx ve Ks kinetik sabitlerin belirlenmiş ve modifiye edilmiş çok bileşenli içsel solunum yaklaşımının gerekliliği üzerinde durularak ve söz konusu model yardımı ile kh, khs, Kx ve Kxx kinetik sabitleri bulunmuştur. Yedinci bölümde, deney verilerinin atıksu bazında değerlendirilmesi yapılarak, bulgular literatür ile karşılaştırılmıştır. Sekizinci bölümde, sonuçlar ve öneriler tartışılmıştır.
Afyon alkaloidleri endüstrisi atıksularının biyolojik prosesler ve fentom oksidasyonu ile arıtım

(Fen Bilimleri Enstitüsü, ) Aydın, Ali Fuat ; Sarıkaya, Hasan Z. ; Çevre Mühendisliği ; Environmental Engineering

Bu çalıpmanın amacı, yüksek oranda çözünmüp KOI ye sahip haphap alkaloidleri endüstrisi çıkıp atıksuları için ileri arıtma alternatifi olarak biyolojik arıtma ve Fenton oksidasyonunun uygulanabilirliğini araptırmaktır. Deneysel çalıpmalarda afyon alkaloidleri endüstrisinden kaynaklanan atıksular kullanılmıptır. Çalıpmanın ilk apamasında, atıksu karakterizasyonu belirlenerek istatistiksel değerlendirmesi yapılmıptır. Ikinci apamada, ham atıksu laboratuvar ölçekli bir havasız biyolojik arıtma reaktörüne (HÇYR) verilmip, bunu takiben HÇYR çıkıp suyu kalan substratın giderimi için laboratuvar ölçekli havalı ardıpık kesikli diğer bir reaktöre (AKR) beslenmiptir. 825 gün süreyle ipletilen HÇYR için çoklu substrat modeline ait kinetik katsayılar çıkarılmıp, ayrıca organik yüke bağlı olarak olupabilecek KOI giderimi ve biyogaz miktarını veren kinetik ifadeler elde edilmiptir. Havasız reaktörde gözlenen ekstrem zehirlilik için prosesten gelebileceği tahmin edilen kimyasal maddelerin inhibisyonu spesifik metan aktivite deneyi ile incelenmip, inhibisyon öncesi ve sonrasında havasız çamurun aktivitesindeki değipim belirlenmiptir. Biyolojik arıtılabilirlik deneylerinden elde edilen bulgular, alıcı ortama deparj standartları açısından ilave arıtma gereğini ortaya koymuptur. Aynı endüstri atıksuları üzerinde literatürdeki fiziko-kimyasal ve kimyasal oksidasyon çalıpmalarında KOI giderme verimlerinin çok düpük olduğu da gözönüne alınarak, çalıpmanın üçüncü safhasında biyolojik arıtma çıkıp sularına, ileri arıtma alternatifi olarak Fenton oksidasyonu uygulanmıptır. Gerçek ipletme kopulları dikkate alınarak havasız reaktörün besleme suyunun seyreltmesi AKR çıkıp suyu ile yapılmıp ve baplangıç KOI sinin %1.6-2 sini olupturan ve biyolojik arıtmadan gelen mikrobiyal ürünlerin de bulunduğu bu çıkıp suyu kullanılarak Fenton oksidasyonu çalıpmaları tamamlanmıptır. 600 mg/l FeSO4 ve 200 mg/l H2O2 optimum dozlarında Fenton oksidasyonu ile, çıkıp suyundaki KOI de %87, renkte ise %95 giderim sağlanmıptır.
Akrilik Ve Polyamid Elyaf Esaslı Halı Terbiyesi Atıksularının Karakterizasyonu Ve Biyolojik Arıtılabilirliği

(Fen Bilimleri Enstitüsü, ) Yıldız, Günay ; Orhon, Derin ; Çevre Mühendisliği ; Environmental Engineering

Akrilik ve polyamid elyaf esaslı halı işlem ve üretiminden oluşan atıksuların biyolojik arıtılabilirliğini değerlendiren bu çalışma, farklı atıksu akımları ve kompozit çıkış sularının detaylı karakterizasyonu, kinetik tanımlaması ve respirometrik modellemesini içermektedir. Polyamid elyaf esaslı halı üretimi atıksuyunun ortalama KOİ’si 1675 mg/l olup 1450-1900 mgKOİ/l aralığında değişirken, akrilik elyaf esaslı halı üretimi için ise ortalama 1090 mg/l olup 775-1440 mg/l aralığında değişmektedir. KOI fraksiyonları; polyamid elyaf boyama ve akrilik elyaf boyama için sırasıyla %80-90 ve %45 oranında çözünmüş formda, çok az bir kısmı biyolojik olarak kolay ayrışabilen ve hemen hemen tamamı yavaş ayrışabilir formda olan organik madde varlığını göstermektedir. Polyamid ve akrilik elyaf boyama proses atıksularının respirometrik değerlendirmeleri çerçevesinde, ikili hidroliz mekanizması her iki atıksu akımındaki biyolojik olarak yavaş ayrışan çözünmüş fraksiyonu en iyi şekilde tanımlamaktadır. Çözünmüş KOİ’nin büyük bir kısmını karakterize eden çok düşük hidroliz hız katsayıları, biyolojik sistemlerin dizaynında ilginç farklılıkları beraberinde getirmektedir. Sürekli ve ardışık kesikli aktif çamur sistemleri için çıkış suyu standartlarına en uygun dizayn uygulamaları, polyamid elyaf boyama atıksuları için 10 günlük çamur yaşında pek yaygın olmayan 3 günlük uzun bir hidrolik bekletme süresini tanımlamaktadır . Diğer yandan 3 günlük bir çamur yaşı ve 5 saatlik bir hidrolik bekletme süresinin akrilik atıksularında efektif bir KOİ giderimi sağlamak için yeterli olduğu bulunmaktadır.
Aktif Çamur Sistemlerinde Karbon, Azot Ve Fosfor Giderimi Mekanizmalarının Model Destekli Analizi

(Fen Bilimleri Enstitüsü, ) İnsel, Güçlü ; Orhon, Derin ; Çevre Mühendisliği ; Environmental Engineering

Çalışmanın ilk aşamasında, kesikli respirometrik ölçümlerle matematik model çerçevesinde atıksularda ayrışabilir organik karbon miktarının saptanması; yavaş ve hızlı ayrışma kinetiğinin teorik ve pratik tanımlanabilirliği incelenmiştir. Sistemin tanımlanabilirlik derecesini arttırmak amacı için deneyin başlangıç koşullarının optimizasyonu ve sistem tanımlanmasında karşılaşılan problemlerin parametre tahminine etkileri araştırılmıştır. İkinci aşamada, deri endüstrisi ve evsel nitelikli atıksuların arıtımında yaygın olarak kullanılan Ardışık Kesikli Reaktörlerde (AKR), organik karbon, nütrient (azot ve fosfor) giderimi mekanizmaları, arıtma performansı model destekli sistem analiziyle incelenmiş ve çıkış kalitesini iyileştirmeye yönelik optimizasyon yaklaşımı uygulanmıştır. Son aşamada, oksidasyon havuzu tipi tam ölçekli aktif çamur tesislerinde nütrient giderimi performansı ve sistem veriminin zamanla değişimi dinamik modelleme ile yorumlanmıştır.
Aktif çamur sistemlerinde substrat inhibisyonunun modellenmesi

(Fen Bilimleri Enstitüsü, 1997) Meriç, Süreyya ; Tünay, Olcay ; 68868 ; Çevre Mühendisliği ; Environmental Engineering

Bu çalışmada, endüstriyel atıksuların biyolojik arıtımında karşılaşılan temel problemlerden biri olan substrat inhibisyonu mekanizmasını açıklayan yeni bir matematik model geliştirilmiştir. Birinci bölümde, aktif çamur sisteminde substrat inhibisyonunun önemi vurgulanmış, öne sürülen modellerin bu olayı açıklamada yetersiz kalması nedeniyle yeni bir model geliştirilmesi gereği ortaya konarak çalışmanın amaç ve kapsamı açıklanmıştır. İkinci bölümde, aktif çamurda substrat giderim esasları ve kinetiği mevcut bilgiler dahilinde özetlenmiştir. Çoğalma kinetiğinin enzim mekanizması ile ilişkisi ve yaygın olarak kanlaşılan inhibisyon türleri hakkında genel bilgiler verilmiş, bu inhibisyon türleri için enzim mekanizmasından yola çıkarak oluşturulan modeller açıklanmıştır. Üçüncü bölümde, substrat inhibisyonunun tanımı yapılmış, substrat inhibisyonu ile ilgili gerek enzim mekanizması bazlı matematik modeller ile gerekse deney sonuçlarına göre en uygun eğriyi geçirme metodu uygulanarak oluşturulmuş ampirik modeller özetlenmiştir. Ayrıca, ürün oluşumu ve ürün inhibisyonu ile ilgili modeller ve çalışmalar da Özetlenmiştir. Substrat inhibisyonu ile ilgili yapılmış çeşitli deneysel veya teorik bazlı çalışmalar özetlenmiş ve değerlendirmeleri yapılmıştır. Dördüncü bölümde, aktif çamurda substrat inhibisyonunun ürün oluşum adımı ile kısıtlandığı kabulü ile oluşturulan yeni bir model tanımlanmıştır. Önerilen modelin iki aşamada teorik bazlı irdelemesi yapılmış, elde edilen sonuçlar özetlenmiştir. Beşinci bölümde, bu çalışmada önerilen modelin literatürdeki deneysel verilerden yararlanılarak kontrolü yapılmıştır. Bu kontrolde kullanılan literatür verilerinin seçim esasları ve kontrol yöntemi hakkında bilgi verilmiş, elde edilen sonuçlara göre modelin değerlendirmesi yapılmıştır. Altıncı bölümde, oluşturulan yeni modelin teorik irdeleme ve deneysel sonuçlarla karşılaştırılmasından yola çıkılarak varılan sonuçlar ve öneriler özetlenmiştir.
Aktif Çamur Sistemlerinin Modellenmesinde Substrat Depolama Kavramı

