LEE- Çevre Bilimleri Mühendisliği ve Yönetimi- Yüksek Lisans
Bu koleksiyon için kalıcı URI
Gözat
Son Başvurular
1 - 5 / 65
-
ÖgePerformance tests of hybrid membrane bioreactor (IFAS MBR) system in different sludge and hydraulic retention time(Graduate School, 2024-07-08)In recent years, research has intensified on new treatment processes that occupy less space, are cost-effective, and provide highly efficient treated effluent quality due to the increasing volumes of water requiring treatment. Membrane technologies are at the forefront of these technologies. Particularly, Membrane Bioreactor (MBR) systems, which can be used as alternatives to conventional treatment systems in domestic wastewater treatment plants, have created a wide range of research opportunities due to their economic and easy operability. Membrane Bioreactor (MBR) systems are widely used in the treatment of domestic and industrial wastewaters. They are combined treatment systems where biological treatment using activated sludge is integrated with membrane filtration for solid-liquid separation. The MBR process primarily relies on the physical separation of treated water and activated sludge by membranes. Due to its high separation efficiencies, it involves the incorporation of a membrane module providing physical separation instead of the final sedimentation tank found in conventional domestic wastewater treatment plants, either submerged or externally integrated into the process. According to research, wastewater discharge from the Marmara Basin is approximately 5 million m3. According to data from the Ministry of Environment and Forestry, approximately 1.5 million m3 of this wastewater is discharged directly after preliminary treatment. With rapid population growth and industrialization, it is anticipated that this wastewater discharge will increase further in the coming years. In Istanbul specifically, due to spatial constraints, wastewater is only subjected to preliminary treatment before being discharged into the Sea of Marmara through deep-sea outfalls. Additionally, industries such as textiles, which generate a significant amount of wastewater, contribute to point source pollution in the Sea of Marmara. While the recent emergence of mucilage is believed to be nitrogen and phosphorus-related, efforts are needed to reduce the nutrient load entering the Marmara Sea. Action is required to address both water scarcity issues and promote resource recovery, as well as to upgrade existing systems to advanced biological treatment. In this context, the thesis in question has implications for reducing wastewater discharge and preventing marine pollution. At the current stage, it is imperative to upgrade conventional wastewater treatment plants to ensure the removal of nitrogen and phosphorus and to achieve treatment efficiencies sufficient for wastewater recovery in water intensive industries. In this regard, new technologies should be employed, and whenever possible, facility designs and equipment selections should leverage local resources. This approach aims to eliminate dependence on foreign sources in the environmental sector. Integrated Fixed-film Activated Sludge (IFAS) is a relatively new wastewater treatment technology that offers various advantages over traditional activated sludge technologies. It involves the addition of a growth media to the activated sludge tank to facilitate biomass growth and enhance the treatment process. The added media can be fixed or free-floating. The technology is relatively new and can be installed as an upgrade to an existing facility or built anew. The IFAS treatment process combines traditional activated sludge and biofilm technologies in a single reactor. It offers a