LEE- Çevre Bilimleri Mühendisliği ve Yönetimi- Yüksek Lisans

Bu koleksiyon için kalıcı URI

http://hdl.handle.net/11527/19237

Gözat

Son Başvurular

Şimdi gösteriliyor 1 - 5 / 23
  • Öge
    Modelling of the leachate treatment plant with membrane bioreactor process
    (Graduate School, 2022-06-23) Delibaş, Cansu ; Öztürk, İzzet ; 501181755 ; Environmental Sciences Engineering and Management
    The widely used method of waste disposal is landfilling both worldwide and in Turkey. This method is conventionally adhered to regardless of the fact that it is the last, therefore the last desirable, step in the waste management pyramid. There are numerous negative effects of landfills, including, deforestation, greenhouse gas emissions, and groundwater pollution. Control systems are utilized for detection and minimization of environmental pollutants, such as the gas collection and leachate collection systems being installed during the construction phase. Methane (CH4), carbon dioxide (CO2) and various other low rate gases, along with highly polluted leachate are handled at well-designed landfill sites. Environmetal conditions and leachate properties may change over the course of the landfill life. Precipitation directly affects the leachate characteristics. High groundwater levels and leackage of the landfill leachate (LL) may result in groundwater pollution. Landfill properties may alter leachate characteristics; such as waste composition, pH and redox potential of the landfill. The literature shows, it is showen that increasing plastic usage affects the leachate composition. About 17 different plastic types are included in leachate with varying concentrations of 0.5-25 item in a liter of leachate. Another substantial factor affecting the leachate characteristics is landfill age. It directly alters the characterization of leachate pollution parameters; namely Chemical Oxygen Demand (COD), Biochemical Oxygen Demand (BOD), total nitrogen (TN), ammonium nitrogen (NH4-N), total phosphorous (TP), alkalinity, and pH. BOD or alkalinity levels are indicator of treatability. High BOD levels shows that the leachate can be well treated . In the new landfilled wastes, low-chain and weak organic molecules exist which are categorized as easily biodegradable. In the old aged leachates, heavy molecular weight matters are dominant. If BOD level of a leachate is low, this leachate is generally categorized as old with low treatability of old leachates is low. Additionally, phosphorous (P), alkalinity and organic matter addition is necessary for biological treatment of leachate. In terms of the COD parameter, medium-strength leachate is 16 times polluted than medium-strength domestic wastewater. The BOD/COD ratio is different for several leachate types because treatabilities vary. Landfill leachate is classified in 3 categories according to landfill age. Landfills with age of 5 years or less generate young leachate. When the landfill age is in between 5-10 years, leachate is categorized as medium. Old leachate results from 10 years and older landfills. The BOD/COD ratio is greater than 0.5 for young leachate, equal to 0.5 for medium leachate and less than 0.3 for old leachate. In summary, young leachate has the highest level of treatability while medium leachate is almost as high. Organic matter addition is possible sometimes in medium leachates. Old leachate has the lowest treatability. All the parameters change with landfill age as provided in the literature review section of thesis. This thesis investigates how different LL types affect the current treatment capacity of the leachate treatment plant.
  • Öge
    Kentsel 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 Yönetimi
    Azot 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.
  • Öge
    Valorization of olive mill effluent with oleaginous Yarrowia lipolytica
    (Graduate School, 2021-12-28) Perver Ceylan, Gamze ; Altınbaş, Mahmut ; 501181720 ; Environmental Sciences Engineering and Management
    More than 90% of world olive oil production takes place in Mediterranean countries. Therefore, the olive mill industry has an enormous role in their economy. However, due to the high amount of water requirement of olive oil production which depends on the preferred oil extraction method, a huge amount of wastewater origins from the olive mill industry which has adverse effects on land, aquatic, and air due to its high polluting structure in terms of organic and phenolic contents. For this reason, olive mil effluent (OME) must be treated in an appropriate way not only due to its flow rate but also since it contains a high concentration of pollutants. Treatment of wastewater should be carried out with the approach of valorization of wastewater during treatment. The sustainable energy requirement is an urgent need due to the dramatic increase in global energy consumption. The predictions indicate that the energy reserves of fossil fuels are not sufficient to meet the increasing future energy demand. What is more, due to the increment of fossil-based fuel, its adverse effects on the environment such as global climate change, deterioration of the ecological balance increase day by day. These negativities have turned the direction of scientific research to the search for clean and sustainable energy sources. Biodiesel is known as a non-toxic, sustainable, and biodegradable carbon source. These specialties provide biodiesel to be an alternative energy source to fossil fuels. Biofuels are produced from biological materials like not only plants or raw materials produced in many different sectors such as forestry or agriculture as a resource, but also some microorganisms such as yeast, algae, etc. Some yeast species have the ability to grow on