(Fen Bilimleri Enstitüsü, ) Karahan, Özlem ; Orhon, Derin ; Çevre Mühendisliği ; Environmental Engineering

Aktif çamur sistemleri için substrat depolama kavramı son dönemlerde önemli bir proses olarak kabul edilmektedir ve bu kavram aktif çamur modellemesine Aktif Çamur Modeli No.3 (ASM3) ile dahil edilmiştir. Bu çerçevede, ASM3 organik karbon ve azot giderimi için detaylı olarak incelenmiştir. Aktif Çamur Modeli No.3 (ASM3)de yer alan en önemli parametrelerden biri olan depolama dönüşüm oranının belirlenmesi için deneysel bir yöntem ortaya konmuştur. Substrat kompozisyonunun ve özellikle kültür kompozisyonunun anoksik koşullar altında gözlenen respirometrik tepkiler üerindeki etkileri ele alınmıştır. ASM3 parametrelerini hesaplamak için respirometrik kesikli deneyler bu çalışmada son derece uygun olarak kullanılmış ve modele ait önemli kinetik ve stokiyometrik katsayılar asetat için aerobik ve anoksik koşullarda başarılı bir biçimde belirlenmiştir. Gerçek durum uygulamaları ve model parametrelerinin belirlenmesi için gerçekleştirilen kesikli deneyleri daha iyi değerlendirebilmek için, ASM3 depolama ve çoğalma proseslerinin tanımları açışından modifiye edilmiştir. Aktif çamur modellemesinde hidroliz olabilen substratların ayrışma prosesleri de bu çalışma kapsamında araştırılmıştır. Bu çalışma ayrıca, partiküler yerel patates nişatası ve çözünen nişastanın model substratlar olarak kullanılması ile, yavaş ayrışan KOİ bileşeni için simültane çoğalma ve depolama kavramını da içeren uygun modelleme tekniklerini inceleyerek ve bu teknikleri ortaya koymuştur.
Aktif çamurda çoklu substrat gideriminin modellenmesi

(Fen Bilimleri Enstitüsü, 1997) Eremektar, Gülen ; Tünay, Olcay ; 66426 ; Çevre Mühendisliği ; Environmental Engineering

Bu çalışmada aktif çamur sistemlerinde çoklu substrat gideriminin incelenmesi ve değerlendirilmesi yapılarak bir modelleme yaklaşımı oluşturmak hedeflenmiştir. Birinci bölümde, aktif çamur proseslerinde çoklu substrat giderimi modellemesinin önemi vurgulanmış, çalışmanın amacı açıklanmıştır. İkinci bölümde çoklu substrat giderimi mekanizmasını açıklamak ve konu ile ilgili tanımlan ortaya koymak amaçlanmıştır. Bunun için önce çoğu fiziksel ve matematiksel olarak ifade edilmiş ve deneysel olarak geçerliği büyük ölçüde tanımlanmış kavramlara yer verilmiştir. Sonra çoklu substrat giderim mekanizması ile ilgili kavramlar açıklanarak, literatüre geçmiş çalışmalar ve geliştirilen modeller anlatılmıştır. Üçüncü bölümde, aktif çamurda giderilmesi çoğalma adımı ile kısıtlanan ve çoklu substrat gideriminin mekanizmaları cinsinden birbirleri ile etkileşimi olmayan substratlar esas alınarak oluşturulan model tanımlanmış ve irdelemesi yapılmıştır. Dördüncü bölümde, önerilen modeli değerlendirmek için yapılan deneysel çalışmalar verilmiştir. Deney çalışmaları sonucunda sistemlerin Monod sabitleri belirlenerek modele uygulanmıştır. Ayrıca önerilen modelin değerlendirilmesi önce teorik bazlı yapılmış daha sonra yapılan deney sonuçlan ile uyumluluğu belirlenmiştir. Beşinci bölümde teklif edilen model ile elde edilen sonuçların değerlendirilmesi yapılarak öneriler getirilmiştir.
Aktif çamurda çözünmüş kalıcı ürün oluşumu modeli

(Fen Bilimleri Enstitüsü, 1988) Artan, Nazik ; Tünay, Olcay ; 14073 ; Çevre Mühendisliği ; Environmental Engineering

Bu çalışmada aktif çamur sistemlerinde çözünmüş ürün oluşumu mekanizmasını da içeren bir matematik model geliş tirilmiştir. Birinci bölümde, aktif çamur sistemlerinin tasarım ve işletilmesinde model kullanmanın önemi vurgulanmış, kon- vansiyonel modellerin özellikle çıkış KOI konsantrasyonunun bulunmasında yetersiz kalması nedeniyle yeni bir model ge liştirilmesi gereği ortaya konmuştur. Çalışmanın amaç ve kapsamı açıklanmıştır. ikinci bölümde, aerobik arıtmanın temel prensipleri ele alınmış ve aktif çamur kinetiği ve stokiometrisi hak kında daha önce yapılmış çalışmalar değerlendirilmiştir. Bu bölümde özellikle aktif çamurda çözünmüş ürün oluşumu süreci üzerinde durulmuş, ürünlerin yapıları ayrıştırıla- bilirlikleri araştırılmış ve mikrobiyoloji literatüründe ürün oluşumu için verilen kinetik ifadelerin aktif çamura uygulanabilirliği tartışılmıştır. Üçüncü bölümde, aktif çamur modelleri tarihsel ge lişimi içinde ele alınmış ve her modelin vurguladığı ve ihmal ettiği konular açıklanmıştır. Dördüncü bölümde,. aktif çamurda substrat ve biyokit- le ölçümünde kullanılan parametrelerin anlamı üzerinde durulmuş ve bunların model değişkenleri olan büyüklükleri ne derece yansıttığı tartışılmıştır. Aktif. çamur modelle rinde kullanılan kinetik katsayıların hesaplanma yöntemleri ele alınmış ve bulunan sabitlerin ölçüm yöntemlerinden nasıl etkilendiği araştırılmıştır. Beşinci bölümde, bu çalışmada geliştirilen "çözünmüş kalıcı ürün oluşumu" modeli anlatılmış ve çeşitli tipteki reaktörler için belirlenen model denklemlerinin çözümü verilmiştir. Altıncı bölümde, model yardımı ile elde edilen so nuçların bir değerlendirmesi yapılmış ve son bölümde çalış mada elde edilen sonuçlar özetlenmiştir.
Aktif Çamurun Pha Depolama Yeteneğinin Ve Mikrobiyal Çeşitliliğinin Farklı İşletme Koşulları Altında Karşılaştırmalı Olarak Değerlendirilmesi

(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2010-06-10) Başak, Bertan ; İnce, Orhan ; Çevre Mühendisliği ; Environmental Engineering