performance increase of up to about 40% without the need to add new aeration tanks to existing systems. IFAS adds a high surface area to the activated sludge tank, providing additional biomass and increasing the rate of microbial growth.This not only increases the sludge age but also ensures high-performance wastewater treatment. Within the scope of the thesis, the combination of MBR (Membrane Bioreactor) and IFAS (Integrated Fixed-film Activated Sludge) systems within a single system is planned to enhance the efficiency of the membrane system. In this regard, utilizing the film attachment feature offered by IFAS, low F/M (Food to Microorganism) ratio filtration is conducted in the membrane tank, thereby increasing flux rates and reducing transmembrane pressure. Additionally, due to the high microbial attachment, high-efficiency wastewater treatment can be achieved in small footprint areas hydraulically. This situation will provide numerous advantages, especially in areas with spatial constraints, during the revision of conventional wastewater treatment plants to advanced biological wastewater treatment plants and in capacity expansions, enabling much more wastewater treatment in the same volume. Within the scope of the thesis, a 500 L/day capacity IFAS MBR system was designed and constructed. The designs of the systems were created using a 3D drawing program. Wastewater feed to the IFAS MBR system was introduced from beneath the fixation materials placed within the biological pool, ensuring homogeneous distribution. The system was fed with real wastewater, with hydraulic feed gradually increased. In this way, organic and hydraulic loading rates were determined for each system, identifying the maximum wastewater quantities that could be treated. Additionally, within the thesis scope, the IFAS MBR system was operated at different sludge ages. It was observed that even at low sludge ages, as low as 5 days, the nitrification rate was high in the IFAS MBR system operated at different sludge ages. Another promising feature of the IFAS MBR system is its ability to achieve high nitrification rates and total nitrogen removal even at low sludge ages. Since the majority of discharges into the Sea of Marmara consist of domestic wastewater, the IFAS MBR system will be utilized for domestic wastewater treatment within the ITU Ayazaga Campus. Subsequently, this system can be adapted for the treatment of various types of industrial wastewater as well. Within the project scope, the efficiency of the membrane system was enhanced by combining the MBR system with the IFAS system within a single system. In this regard, low F/M ratio filtration was achieved in the membrane tank using the film attachment feature offered by IFAS, thereby increasing flux rates. The integrated use of the IFAS system with the MBR system is not widely documented in the literature, thus contributing valuable information to the field. Operating the hybrid IFAS MBR system within the project will reduce the footprint of wastewater treatment facilities, facilitating the revision of existing systems. This means that advanced biological treatment can be achieved at much higher capacities using existing conventional systems.
-