OME and store extra lipid in their body while metabolizing the organic matter of OME to value-added products such as enzymes and organic acids. The previous studies say that the oleaginous yeast species Yarrowia lipolytica (Y. lipolytica) is capable of lipid accumulation up to 70%. Therefore, OME can be valorized by Y. lipolytica in this view while eliminating its pollution load. Besides, to compete with the conventional energy source in terms of energy yield, economic feasibility, and sustainability, lipid production from OME by using Y. lipolytica needs to be optimized. In this study, optimization of the satisfactory conditions for Y lipolytica to ensure maximum growth and lipid productivity on OME was aimed. Y. lipolytica was cultured in different mediums that contain OME in different concentrations, with/without ammonium and/or yeast extract addition to determine the optimum conditions for growth, and also lipid productivity. In addition to this, pollutant removal efficiencies were evaluated. In all trials, the YPD medium was also used for cultivation as a witness. The pH value of all the mediums was adjusted to 5.8±0.1 before cultivation. During cultivation, the growth of Y. lipolytica was monitored by OD600 measurement continuously. Before cultivation and after cultivation, conventional parameters COD, TKN, NH3-N, TP, VSS were measured. Furthermore, protein, carbohydrate, lipid composition, and FAME composition determinations were conducted. The maximum COD removal efficiency was achieved in the mediums containing 40% OME with ammonium or yeast extract addition with a 77±2% ratio while this ratio was 64±4% in the YPD medium. The average TKN removal efficiency was 51% in the OME mediums. On the contrary, this value was 25±4% in the YPD medium. The maximum TKN removal efficiency was achieved in the 100% OME mediums with yeast extract addition reactors as 78±2% ratio. What is more, the NH3-N removal efficiency of all media was 62% on average. While maximum and minimum ratios were 79±6% and 46±3.5% respectively. The average NH3-N removal ratio was 76±4% in the YPD medium. When ortho-p removal performance was examined, it can be said that the average removal efficiency was 65% in the OME mediums. This value was 87±5% in the YPD medium. The ortho-P removal performance of the 70%-100%+N, 100% OME in different COD/N ratios, and 100% OME with different yeast extract addition batches was higher than the average of all the other reactors while the maximum ortho-P removal efficiency was observed in this mentioned sets as 87±5%. The maximum net VSS value was observed as 7.2±0.5 g/L in 100 % OME with COD/N:75 medium. While average net VSS values were 7.5±0.5 g/L in YPD mediums. The average lipid value of the biomass obtained from OME mediums was 32.9%±1.6 while this value varied between 17.2%±3.6 – 59.7 %±1.3 as a minimum and maximum values respectively. The average lipid value of the biomass cultured in the YPD medium was 25.9±0.5%. The best lipid content was obtained in 100% OME mediums with no addition. It was observed that 100% OME medium without any dilution is appropriate for lipid accumulation of Y. lipolytica. Then it was followed by nitrogen-limited media with different COD/N ratios. Since the original 100% medium was nitrogen-limited with COD/N = 118 ratio, the results were mutually supportive. Although nitrogen deficiency has a negative effect on microbial growth, it triggers lipid storage capacity. The experimental results support this information. Growth of the Y. lipolytica was increased in the trials enriched with ammonium. On the contrary, the maximum lipid accumulation was achieved in the cultured from under the stress condition medium in terms of nitrogen. The produced net biomass in volatile suspended solid concentration, and lipid storage ratio of the bio culture grown on all the OME mediums were examined. In this view, both produced biomass, and lipid storage was quite satisfactory in the COD/N:75 mediums. The maximum lipid yield in terms of sufficient biomass and lipid accumulation was achieved in the COD/N mediums with 7.2±0.5 g VSS/L biomass and 49.7±1.7% lipid content. These results showed that Y. lipolytica has the ability to grow on the OME and store a sufficient amount of lipid while metabolizing the OME. FAME compositions were examined. The dominant FAME species were C18:1 and C16:1. Addition to this, C18:0, C16:0, C14:0, C15:1, C17:0, C17:1, C18:2, C18:3, C20:0, C20:1, C21:0 was also observed in a small portion. It can be said that for all trials of OME mediums, the composition of saturated fatty acid (SFA) is lower than the unsaturated fatty acids (MUFA + PUFA). The maximum SFA obtained from OME mediums was 35±1.5%. Furthermore, the total ratio of MUFA and PUFA produced in the OME mediums varied between 65% to 96% with an average value of 86%. Unsaturated fatty acid produced in YPD medium was averagely 96% which are not efficacious results. However, even the results were unqualified regarding the desired biodiesel quality, these results were in the same way as the previous studies conducted with Y. lipolytica and/or OMEs in the literature. Overall, after all the evaluations, it can be inferred that even though the suitability of OME for growth of Y. lipolytica in a sufficient way was proved, the obtained fatty acid from the studied OME mediums has not satisfactory quality in terms of the biodiesel usage. To improve biodiesel quality, further studies may be conducted.
  • Öge
    Gri 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 Yönetimi
    Doğal 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.
  • Öge
    Impact 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 Management
    Water 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.