Biyolojik olarak üretilen ve biyolojik olarak tümüyle ayrışabilir nitelikte poliesterler olan Polihidroksialkanoatlar (PHA) daha sürdürülebilir olduklarından, plastik dediğimiz sentetik polimerlerin yerini almaya adaydırlar. Biyoloplastiklerin yaygın olarak üretilmelerinin önündeki en büyük engel yüksek üretim maliyetleridir. Aktif çamur gibi karışık mikrobiyal kültürlere dayalı sistemler sterilizasyon gerektirmemeleri ve bakterilerin atıksu gibi karışık ve ucuz besinlere kolayca uyum sağlamaları nedeni ile bu sistemlere dayalı PHA üretimi düşük maliyetli bir olasılık olarak belirmekte ve bu konudaki araştırmalar sürmektedir. Yüksek depolama özelliğine sahip mikroorganizmaların seçilmesi, rekabet şansı yüksek bir PHA üretim sisteminin geliştirilmesi açısından hayati olduğundan, farklı zenginleştirme stratejilerinin PHA üretimine ve popülasyon dinamiklerine etkisinin anlaşılması bir zorunluluktur. Bu çalışmada, biyokütle zenginleştirmek amacıyla aerobik dinamik besleme (ADB) koşullarında üç ardışık kesikli reaktör (AKR) işletilmiş ve AKR çevrimi süresince azot varlığının popülasyon dinamiklerine ve seçilen biyokütlenin depolama yeteneğine etkisi araştırılmıştır. Reaktörlerden birinde azot daima mevcutken, diğer reaktöre beslenen sentetik atıksudaki azot konsantrasyonu, bolluk fazının sonunda karbon ile birlikte bitecek şekilde ayarlanmıştır. Üçüncü reaktör ilk defa bu çalışmada önerilen ve gecikmiş azot besleme (GAB) olarak adlandırılan bir yöntemle beslenmiştir. Azot ve karbonun bir arada bulunmalarının engellenmek istendiği bu besleme rejiminde, azot içermeyen bir sentetik atıksu reaktöre beslenmiş ve azot çözeltisi ancak reaktördeki bütün karbon kaynağı tüketildikten sonra sisteme beslenmiştir. Reaktör işletimleri sırasında biyokütlelerin polimer depolama yeteneğindeki değişimler spesifik polimer depolama hızı, substratın polimere dönüşüm oranı, depolanan polimer miktarı ve biyokütlenin polimer içeriği göz önünde bulundurularak değerlendirilmiştir. ADB koşullarında seçilen biyokütlelerin polimer depolama yeteneklerinin aşı çamurununkine göre oldukça yüksek olduğu tespit edildi. Sisteme beslenen tek karbon kaynağı asetat olduğu için beslenen substrat polihidroksibütirat (PHB) biçiminde depolanmıştır. Deney sonuçları göstermiştir ki, biyokütle zenginleştirilirken, substrat alımı sırasında reaktördeki azotun sınırlandırılması polimer depolanmasını olumlu yönde etkilemiştir. Dolayısıyla GAB’nin uygulandığı dinamik şartlarda zenginleştirilmiş olan biyokütlenin polimer içeriğinin, bu biyokütle için elde edilen dönüşüm oranı ve polimer depolama hızının azot kısıtlamalı olarak zenginleştirilen biyokütle için elde edilen değerlerden daha yüksek, azot kısıtlamasız olarak zenginleştirilen biyokütle için elde edilen değerlerden de çok daha yüksek olduğu tespit edilmiştir. Biyokütlenin türsel yapısı klon kütüphanesi ve sekans analizi ile belirlenmiştir. Farklı işletme koşullarında zenginleştirilen biyokütlenin bakteriyel popülasyonundaki değişimler ise 16S rRNA üzerine kurulu denaturan gradyent jel elektroforezi (DGJE) analizi yöntemi ile izlenmiştir. Klon kütüphanesinde mevcut türlerin %94’ünün temsil edildiği belirlenmiştir. Aşı çamurunu oluşturan bakteriyel topluluk, farklı türleri içerisinde barındıran zenginlikte ve heterojen bir yapıdadır. Proteobacteria aşı çamuru içerisindeki en baskın şubedir. Klon kütüphanesinin %14,5’i α-proteobacteria ve %53’ü de β-proteobacteria sınıflarından oluşmaktadır. Çamurda tespit edilen bakteriyel türlerin %14,5’inin Verrucomicrobiae, %13,3’ünün Bacteroidetes ve %4,8’inin de Planctomycetes şubelerine ait olduğu belirlenmiştir. Klonların %42,2’sinin en baskın şube olan β-proteobacteria’ya bağlı Rhodocyclaceae ailesinden oldukları tespit edilmiştir. AKR işletimi sırasında türlerin bağıl çokluğundaki değişimler yarı niceliksel bir yöntem olan DGJE ile belirlenmiştir. DGJE sonuçlarının istatistiksel analizi göstermiştir ki; her bir türün bağıl çokluğundaki değişiklikler önemli olmakla birlikte, tespit edilen türlerin sayısında önemi bir değişiklik gözlenmemiştir. Her bir AKR’deki bakteriyel çeşitlilikte gözlenen değişim farklılık gösterse de β-proteobacteria’nın Rhodocyclaceae ailesin’e bağlı türler özellikle de Zoogloae her üç reaktörde de sürekli baskın olmuştur. Bakteriyel topluluğun yapısındaki değişiklikler ile biyokütlenin depolama yeteneğindeki değişim arasındaki ilgileşim istatistiksel olarak değerlendirilmiştir. Planctomycetes ve Bacteroidetes şubelerine bağlı türlerin PHA depolamasına katkısının önemsiz olduğu tahmin edilmektedir. Gecikmiş azot beslemenin uygulandığı AKR için elde edilen ilgileşim değerleri diğer iki reaktör için elde edilenlerden daha küçüktür. Seçilen biyokütlelerin farklı şartlar altındaki tepkilerini gözlemek amacıyla farklı substratların, substrat yüklemelerinin ve karbon/azot (C/N) oranlarının denendiği çeşitli kesikli deneyler gerçekleştirilmiştir. Farklı azot besleme rejimleri ile zenginleştirilmiş üç biyokütle tarafından depolanan polimer konsantrasyonu da artan substrat yüklemesine bağlı olarak artmış fakat en yüksek konsantrasyon, gecikmiş azot besleme ile zenginleştirilmiş biyokütle için elde edilmiştir. Elde edilen en yüksek biyokütle polimer içeriği %47,1 olup bu değer de gecikmiş azot besleme ile zenginleştirilmiş biyokütle için elde edilmiştir. Polimer depolama hızı ile yüklenen substrat arasındaki ilişkinin, kesikli deney sırasında reaktörde azot bulunup bulunmadığına yakından bağlı olduğu tespit edilmiştir. Azotsuz olarak gerçekleştirilen deneylerde artan substrat yüklemeleri spesifik polimer depolama hızında artışa yol açarken, azotla gerçekleştirilen deneylerde bu durum depolama hızında düşüşe yol açmıştır. Substratın polimere dönüşüm oranı her üç biyokütle için de artan substrat yüklemesine bağlı olarak düşmüştür. En yüksek dönüşüm oranı (0,71), gecikmiş azot besleme ile zenginleştirilmiş olan çamur için ve en düşük substrat yüklemesinin uygulandığı deneyde elde edilmiştir. Reaktöre beslenen substrat konsantrasyonunun arttırılması, azot konsantrasyonu sabit tutulması durumunda dönüşüm oranında bir artışa, C/N oranının sabit tutulması durumunda da dönüşüm oranında azalmaya yol açmıştır. AKR işletimi sırasında ve bu reaktörden alınan çamur ile gerçekleştirilen deneyler sırasında uygulanan koşullar arasındaki uyumun polimer depolamasına olumlu yönde etki eden bir etken olduğu belirlenmiştir. Substrat olarak asetat propiyonat karışımının kullanıldığı deneylerde polimer daha çok hidroksibütirat (HB) ve hidroksivalerat (HV) kopolimeri şeklinde depolanmıştır. Aynı şartlar altında gecikmiş azot beslemesi yöntemiyle zenginleştirilmiş biyokütle tarafından depolanan PHV, azot kısıtlı olarak zenginleştirilen biyokütlenin depoladığından daha fazla, azot kısıtsız olarak zenginleştirilen biyokütlenin depoladığından ise çok daha fazladır. Genel olarak, ilk defa bu çalışmada önerilen bir proses olan gecikmiş azot besleme ile zenginleştirilmiş biyokütlenin polimer depolama yeteneğinin, azot kısıtlı ve azot kısıtsız şartlarda gerçekleştirilen aerobik dinamik besleme ile zenginleştirilmiş biyokütlelerin depolama yeteneğinden daha üstün olduğu belirlendi. Eğer bu proses optimize edilirse ve çözünmüş oksijen kontrollü besleme gibi yöntemlerle kombine edilirse, saf kültürler kullanılarak gerçekleştirilen endüstriyel PHA üretimi karşısında güçlü bir alternatif olabilir. Nütrient yönünden fakir organik atıklar fermentasyondan sonra bu proseste ucuz karbon kaynağı olarak kullanılabilirler.
Akışkan yataklı reaktörde biyolojik denitrifikasyon sürecinin incelenmesi

(Fen Bilimleri Enstitüsü, 1983) Dumlu, M. Gürkan ; Orhon, Derin ; 2198 ; Çevre Mühendisliği ; Environmental Engineering

Evsel ve endüstriyel kökenli atıksuların, alıcı yüzeysel sulara sürekli ve kontrolsuz boşaltımı, çökelebilir katı maddelerinbiyokimyasal oksijen ihtiyacının ve mikrobiyolojik kökenli kirleticilerin yanında azot ve fosfor gibi mineral besi maddelerinin yarattığı kirliliği gündeme getirmiştir. Bunlardan azot çeşitli formlarıyla, oksijen ihtiyacı, ötröfikasyon sürecini hızlandırma, zehirlilik gibi sorunların kaynağıdır. Azotun arıtılmasında konvangiyonel yöntemlerin yüksek oranlarda verimlilik sağlayamaması, biyo lojik denitrifikasyon sürecini, en önemli seçeneklerden biri olarak güncelleştirmiştir. Bu çalışma, biyolojik denitrifikasyon reaksiyonunun kinetik parametrelerinin hesaplanmasını ve pH, sıcaklık nitrit gibi çevre faktörleri etkilerinin incelenmesini, biyolojik denitrifikasyon sürecinin, yeni bir reaktör tipi seçeneği olan akışkan yataklı reaktörlerde uygulanmasının, kinetik özellikleri ile mühendislik uygulamasında kullanılabilecek tasarım kriterlerinin açı ğa çıkarılmasını amaçlamaktadır. Birinci bölümde, çalışmanın önemi, amacı ve kapsamı açıklanmıştır. İkinci bölümde, biyolojik denitrifikasyon reaksiyonu üzerin de literatürde daha önce yapılmış çalışmalar, mikrobiyoloji, kinetik ve stokiometri, pH, sıcaklık gibi çevre faktörlerinin etkileri kriterlerinden ayrıntılı olarak verilmiştir. Üçüncü bölümde, biyolojik denitrifikasyon sürecinin, askıda çoğalma sistemlerinde, biyofüm çoğalma sistemlerinde çeşitli uygu lamalarına yönelik, deneysel sonuçlar ve tasarım kriterleri, literatür verilerinden derlenmiştir. Dördüncü bölümde, çalışmada kullanılan deney düzenekleri olarak tam karışmalı ve kesikli reaktörler, akışkan yataklı reaktör ve -V- deneysel yöntemler açıklanmıştır. Bu bölümde ayrıca, deneysel verilerin eldesinde kullanılmak üzere, akışkan yataklı reaktöre özgün olarak geliştirilen, biyofilm kalınlığı, biyofilm kuru madde yoğunluğu ve biyokütle konsantrasyonu gibi parametrelerin ölçüm yöntemleri açıklanmıştır. Beşinci bölümde, deneysel bulgular verilmekte ve açıklanmakta dır, tam karışmalı ve kesikli reaktörlerde, askıda çoğalma sistemle rinde, biyolojik denitrifikasyon reaksiyonunun kinetik parametreleri ve optimum pH ortamı bulunmuştur. Reaksiyon üzerinde sıcaklık etkisinin incelenmesi sonucu, akışkan yataklı reaktörün, askıda çoğalma sistemlerine nazaran sıcaklık değişikliklerine daha dayanıklı olduğu ortaya konmuş, denitrifikasyon hızının pH ve sıcaklığa bağlı değişimini tanımlayan bir model oluşturulmuştur. Biyolojik denit rifikasyon reaksiyonunun nitratın nitrite indirgenmesi aşamasınca sınırlandığı ve nitritin tanımlanan bir aralık dışında inhibisyon etkisinin olmadığı saptanmıştır. Bu bölümde, akışkan yataklı reaktörde biyolojik denitrifikas yon sürecinin tasarımına yönelik, biyofilm kalınlığı, biyofilm ka lınlığı artış hızı ve biyofilm kuru madde yoğunluğu parametreleri geliştirilmiş ve matematik olarak tanımlanmıştır. Reaksiyon kineti ğinin sıfırıncı mertebeden olduğu ancak biyofilm kalınlığı cinsin den tanımlanan bir sınır ötesinde 1/2. mertebeye uygunluk gösterdiği ve bu olgunun nedeninin, nitratın biyofilm içine diffüzyonunun sınırlanması olduğu açıklanmıştır. Biyolojik denitrifikasyon sürecinde besi maddesi olarak kullanılan fosforun, MONOD kinetiği uyarınca giderildiği gösterilmiştir. Tüm bu bulguların birlikte ele alınması ile, pratik kullanım özelliklerine sahip, biyolojik denitrifikasyon sürecini akışkan yataklı reaktörde tanımlayan bir model oluşturulmuştur. Altıncı bölümde sonuçlar sunulmaktadır.
Alum Çamurlarının İkili Şartlandırılması