ÖgeTuzluluk, sülfat ve kurşun içeren kentsel atıksuların membran biyoreaktörlerde arıtımında quorum quenchıng mekanizmasının incelenmesi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2024-07-08)Hızla artan dünya nüfusu ve gelişen sanayi, doğal kaynakların orantısız bir şekilde tüketilmesine yol açmakta ve bu durum, iklim değişikliği ve su kıtlığı gibi önemli çevresel sorunları beraberinde getirmektedir. Artan su kıtlığına sürdürülebilir çözümler arayışı kapsamında öne çıkan membran biyoreaktörler (MBR), atıksuların membran sistemleriyle arıtılarak sulama amaçlı geri kazanımını sağlamaktadır. MBR sistemleri, umut verici bir çözüm sunmalarına rağmen, tıkanmadan kaynaklanan sınırlamalara sahiptir. Bu tıkanmaların büyük çoğunluğu, membran yüzeyinde biyokütlenin tutunarak birikmesi sonucu oluşan biyokirlenmeden kaynaklanmaktadır. Mikroorganizmaların bulundukları ortamlarda birbirleriyle iletişim kurarak yeterli sayıya ulaştıklarında topluluk davranışları sergilemeleri bilim dünyasının keşfettiği bir gerçektir. Biyofilm oluşumu, mikroorganizmaların en temel topluluk davranışlarından biridir. Bu organizmalar, bir araya gelerek dış etkilere karşı korunma ve yaşam döngülerini sürdürebilme amacıyla "Quorum Sensing" (Yetersayı etkisi) mekanizmasını kullanırlar. Ekolojik ortamlar içerisinde, iletişim sinyalleri üretebilen türler olduğu gibi, bu sinyalleri besin kaynağı olarak kullanabilen türler de mevcuttur. Bu türler, sinyal moleküllerini besin olarak kullanırken, bir araya gelmeye çalışan diğer türlerin iletişim süreçlerini de kesintiye uğratmaktadır. Bu bakterilerin mekanizmalarının, belirli amaçlar doğrultusunda kullanılması ise, yeni bir kavram olan "Quorum Quenching" (Yetersayı etkisini azaltma) olarak adlandırılmaktadır. Bu tez çalışmasında, endüstriyel atıksuların arıtımında kullanılan membran biyoreaktörlerde (MBR) Quorum Quenching (QQ) mekanizmasının entegrasyonunu ele alarak, bu yöntemin biyoreaktör sistemlerinin operasyonel verimliliğini ve dayanıklılığını artırma potansiyeli incelenmiştir. Geleneksel MBR sistemlerinde sıklıkla karşılaşılan ve sistem performansını olumsuz etkileyen biyofilm oluşumu ve biyotıkanma gibi sorunlara çözüm bulmak amaçlanmıştır. Endüstriyel atıksu arıtımı, değişken kirlilik yükleri ve zorlu operasyonel koşullar nedeniyle MBR teknolojilerinde önemli zorluklar oluşturmaktadır. Bu tez, QQ mekanizmasını kullanarak, mikroorganizmalar arası iletişimi baskılayarak biyofilm formasyonunu önleyip, membran yüzeylerinde biyotıkanmayı azaltmayı hedeflemektedir. Bunu yaparken bir yandan ensütriyel atıksularda bulunan toksisite etkisi olan bazı kirletici parametrelerinin bakteriyel QQ mekanizmasına olan etkisi araştırışmıştır. Araştırma, QQ mekanizmasının MBR sistemlerine entegrasyonunun, biyokirlenme oranını düşürdüğünü ve atık su arıtım verimliliğini artırdığını göstermiştir. Çalışma, laboratuvar ölçekli deneyler ve kontrol gruplarıyla karşılaştırmalı analizler kullanılarak yürütülmüştür. QQ entegre MBR sistemlerinin (QQ-MBR), konvansiyonel MBR sistemlerine kıyasla daha düşük biyofilm oluşumu ve daha yüksek kirlilik giderim verimliliği sergilediği tespit edilmiştir. Ayrıca, QQ-MBR sistemlerinin, özellikle ağır metal ve organik kirleticilerin etkili olduğu atıksuların arıtımında da membran biyokirlenmesini azaltarak üstün performans gösterdiği belirlenmiştir. Sonuç olarak, bu tez QQ mekanizmasının MBR sistemlerine entegrasyonunun, endüstriyel atıksu arıtımında önemli bir yenilik olarak değerlendirilebileceğini ve bu entegrasyonun sistemin genel sürdürülebilirliğine ve ekonomik verimliliğine katkıda bulunabileceğini önermektedir. Ayrıca, bulgular, biyotıkanma ve enerji tüketimi gibi operasyonel maliyetleri azaltma potansiyeline işaret etmekte, bu sayede atıksu arıtımının genel maliyetinin düşürülmesine yardımcı olabileceğini vurgulamaktadır.
-