(Fen Bilimleri Enstitüsü, ) Kocakulak, Elif Yılmaz ; Akça, Lütfi ; Çevre Mühendisliği ; Environmental Engineering

Bu çalışmada ikili polieletrolit (PE) şartlandırmayla alum çamurlarının susuzlaşabilirliği araştırılmıştır. Farklı PE dozajlarının şartlandırmaya etkileri araştırılmıştır İyi bir şartlandırma ve dolayısıyla susuzlaşabilirliğin elde edilebilmesi için optimum şartlandırıcı ve şartlandırıcı dozu belirlenmiştir En uyguun şartlandırıcı olarak katyonik (Hyd. CP 509), anyonik(Hyd.7170) ve noniyonik (Hyd.8000) PE’ler seçilerek deneyler yürütülmüştür. Çamur numuneleri değişik karıştırma koşulları altında tekli ve ikili şartlandırmaya tabi tutularak susuzlaşabilirlik özellikleri birbirleri ile karşılaştırılmıştır. Çamurun yumak direnci ve zeta potansiyeli ölçülerek susuzlaşabilirlik üzerine etkileri araştırılmıştır. İkili şartlandırma deneylerinde şu sonuçlara ulaşılmıştır. İkili şartlandırmada tekli şartlandırmaya göre daha iyi susuzlaşabilirlik sağlanakta, daha az PE ilavesi ile minimum KES değerine ulaşılmakta ve daha güçlü yumakla elde edilmektedir.
Anaerobik Arıtmada Amonyak İnhibisyonu

(Fen Bilimleri Enstitüsü, ) Eldem, Nursen Öz ; Öztürk, İzzet ; Çevre Mühendisliği ; Environmental Engineering

Amonyağın inhibe edici konsantrasyonlarına alıştırılmamış floküler ve granüler aşılarla karakterize edilen farklı anaerobik mikroorganizma gruplarının mezofilik şartlarda pH ve amonyak inhibisyonu karşısındaki davraşları toplam biyogaz üretiminin izlendiği metanojenik aktivite testi kullanılarak belirlenmiştir. Deneyler, dört farklı pH değerinde (6,8 - 7,4 - 7,8 - 8,4) yürütülmüştür. Her pH değeri için 6 farklı Toplam Amonyak Azotu (TAN) konsantrasyonunda (262 mg/l (kontrol), 1000, 1500, 2000, 2500, 3000) çalışılmıştır. Her iki aşı çamuru için zamana karşı çizilen biyogaz üretim eğrileri kullanılarak eklenik metan üretim eğrileri elde edilmiştir. Eklenik metan üretim eğrilerinin modellenmesinde modifiye edilmiş Gompertz eşitliği kullanılmıştır. Değerlendirmeler sonucunda Gompertz modelinin, deneysel verilerin çok büyük bir kısmına iyi uyum gösterdiği bulunmuştur. Bununla birlikte bazı yüksek pH ve yüksek TAN konsantrasyonları kombinasyonları için eklenik metan üretim verileri, Gompertz eşitliği ile temsil edilemeyen bir “başlangıç hörgücü” göstermiştir. Amonyak ve amonyumun artan konsantrasyonları ile eksponansiyel olarak azalan metan üretim hızı gözlemlerine dayanarak amonyak/amonyum inhibisyonu için basit ve kullanışlı bir eksponansiyel model önerilmiştir. pH’ın direkt inhibitör etkisinin modellenmesinde normalize edilmiş Michaelis pH fonksiyonu kullanılmıştır. Eksponansiyel ifade ve normalize edilmiş Michaelis pH fonksiyonu, toplam etkiyi yansıtacak modeli oluşturmak üzere basit ve kullanışlı bir denklem verecek şekilde birleştirilmiştir. Önerilen yeni model ile serbest amonyak, pH ve amonyum iyonunun inhibitör etkileri, amonyak ve amonyum arasındaki denge ilişkisi korunarak, ayrı ayrı ortaya koyulmuştur. Bütün verilerin tek bir denklem ve gerçek sabitler kullanılarak hesabı metanojenik aktivitede %50 azalmaya neden olan TAN konsantrasyonu (TAN50) ve optimum pH değerlerinin tahminine imkan vermiştir. Böyle basit ve kullanışlı bir model ile datanın kolaylıkla analizi ve bu analizden birçok farklı faydalı neticenin çıkartılması mümkün olmaktadır.
Anaerobik Biyoreaktörlerde Bütiratı Ayrıştıran Mikroorganizma Topluluklarının Popülasyon Dinamiği

(Fen Bilimleri Enstitüsü, ) Altınbaş, Mahmut ; Öztürk, İzzet ; Çevre Mühendisliği ; Environmental Engineering

Bütirat, organik maddenin ayrışmasında metanojenlerin mevcut olduğu havasız arıtma koşullarında önemli bir ara üründür. Havasız reaktörlerde metan üretiminin %60’a varan kısmı bütirattan kaynaklanabilir. Bu tezde sunulan çalışmanın amacı havasız biyoreaktörlerde önemli bir ara ürün olan bütiratı ayrıştıran sintrofik mikrobiyal topluluğun popülasyon dinamiğini detaylı bir şekilde ortaya çıkarmaktır. Bu kapsamda konvansiyonel kültür çalışmalarıyla birlikte kültür çalışması gerektirmeyen moleküler teknikler kullanılmıştır. Ayrıca, atıksularda yaygın olarak gözlenen sülfatın sintrofik bütirat ayrışmasına etkisi de incelenmiştir. Yukarı akışlı Havasız Çamur Yataklı (UASB) Reaktörler ve farklı inkübasyon teknikleri kullanılarak biyokütle bütirata alıştırılmış ve moleküler biyolojik teknikler ile bu biyokütlenin karakterizasyonu yapılmıştır. Sintrofik butirat ayrıştıran mikrobiyal topluluktaki türler konvansiyonel ve moleküler teknikler ile kalitatif ve kantitatif olarak belirlenmiştir. Bu teknikler, MPN: En Uygun Sayı, PCR-RFLP: Polimeraz Zincir Reaksiyonu-Restriksiyon Parça Uzunluk Polimorfizm, DGGE: Denatüre Gradyan Jel Elektroforezi, Q-PCR: Kantitatif PCR, ve SIP: Stabil İzotop İşaretlemesi’dir. Yapılan bu çalışmada bütiratı ayrıştıran topluluğun bilinen organizmalardan farklı ve çeşitliliğinin fazla olduğu bulunmuştur. Aynı zamanda bu çeşitlilik filogenetik olarak da farklı gruplara düşmektedir. Bulgular, sintrofik olarak bütiratı ayrıştıran mikrobiyal topluluğun düşünülenden daha geniş olduğunu göstermektedir. Bu sintrofik topluluğun yapısının anlaşılması atıksuların havasız arıtılmasına ışık tutmakta ve havasız prosesin geliştirilmesinde önemli bir adım olabilir.
Anaerobik Membran Biyoreaktör Sistemlerinde Dinamik Membranların Uygulanması

(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2015-11-19) Erşahin, Mustafa Evren ; Öztürk, İzzet ; 10092821 ; Çevre Mühendisliği ; Environmental Engineering

Anaerobik membran biyoreaktörler (AnMBR), membran filtrasyon prosesi sayesinde biyokütlenin fiziksel olarak reaktör içerisinde tutulmasını sağlamaktadır. Aerobik membran biyoreaktör (MBR) uygulamalarındaki artışla birlikte, özellikle enerji verimli atıksu arıtımı konusunda sağladığı avantajlar dikkate alındığında, membran ve anaerobik proseslerin bir arada kullanılması konsepti her geçen günü daha çok ilgi çekmekte ve fizibil hale gelmektedir. MBR prosesinde karşılaşılan en önemli zorluklar özellikle tam ölçekli sistemlerde öne çıkan membran maliyetleri, tıkanma ve düşük akı eldesidir. Dinamik membran (DM) teknolojisi MBR proseslerde görülen sorunların ortadan kaldırılmasını sağlayacak yenilikçi bir yaklaşım olarak kabul edilmektedir. DM teknolojisinin sağlayacağı en önemli faydalardan biri katı madde gideriminin uygun bir destek malzemesi üzerinde kendiliğinden oluşabilen ve ikincil membran olarak da adlandırılan DM tabakası ile gerçekleştirilmesi ve bunun sonucunda destek malzemesi olarak kullanılan membranın filtrasyonda rol almamasıdır. DM tabakasının oluşturulmasında destek malzemesi olarak mikrofiltrasyon ve ultrafiltrasyon membranları yerine çeşitli tipte ve yapıda tel örgü şeklinde, dokunmuş veya dokunmamış kumaş malzemeler kullanılabilmektedir. Bu sayede, membran maliyetleri düşük seviyelere çekilebilecektir. Bununla birlikte biyogaz üretimi de dikkate alındığında, dinamik AnMBR (AnDMBR) prosesi atık(su) arıtımında cazip hale gelecektir. Bu çalışmanın temel amacı, AnMBR prosesinde DM teknolojisinin konsantre atıksu arıtımına uygulanabilirliğinin incelenmesidir. Ayrıca bu çalışma, DM tabakası oluşumunun ve farklı koşullar altındaki filtrasyon karakteristiklerinin değerlendirilmesi yoluyla DM teknolojisi hakkındaki bilgi birikimine önemli katkılar sağlayacaktır. Bu çalışmada, membran konfigürasyonunun giderim verimi ve DM filtrasyonu üzerindeki etkilerini belirleyebilmek amacıyla batık ve harici membran modülleri kullanılmıştır. Substrat olarak KOİ konsantrasyonu 20 g/L olan sentetik konsantre atıksu kullanılmıştır. Tekli filament (monofilament), çoklu filament (multifilament) ve kısa iplik (staple) yapısına sahip destek malzemesi (filtresi) kullanılarak, DM oluşumuna en uygun destek malzemesi ve bu malzemenin özellikleri bulunmuştur. Bunun yanı sıra, en iyi giderim veriminin ve süzüntü kalitesinin elde edilebileceği işletme koşullarının tespiti amacıyla düşük akıda ve mezofilik şartlarda farklı işletme koşulları test edilmiştir. Ayrıca, destek malzemesini maliyet değerleri de arıtılan atıksu hacmi başına hesaplanarak verimiştir. Bu çalışmada elde edilen sonuçlara göre destek malzemesinin özellikleri, fitre üzerinde etkili bir DM (kek) tabakasının oluşumu açısından kritik rol oynamaktadır. Staple ve monofilament filtreler kullanılarak multifilament malzemeye göre daha yüksek kritik akılar elde edilmiştir. Farklı destek malzemelerin kıyaslanması sonucunda staple filtrenin derin filtrasyona, monofilament filtrenin ise yüzeysel filtrasyona daha uygun olduğu tespit edilmiştir. Bu nedenle, monofilament filtre DM teknolojisinde kullanım açısından daha uygundur. Bu çalışma sonucunda DM filtrasyon teknolojinin MBR’ler için en önemli dezavantajlardan biri olan tıkanma problemini bir avantaja çevirebileceği görülmüştür. Mikrofiltrasyon veya ultrafiltrasyon membranlarına alternatif olarak, polipropilen monofilament filtre malzemesinin DM tabakası oluşumu vasıtasıyla filtrasyon amaçlı kullanılabileceği görülmüştür. AnDMBR ile % 99’un üzerinde organik madde giderimi ve partiküler madde tutulması gerçekleştirilmiştir. Bunun yanında, DM tabakasıyla % 66’nın üzerinde çözünmüş KOİ giderimi ve % 55-87 aralığında uçucu yağ asiti giderimi sağlanmıştır. Bu sonuçlar dikkate alındığında, AnDMBR’lerin uzun dönemde stabil olarak işletilebileceği ortaya konmuştur. Çamur bekletme zamanı (SRT), AnDMBR’lerin işletilmesinde önemli bir faktör olarak tespit edilmiştir. SRT, çözünmüş mikrobiyal ürünler (SMP) ve hücre dışı polimerik madde (EPS) konsantrasyonu, protein/karbonhidrat oranı, çamur partikül boyutu, DM tabakası oluşumu ve çamurun filtre edilebilirliği üzerinde önemli etkilere sahiptir. EPS; protein, polisakkarit, lipid, nükleik asit ve hümik asit gibi başlıca hücre yüzey maddelerinden oluşmakta ve membran yüzeyini kaplayarak çamur floklarının bir arada tutulmasını sağlamaktadır. EPS kompozisyonunun partikül flokülasyonu üzerinde önemli bir pozitif etkisi olduğu görülmüştür. Bu etki direkt olarak reaktör içindeki çamurun partikül boyut dağılımını belirlemektedir. Kısa SRT’lere kıyasla daha uzun SRT’lerde, biyoreaktör içinde daha düşük EPS konsantrasyonu beklenmektedir. Bu çalışmada, DM tabakasının kalınlığının kontrol edilmesi amacıyla geri yıkama ve biyogaz sıyırma yöntemleri birlikte kullanılmıştır. DM tabakasının kalınlığının kontrolü, stabil bir işletme ve yüksek süzüntü suyu kalitesi eldesi için hayati önem taşımaktadır. DM tabakasıyla gerçekleştirilen organik madde ve partiküler madde gideriminde, DM tabakasındaki biyokütle aktivitesinin ve DM tabakasının fiziksel tutma kapasitesinin birlikte rol aldığı düşünülmektedir. Mikrobiyal analiz sonuçları incelendiğinde, bakteri ve arkea için mikrobiyal çeşitlilik ve zenginliğin DM tabakasında yüksek olduğu ve DM’deki mikrobiyal popülasyonun biyoreaktör içerisindeki çamurdan farklı olduğu tespit edilmiştir. DM üzerinde yapılan morfolojik analizlerin sonuçları göz önünde tutulduğunda, DM tabakasının organik ve inorganik maddelerden oluştuğu görülmektedir. Bu maddelerin başlıcaları; çamur partikülleri, SMP, EPS, Ca, N, P ve Mg çökeltileridir. Ayrıca, kek tabakası altında kısmi bir jel tabakası oluşumu tespit edilmiştir. SMP ve bağlı EPS’nin DM tabakası içinde yüksek miktarda birikmesi, sıkı bir kek tabakası oluşumu ve yüksek giderim verimi sağlamaktadır. Organik madde birikimi, SRT gibi işletme koşulları ile yakından ilgilidir. Bu çalışma sonucunda batık ve harici AnDMBR sistemlerinde yüksek KOİ giderme verimleri elde edilmiştir. Bununla beraber, batık AnDMBR konfigürasyonu ile daha yüksek süzüntü suyu kalitesi elde edilmiştir. Membran konfigürasyonunun giderim verimi ve filtrasyon performansı üzerine etkisi incelendiğinde, stabil bir giderim verimi ve süzüntü suyunda düşük çözünmüş KOİ konsantrasyonu elde etmek amaçlı etkin bir DM tabakası oluşturmak için harici AnDMBR ile, batık AnDMBR’ye göre, daha uzun süreye ihtiyaç olduğu görülmüştür. Bu nedenle, sistemi devreye alma süresinin kısa tutulması gerektiği durumlarda batık AnDMBR uygulanması daha uygundur. Batık konfigürasyonda, harici konfigürasyona göre daha yüksek metan üretim hızı ve metan verimi elde edilmiştir. Bu durum harici AnDMBR sisteminde yapılan çamur sirkülasyonunun olumsuz etkisini göstermektedir. Buna karşın, DM kalınlığının ve dolayısıyla transmembran basıncının azaltılmasında, batık AnDMBR sisteminde tabandan uygulanan biyogaz sıyırma işlemine nazaran harici konfigürasyonda uygulanan çamur sirkülasyonunun daha etkili olduğu görülmüştür. Harici AnDMBR ile konsantre atıksu arıtımında farklı gaz sıyırma hızlarında (GSV) yapılan testler sonucunda, her ne kadar toplam filtrasyon direnci azalan GSV ile artsa da, GSV’den bağımsız olarak %99’un üzerinde organik madde giderim verimi elde edilmiştir. Toplam filtrasyon direnci başlıca DM direncinden kaynaklanmaktadır. Farklı organik yükleme hızlarında yapılan testler sonucunda, 3,6 kg KOİ/m3.d yükleme hızında AnDMBR ile yüksek KOİ giderim verimi elde edildiği görülmüştür. Bu tez kapsamında elde edilen sonuçlar değerlendirildiğinde, DM teknolojisinin stabil ve yüksek kalitede süzüntü suyu kalitesi elde etmek amacıyla başarıyla kullanılabileceği görülmüştür. Konsantre atıksu arıtımında AnDMBR’ler güvenilir ve yeterli bir arıtım sağlama potansiyeline sahiptir. Destek malzemesi açısından düşük ilk yatırım maliyeti ve biyogaz yoluyla enerji üretimi dikkate alındığında, yüksek akı gerekmeyen durumlar için, örneğin çamur veya konsantre endüstriyel atıksu arıtımı gibi, AnDMBR’ler fizibil bir arıtma teknolojisi olarak kullanılabilecektir. Bu sonuçlara rağmen, AnDMBR’ler üzerine yapılmış olan çalışmalar halen sınırlıdır. DM teknolojisi için uzun dönemli uygulanabilirlik çalışmalarına daha fazla ihtiyaç vardır. Özellikle tam ölçekli sistemlerde sürdürülebilir bir filtrasyon eldesi için DM tabakası kontrol metotları ve biyoreaktör içi çamur özelliklerinin DM filtrasyon karakteristikleri üzerine etkileri konularında çalışmalar yapılması faydalı olacaktır.
Anammox Prosesinin Farklı Karbon Kaynaklarına Tepkisinin Deneysel Yöntemlerle Belirlenmesi

(Fen Bilimleri Enstitüsü, ) Güven, Didem ; Sözen, Seval ; Çevre Mühendisliği ; Environmental Engineering

Üniversitesi : İstanbul Teknik Üniversitesi Enstitüsü : Fen Bilimleri Anabilim Dalı : Çevre Mühendisliği Programı : Çevre Mühendisliği Tez Danışmanı : Prof. Dr. Seval Sözen Tez Türü ve Tarihi : Doktora – Temmuz 2003 ÖZET ANAMMOX PROSESİNİN FARKLI KARBON KAYNAKLARINA TEPKİSİNİN DENEYSEL YÖNTEMLERLE BELİRLENMESİ Didem Güven Bu çalışmada organik maddelerin anammox aktivitesi üzerindeki etkileri ve anammox prosesinde oluşan nitratın giderim mekanizmaları kesikli ve sürekli kültürlerin kullanıldığı sistemlerde araştırılmıştır. Kesikli deneylerde anammox aktivitesini etanol 30%, format 28%, amino asitler 18%, glükoz 10%, ve nişastanın 30% inhibe ettiği bulunmuştur. Hem kesikli hem sürekli anammox kültürlerine metanol ilavesi anammox aktivitesinin tamamen ve geri dönüşümsüz olarak kaybolmasına sebep olmuştur. Sürekli kültürlere uygulanan propiyonat ve asetatın tümünün tüketildiği görülmüştür. %99.5 saflık derecesinde saf kültür anammox hücreleri yoğunluk gradyanı santrifüjleme yöntemiyle elde edilmiş ve nitrat elektron alıcısı olarak kullanarak propiyonatın tüketildiği bulunmuştur. Propiyonat oksidasyonu ile nitrat giderim mekanizması izotop işaretli nitrat (15NO3 -) kullanılarak incelenmiştir. Propiyonat beslemesi altında anammox populasyonunun önemli ölçüde değiştiği ve bu değişikliğin yeni anammox türlerinin göstergesi olabileceği FISH (floresan yerinde hibritleşme) analizleri ile belirlenmiştir. Bu çalışma kemootolitotrof olarak bilinen anammox bakterisinin propiyonatı kullanarak nitratı indirgeyebildiğini ve bu güne kadar bilinenden daha çok yönlü bir mekanizmaya sahip olduğunu göstermektedir.
Antibiyotiklerin Anaerobik Mikrobiyal Komunite Üzerindeki Etkisinin Belirlenip, metabolit Oluşumu Ve Antibyotik Direnç Gelişiminin İncelenmesi

(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2015-08-26) Aydın, Sevcan ; İnce, Orhan ; 10085725 ; Çevre Mühendisliği ; Environmental Engineering

Antibiyotikler, insan ve veterinerlik alanında en yaygın olarak kullanılan ilaçlardır. Canlılar tarafından alınan bu aktif bileşikler, canlı metabolizmasında ya hiç değişmeden ya da çok az dönüştürülmüş halde metabolizmadan atılmaktadırlar. Atılan bu aktif antibiyotik kalıntıları arıtma tesislerinden arıtılamadan deşarj oldukları için doğrudan alıcı ortama girmekte, toprak ve sudaki konsantrasyonları günden güne artmaktadır. Geleneksel olarak atıksu arıtma sistemleri, aşırı nutrient, mikrobiyal kirlilik problemleri, azot ve fosfor giderimi hedef alınarak geliştirilmiştir. Bu yüzden farmasötikler gibi doğal ve sentetik bileşiklerin birçoğu klasik arıtım sistemlerde tam olarak giderilemeyip nehirler, yeraltı suları ve içme suları gibi sucul ortamlara deşarj edilmektedir. Ekosistem üzerinde önemli etkileri olan antibiyotikler, insan sağlığı ve çevre için ileri derece risk oluşturmaktadır. Ayrıca bu maddeler, patojen bakterilerin antibiyotiğe direnç geliştirmesine neden olarak, öncelikle halk sağlığı, ardından da tarım ve hayvancılıkta önemli problemler ortaya çıkartmaktadır. Gerçekleştirilen tezde, insanlarda sıklıkla görülen enfeksiyonel hastalıkların tedavisinde kullanılan eritromisin, sülfonamid ve tetrasiklin antibakteriyel ve antibiyotik etken maddeleri, anaerobik ardışık kesikli reaktörlerde, kolay ayrışan organik maddeler ile beslenmiş ve bu maddelerin davranışları ve diğer organik maddelerin giderimi üzerindeki kronik etkileri konvansiyonel ve spesifik parametreler ile tespit edilmiştir. Bu kapsamda ET (Eritromisin-Tetrasiklin), ST (Sülfametoksazol-Tetrasiklin), ES (Eritromisin- Sülfametoksazol), ETS (Eritromisin-Tetrasiklin-Sülfametoksazol) ve kontrol olmak üzere 5 adet anaerobik ardışık kesikli reaktör (AKR) bir yıl süresince işletilmiştir. Antibiyotiklerin üçlü ve ikili kombinasyonlarının miktarları reaktörler çökene kadar kademeli olarak arttırılmış ve anerobik AKRlerdeki mikrobiyal kominite, antibiyotik direnç gelişimi ve antibioyotik biyodegredasyon potansiyelleri ve transformasyon ürünlerinin oluşumu 13 ay boyunca gözlenmiştir. Ayrıca antibiotiklere karşı mikroorganizmaların çeşitli gen transfer yöntemleri ile kazandığı bilinilen 'Antibiyotik Direnç Genleri (ADG)'nin oluşumu ve kantifikasyonu DNA ve RNA bazında, qPCR (gerçek zamanlı kantitatif PCR) ve İllumina HiSeq 2000 yöntemleri kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Sistemde antibakteriyel ve antibiyotiklerin giderimi ve çamurda birikimini Yüksek Performanslı Sıvı Kromatografi (HPLC) ve LC/MS/MS (QTRAP) ile ölçülmüş olup bu etken maddelerin bilinen metabolitleri de ORBİTRAP sistemi (Micromass, Manchester, UK) ile tespit edilmiştir. Son olarak, bu etken maddelerin varlığında ortamda bulunan organik maddelerin ve seçilmiş farmasötiklerin gideriminden sorumlu mikrobiyal komünite ve aktif gruplar/türler kurulacak olan 16S rDNA/rRNA klon kütüphaneleri ile tanımlanmıştır. Mikrobiyal komünitenin profilindeki değişimleri izlemek için Denaturan gradyan jel elektorfarezi (DGGE) ve Ion Torrent PGM analizleri kullanılmıştır. Seçilen antibiyotik kombinasyonlarının anaerobik proseslerde yer alan Bakteri, Arke, Metanojenik Arkelere ve homoasetojenik ve metanojenik metabolizmada yer alan enzimlere spesifik etkisi qPCR kantifikasyonu ile belirlenmiştir. Antibiyotik içeren suların arıtımında anaerobik arıtma sistemlerindeki arıtım performansı esas olarak mikroorganizma topluluğunun birbiri ile ilişkilerine ve bu aktif maddeleri biyokimyasal döngüleri yoluyla parçalama potansiyellerinin etkilenmesine bağlıdır. Tezin gerçekleştirilmesi sonucunda görülmüştür ki her antibiyotik kombinasyonu anaerobik arıtıma farklı şeklilerde etki etmektedir. Tüm reaktörlerde antibiyotik konsantrasyonundaki artışına bağlı olarak KOİ gideriminde, biyogaz ve metan üretiminde düşüş gözlenmesine rağmen, ETS ve ET antibiyotik kombinasyonlarının ST ve ES kombinasyonlarına göre daha iyi bir arıtım performansı gözlenmiş olup, bunun da sülfametoksazol antibiyotiğinin antibiyotik kombinasyonları üzerinde gösterdiği antagonistik etkiden kaynaklandığı düşünülmektedir. Proje sonucunda tüm antibiyotik kombinasyonlarının arıtım performansları incelendiğinde, en az %70 KOI gideriminin sağlandığı 10 + 1 mg/L (ST), 1 + 10 mg/L (ES), 2 + 2 mg/L (ET), 20 + 2 + 2 mg/L (ETS) kombinasyonlarına kadar anaerobik arıtımın uygun olduğu görülmektedir. mRNA düzeyinde kantifikayonu yapılan metil koenzim redüktaz ve asetil koA sentaz enzimi sayesinde, antibiyotik kombinasyonlarının anaerobik sistemin bu son iki aşamasından en çok asetoklastik metanojenlerin yer aldığı basamağın etkilendiğini göstermektedir. Bu sonuçlar reakörlerdeki VFA birikimi ile de doğrulanmaktadır. Tüm reaktörler incelediğinde hepsinde en çok biriken VFA'nin asetat olduğu görülmektedir. Bu da kullanan antibiyotik kombinasyonlarının ortak olarak tüm reaktörlerde en çok asetoklastik metanojenleri etkilediğini göstermektedir. 16S rRNA qPCR sonuçları tüm işletme boyunca farklı anaerobik reaktörlerin performansını birebir yansıtmaktadır. Ayrıca mikrobiyal ve aktif türlerin qPCR ve DGGE sonuçları göstermektedir ki antibiyotikler anaerobik mikrobiyal topluluğu etkileme potansiyeline sahiptir ve bu mikrobiyal popülasyonun inhibisyonu VFA sonuçlarındanda görüldüğü gibi, ciddi olarak organik madde parçalamasını etkilemektedir. Ayrıca elde edilen veriler sonucunda moleküler ve metagenomik analiz sonuçlarının antibiyotiklerin artan konsantrasyonlarının arıtımı boyunca değişen anaerobik reaktörlerin performansını yansıttığı görülmektedir. Bu da reaktör işletilmesinde ve özellikle antibiyotik gibi toksik maddelerin giderilmesi sırasında giderim verimini arttırmak için moleküler ve metagenomik anazlilerin kullanılabileceğini göstermektedir. Ayrıca anaerobik arıtım sırasında antibiyotik direnç genlerinin oluştuğu gözlenmiş olup bu direnç genlerinin miktarının da artım boyunca arttığı gözlemiştir, arıtım sonucunda oluşan bu direnç genleri insan sağlığı için bir tehdit oluşturmaktadır. ADG ile qPCR sonuçları değerlendirildiğinde bakterilerin direnç kazanmasının sonucunda bunların sayılarının arttığı ve sistemin tekrar eden antibiyotik konsantrasyonlarında daha verimli bir arıtım gerçekleştiğini göstermektedir. Aynı zamanda antibakteriyel ve antibiyotiklere karşı mikrobiyal komünitenin kazandığı direnç genlerinin anaerobik sistemlerdeki davranışı incelenmiş olup bunların çeşidinin ve miktarlarının bu artım sürecinde ne kadar fazla artığı gözlenmiştir. Bu artış ekosisteme ve insan sağlığı üzerine gerçek bir tehdit oluşturmaktadır. Ayrıca, tespit edilen antibiyotik transformasyon ürünleri sayesinde de antibiyotiklerin arıtımda giderilmiş olarak görülmesine rağmen biyolojik olarak daha aktif yapılara dönüşerek inhibisyon etkilerini arttırdıkları gözlenmektedir. Projenin gerçekleşmesiyle, antibiyotik içeren atıksu kompozisyonu-mühendislik parametreleri-mikrobiyal komünite-metabolik yol izleri ilişkisi detaylı olarak incelenmiş olup bu maddelerin anaerobik proseslere etkisi mikro ve makro seviyede ortaya konmuştur. Elde edilen sonuçlar göstermektedir ki anaerobik arıtımda antibiyotikler yüksek oranda arıtılsa bile, atıksularda bu antibiyotik kalıntılarının varlığı, antibiyotiğe dayanıklı türlerin yayılmasına ve gelişmesine katkı sağlamaktadır. Ayrıca bu proje ile çevrede yüksek konsantrasyonlarda bulunan ve tüm canlıları olumsuz yönde etkileyen antibiyotik kalıntıları ve metabolitlerin, atıksularda yer alan antibiyotiklerin yetersiz arıtımından da kaynaklandığı görülmektedir. Bu aktif maddelerin etkilerinin en aza indirilmesi için antibiyotik içeren sularda sadece antibiyotik kalıntılarının değil aynı zamanda metabolitlerinin de tespit edilip, bunların deşarjı ile ilgili bir yasal düzenleme yapılması gerektiğini düşündürmektedir.
Application of the control theory for processing of environmental indicators and determination of the environmental sustainability index

(Fen Bilimleri Enstitüsü, 1999) Kerestecioğlu, Merih ; Gönenç, ethem ; 100740 ; Çevre Mühendisliği ; Environmental Engineering

Göstergeler hemen görülemeyen bazı gerçekleri ya da eğilimleri öngörmek için kullanılan ya da bir konu ile ilgili gerçek anlamından öteye bazı önemli ipuçları veren terimler olarak tanımlanırlar. Göstergeler yönetim politikaları geliştirilmesinde önemli rol oynarlar ve yöneticiler ve halka değerlendirme için gerekli bilgileri sağlarlar. Çevresel göstergelerin geliştirilmesinde dikkate alınan en önemli kriterler, uygulanabilirlik, amaca uygunluk ve ölçülebilirliktir. Bu bağlamda, çevresel gösterge; çevresel şartların, baskıların veya çevrenin topluma olan tepkilerinin temsil edici bir resmini çizmeli; basil, anlaşılması kolay ve zaman içinde gelişen eğilimleri gösterebilir olmalı ve çevresel değişimlere ve ilgili beşeri eylemlere tepki vermelidir. Göstergeler kıyaslamalar için bir temel oluşturmalı; ulusal olmakla birlikte ulusal önemi olan bölgesel değerlere de uygulanabilmeli; kullanıcıların gösterge değerinin önemini anlayabilmeleri için bir hedef ya da eşik değeri bulunmalı; teorik olarak bilimsel ve teknik olarak doğrulanabilir olmalı; uluslar arası standartlara dayanmalı ve güvenilirliği hakkında uluslararası ittifak mevcut olmalı; ekonomik modellere bağlı, öngörü ve ekonomi modellerine uygun olmalı; ve makul bir fayda maliyet oranı ile elde edilebilecek, uygun olarak ve yeterli kalitede toplanmış ve depolanmış ve güvenilir yöntemlerle sürekli olarak güncelleştirilen verilere dayalı olmalıdırlar. OECD tarafından geliştirilen Baskı-Durum-fepki (PSR) çerçevesine göre, durum göstergeleri özellikle insan ilişkilerinden etkilenen çevrenin kalitesini ya da "'durumunu" ölçerler. Buna karşılık, baskı göstergeleri çevre problemlerinin sebeplerini işaret ederler; bozulma ya da aşırı kullanım dolayısıyla doğal kaynakların azalması, kirleticilerin ya da atıkların çevreye bırakılması ve doğal ekosistemlerin XIX başka amaçlarla kullanılması ve altyapı geliştirilmesi gibi ilişkileri gösterirler. Tepki göstergeleri ise toplumun ya da belirli bir kuruluşun çevreyi korumak veya bozulmayı önlemek üzere verdiği tepkilerin ölçüsüdür. Yani uluslar çeşitli anlaşmalar, bütçe planlamaları, araştırmalar, yönetsel araçlar, fınansal yönlendiricilerin kullanılması, ve gönüllü tavırların değişmesi gibi yönetim politikalarının değişimlerini gösterirler. Tarihsel ve teorik dayanakları incelendiğinde göstergelerin genellikle istatistikçiler ve sosyal bilimciler tarafından geliştirildiği, çevrecilerin, çevre bilimi ve teknolojisi uzmanlarının konuya katılımlarının çok daha az olduğu görülebilir. Bundan dolayı geliştirilen kavramlar nitel kalmaktadır ve nicel göstergeler sistematik bir biçimde geliştirilmemiştir. Çeşitli sınıflamalar için geliştirilmiş olan modeller mühendislik tanımları ve anlayışı kapsamında olan modeller değillerdir ve sadece durumu izah etmeye yarayan nitel modellerdir. OECD tarafından geliştirilmiş olan PSR çerçevesi işaret ettiği kavramın genel durumunu anlatmakla birlikte tüm süreç içinde göstergenin önemine dair bir fikir vermemektedir. En iyi geliştirilmiş yöntem olan bu çerçevede bile aynı göstergelerin farklı yöneticiler tarafından farklı yerlerde farklı şekilde yorumlanabildiği hayretle gözlenmektedir. Her özel durum için farklı göstergeler seçilmek durumunda kalınmaktadır ve çeşitli göstergelerin ve endekslerin içinden seçim yapmanın bir kuralı mevcut değildir. Bu nedenlerle, seçilen gösterge ve geliştirilen endekslerin karar verenlerin kalitesi ve altıncı hissi ile sınırlıdır. Gelişen ülkelerin gelişmiş ülkelerden göstergeler ithal etmeleri veya uluslararası organizasyonların gösterge önerilerini tartışmasız kabul etmeleri bu nedenle fonksiyonel olmayıp hatta bazı durumlarda yanıltıcıdır. OECD tarafından geliştirilmiş ve kullanımı teşvik edilen ve tüm çevresel gösterge sistemleri arasında en yaygın uygulamaya sahip olan PSR modeli (ki diğerleri çok daha öznel ve pragmatıktır) klasik süreç kontrolü teorisiyle birçok benzerliğe sahiptir. Durum göstergeleri, orantılı kontrol sistemlerine benzer olarak, çevrenin anlık durumlarını kontrol ederler ve anılan evrenin gelecekteki birikimlerine ait bir fikir vermezler. Durum göstergelerinin varlıklarının nedeni herhangi bir anda bir eşik XX değerinin (Es) geçilip geçilmediğini bildirmek ve eğer böyleyse, sapmanın standart bir değerden (S) farkını göstermektir. Bu amaç orantılı kontrol tekniklerinin yapmak istediği ile tamamen aynıdır. PSR çerçevesi baskı kavramı altında zamanla değişen durumları ifade eder. Ancak bu kavramın asıl amacı zamana bağlı kavramları tanımlamak değil dış uzaydan sisteme gelen baskıları açıklamak için bir yaklaşım kurulmasıdır. Benzer şekilde süreç kontrolünün üçüncü boyutu olan entegral kontrol birimi tepki göstergeler ile büyük benzerliğe sahiptir Tüm varoluş göstergeleri hükümetler, devletler, belediyeler, dernekler gibi sorumlu kuruluşların çevre sorunlarını çözmek için yeterli altyapıya sahip olup olmadıklarını ya da yeterli taahhütlerin mevcut olup olmadığını işaret ederler. Bu göstergeler sadece iki değişkenle ölçülür: Evet ya da hayır. Bu göstergelerin nicel olmadığı düşünülebilirse de kontrol teorisindeki aç-kapa kontrolü ile büyük benzerliğe sahiptirler. Yukarıdaki tanımlamalar ile klasik kontrol teorisi ile analoji kurulduğunda aşağıdaki denklem geliştirilebilir: * HM c. aj\ p c 4 dt f j0 c di Burada birinci terim varlık, ikinci terim oransal, üçüncü terim türevsel ve son terim entegral bileşenleri göstermektedir. Varlık terimi şu şekilde tanımlanabilir:,, fO kritik altyapı mevcut j! kritik altyapı yok Küresel bir çevresel sürdürülebilirlik endeksi (ÇSE) geliştirilmesi için bileşimdeki göstergelerin seçimi sırasında bazı ön şartların dikkate alınması gerekmektedir Fonksiyonun doğru tanımlanması için: (i) seçilen çevresel göstergeler birbirinden bağımsız olmalı; (ii) farklı ağırlıklar taşıdıkları için basit bir aritmetik toplam alınmamalı; (iii) her gösterge kritik durumda bir birime eşit olmalı; (iv) göstergeler bağımsız olmakla birlikte aynı anda varolduklarında sinerjik etkiler yarattıkları xxî unutulmamalı; (v) pratik nedenlerle endeks optimum ve kritik durumlarda kolayca hatırlanabilecek değerlere sahip olmalı; (vi) bu değerler yanlışlılann önlemesi ve gösterge değerleri ile karıştırılmaması için bire eşit olmamalı; (vii) ÇSE pozitif bir sayı olmalıdır. Bu bağlamda ÇSE şu şekilde tanımlanmıştır: Burada En ÇSE'yi oluşturmak için seçilen göstergeleri ifade etmektedir. Her göstergenin değeri 0 ile 1 arasında değiştiğinden « = 10 olduğu takdirde ÇSE'nin değerinin 1 ile 1 0 arasında olacağı açıktır. Önerilen endeks iklim değişikliği, ötrotifikasyon, biyoçeşitlilik, katı atık üretimi, su kaynakları, orman kaynaklan, arazi kullanımı, nükleer atılar ve su kirliliği konusundaki Varlık-Oransal-Türevsel-Entegral (VOTE) bileşik göstergelerinden oluşmaktadır. Endeksin gerçeklenmesi OECD ilkelerinden toplanmış olan verilerle yapılmıştır. 1980-1995 yıllan arasında endeksin gelişimi Şekil 1 de gösterilmiştir. 10 7 -Kanada -Meksika ABD Japonya -Kore -Avusturya Belçika -Çek Cumhuriyeti -Danimarka Finlandiya Fransa Almanya Yunanistan Macaristan İzlanda İtalya -Hollanda -Norveç Portekiz İspanya İsveç -İsviçre »Türkiye İngiltere 1980 1985 1990 1995 Şekil 1 - OECD Ülkelerinde Çevresel Sürdürülebilirlik Endeksinin Değişimi Şekil l'de genel olarak dikkati çeken nokta ÇSE'nin 1980-1990 arasında düzenli olarak yükseldiği ve 1995 ÇSE değerlerinde ani bir düşme olduğudur. Bu düşmenin xxıı ana nedeni bu yıllarda çevrenin bozulmasına karşı tedbir almayı önleyen birçok uluslararası anlaşmanın yürürlüğe girmesidir. OECD ülkeleri üç gurupta toplanmaktadırlar. Sürekli yükselen bir Çevresel Sürdürülebilirlik Endeksine (ya da azalan çevresel sürdürülebilirliğe) sahip ülkeler; sürekli azalma eğiliminde olan ÇSE'ye sahip ülkeler; ve yıllara bağlı olarak düzensiz ÇSE'leri olan ülkeler. Birinci guruba Kore ve İngiltere girmektedir. İkinci gurupta Danimarka, Macaristan, İzlanda, İtalya ve Norveç mevcuttur. Diğer ülkeler üçüncü guruptadırlar. Türkiye'nin ÇSE'nin gelişmiş OECD üyeleri ile aynı davrandığı ilginç bir gözlemdir. Bu gerçeklik Türkiye'nin gelişmesinin makul ve olası maksimum limitlerde gittiğini ve daha öteye olabilecek hızlanmaların sadece aşın enflasyon ve sınıflar arası gelir dağılımındaki eşitsizliğin artmasına değil çevrenin bozulmasına da neden teşkil edeceğini göstermektedir. Şekil 2'de ÇSE'nin büyüme hızı ve nüfus artışı ile ilişkisi gösterilmektedir. Buna göre ÇSE büyüme hızı ile orantılı olarak değişmektedir. Bu da aslında dünyada gerçek anlamda sürdürülebilir gelişmenin başarılamadığını göstermektedir. Şekil 2 - ÇSE'nin Büyüme Hızı ve Nüfus Artışı ile Değişimi
Aralıklı havalandırmalı sürekli aktif çamur sistemlerinde azot gideriminin modellenmesi ve tasarımı

(Fen Bilimleri Enstitüsü, 1999) Hanhan, Oytun ; Orhon, Derin ; 100683 ; Çevre Mühendisliği ; Environmental Engineering

Son yıllarda özellikle layısal alanlarda ve hassas bölgelerde nutrient deşarjına yönelik standartlar giderek sıkılaştınlmaktadn-. Bu nedenle yeni kurulan atıksu arıtma tesislerinin bu esasa göre tasarlanması ve karbon giderimine çalışan eski tesislerin geliştirilerek azot giderimine çalışır duruma getirilmesi büyük önem taşımaktadır. Ortama verilen oksijeni kontrol ederek tek bir reaktörde değişken olarak aerobik, anoksik ortamlar oluşturmak sureti ile azot giderimi sağlamak mümkündür. Tek çamurlu aralıklı havalandırmalı sürekli aktif çamur sistemleri olarak adlandırılan bu sistemlerin en önemli avantajlarından biri azot giderimi tek bir hacimde gerçekleştiğinden karbon giderimine çalışan mevcut tesislere reaktör hacmi, boru vb. gibi ilave yatırımlar gerektirmeden uygulanabilmeleridir. Bu sistemler dışarıdan karbon kaynağı ilavesi ve nitrat geri devri ihtiyacını da ortadan kaldırdıklarından tek çamurlu önde ya da sonda denitrifikasyon sistemlerine göre belirgin üstünlük taşırlar. Aralıklı havalandırmalı aktif çamur sistemlerinin ilk yatırım ve işletme maliyeti diğer azot gideren sürekli sistemlere göre daha düşüktür. Aralıklı havalandırılan sistemde bir çevrim, birbirini takip eden aerobik ve anoksik fazlardan oluşur. Sistemin havalandınldığı aerobik fazda amonyak azotu nitrata dönüşür havalandırmanın kesildiği anoksik fazda nitrat, azot gazına indirgenir. Çıkış konsantrasyonları da buna bağlı olarak salınım gösterirler. Sistemin kararlı dengeye ulaşmasından sonra bir çevrimden diğerine çıkış konsantrasyonları sabit kalır. Sistemin spesifik parametreleri bir çevrim boyunca sistemin havalandınldığı zaman fraksiyonunu ifade eden havalandırma oranı AF ve bir çevrim süresinin hidrolik bekletme süresme oranını ifade eden çevrim süresi oranı CTR dır. Azot giderimine çalışan aralıklı havalandırmalı sürekli sistemler ile ilgili deneysel araştırmalar, sistem parametrelerinin proses performansı üzerine etkisi ve elde edilen azot giderim verimleri üzerine yoğunlaşmaktadır. Sistemin modellenmesine yönelik çalışmalar bulunmakla birlikte bu araştırmalarda dizayn parametreleri ile model arasındaki gerekli ilişki kurulmamıştır. Karşılaşılan problemler deneme yanılma metodu baz alınarak çözülmeye çalışılmakta ve temel prensipler dikkate alınmamaktadır. Sistem halen ampirik yaklaşımlar çerçevesinde dizayn edilmektedir. Bu kapsamda, bu çalışmanın amacı aralıklı havalandırmalı aktif çamur sistemlerinde xiii azot giderim mekanizmasının esaslarının incelenmesi ve sistem tasarımı için güncel ve rasyonel yaklaşımın geliştirilmesidir. Tam karışımlı aerobik anoksik değişken sistemlerin doğru dizayn edilebilmesi ancak çok bileşenli modeller yardımıyla mümkündür. Bu çalışmada çok bileşenli Orhon, Artan modeli baz alınarak kesikli havalandırmalı aerobik anoksik aktif çamur sistemler için bir tasarım modeli geüştirilrniştir. Model simulasyonu çerçevesinde değişen tasarım ve işletme parametreleri için sistemin davranışı incelenmiştir. Model sistem parametrelerinin optimizasyounun sağlamak üzere revize edilmiş ve revizyon modeli destekli aralıklı havalandırmalı sürekli aktif çamur sistemlerinde azot giderimi için spesifik ve rasyonel bir dizayn prosedürü geliştilmiştir. Bu prosedür baz alınarak uygulanan sayısal bir dizayn örneği de çalışmada yer almaktadır. Sonuç olarak aralıklı havalandırmalı sürekli aktif çamur sistemleri sundukları ekonomik alternatif ve diğer azot giderim sistemlerine kıyasla sağladıkları yüksek giderim verimi nedeniyle tavsiye edilmektedir. Ancak bu sistemlerin dizaynının mevcut ampirik yaklaşımlar ötesinde rasyonel bir baza dayandırılması ve sistem mekanizmasının temel prensiplerinin anlaşılması gerekmektedir. Bu çalışma çerçevesinde aralıklı havalandırmalı klasik aktif çamur sistemleri için geliştirilen model simulasyonu ile sistem parametreleri ve sistem mekanizması incelenmiş ve sistem için spesifik bir dizayn prosedürü oluşturulmuştur.

Gözat

Başlık ile FBE- Çevre Mühendisliği Lisansüstü Programı - Doktora'a göz atma

Sayfa başına sonuç

Sıralama Seçenekleri