ÖgeHareketli yataklı reaktörlerde antienflamatuvar yapıdaki mikro kirleticilerin gideriminin araştırılması(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2024-06-28)Dünyadaki nüfus artışı, sanayinin gelişimi ve kimyasalların üretimi ve tüketimi, çevre kirliliğine sebep olmaktadır. Bu sebeplerin meydana getirdiği sorunlardan biri temiz su kaynaklarının azalmasıdır. Eğer su tüketiminde dikkatli olunmazsa temiz su ihtiyacının artacağı ve dünya nüfusunun %60'ının su kıtlığı ile karşı karşıya geleceği öngörülmektedir. Bu sebeple gelecek yıllarda suyun ıslahı ve yeniden kullanımı kaçınılmazdır. Dolayısıyla atık suların iyileştirilmesi için atık sulara karışan kirleticilere göre arıtma yöntemlerinin geliştirilmesi gerekmektedir. Atık sulardaki bu kirleticilerden biri de mikrokirleticilerdir. Mikrokirleticiler, doğa ve insan yaşamına toksik ve istenmeyen etkileriyle yaşam kalitesini düşüren mikro boyutlu kirletici maddelerdir. Bu mikrokirleticilerden, steroid yapıya sahip olmayan antienflamatuar farmasötiklerin atıksu arıtma tesislerinde giderilmesi için çalışılmaktadır. Bu kirleticilerin atıksu arıtma tesisinde ne kadarının arıtıldığı bilinmediğinden dolayı doğaya karıştığı konsantrasyon ilgi konusudur. Bahsedilen mikrokirleticilerin çevreye verdiği zararı en aza indirebilmek için literatürde çeşitli arıtma yöntemleri bulunmaktadır. Atık su arıtımında biyolojik arıtma prosesleri oldukça önemlidir. Genellikle kullanılan prosesler, askıda büyüyen sistemler (Aktif çamur prosesleri v.b.) ve biyofilm sistemler (Damlatmalı filtreler v.b.) şeklinde ikiye ayrılır. Günümüzde arıtma etkinliğini ve verimliliği artırmak için iki sistemin iyi özellikleri bir araya getirilerek hibrit sistemler üzerine yapılan çalışmalarda önemli artış gözlemlenmektedir. Hibrit sistemlerden biri, Hareketli Yataklı Biyofilm Reaktörlerde (MBBR) mikrokirleticilerin giderimi sürecidir. Bu MBBR süreci Norveç'de 1980'lerin sonlarında, Norveçli Kaldnes şirketi tarafından geliştirilmiştir. MBBR; performansı, etkin oluşu, maliyeti, kompakt ve kullanım kolaylığı ile halen geliştirilen bir süreçtir. Tez çalışması kapsamında, ilk bölümde atık sulardaki mikrokirleticiler ve onların zararları ile birlikte, bu kirleticilerin giderimini sağlayan arıtma prosesleri üzerine literatür incelemesi verilmiştir. Ayrıca tezin amacı ve hipotez bu bölümde verilmiştir. İkinci bölümde, mikrokirleticiler ve Hareketli Yataklı Reaktörler hakkında bilgi verilmiştir. Üçüncü bölümde MBBR de mikrokirleticilerin giderimi için materyal ve metot ile birlikte deneysel çalışma verildikten sonra sırasıyla sonuçlar ve değerlendirme bölümleri ile sonlandırılmıştır. Deneysel çalışmada, antienflamatuvar yapıdaki mikrokirleticilerden; Naproksen, ketoprofen, diklofenak, indometasin, ibuprofen ve mefenamik asit ilaç gruplarını ele alınmıştır. Sentetik evsel atıksu ile beslenen, evsel atıksu arıtma tesisi giriş atık suyu konsantrasyon oranları baz alınıp, deney laboratuvar ölçekli ardışık kesikli reaktörde (AKR) yürütülmüştür. MBBR sürecinde, mikrokirleticilerin gideriminin incelenmesi amacıyla kontrol ve mikrokirletici ilaveli hibrit reaktörlerin kurulumunda 6 L çalışma hacmindeki laboratuvar ölçekli silindirik cam reaktörler kullanılmış; sistemler 10 gün çamur yaşında ve 20±2°C sabit sıcaklıkta işletilmiştir. Hibrit reaktörler kurulurken dolgu malzemesi olarak aquaflex marka dolgu malzemesi kullanılmış ve %30 dolgu malzemesi oranında işletilmiştir. Reaktörler evsel atıksu eşdeğeri pepton karışımı sentetik atıksu ile beslenmiştir. Sistemler 2 çevrim olarak işletilmiş ve her çevrimde 150 mg/L KOİ eşdeğerinde substrat ve azot içeriği 60 mg/L olarak beslenmiştir. Kontrol reaktörü 217 gün mikrokirletici ilaveli hibrit reaktörü 150 gün süresince işletilmiştir. Kontrol ve mikrokirletici ilaveli hibrit reaktörlerin AKM, UAKM konsantrasyonları sırasıyla yaklaşık 1050 mg AKM/L ve 935 mg AKM/L; 798 mg UAKM/L ve 837 mg UAKM/L olarak ölçülmüştür. UAKM/AKM oranı ise sırasıyla 0,79 ve 0,88 olarak hesaplanmıştır. Her iki reaktörde de çözünmüş çıkış KOİ değeri 30 mg/L'nin altındadır. Amonyak azotu konsantrasyonu aklimasyon dönemi sonrası çıkış suyunda 8 mg N/L'nin altında ölçülmüştür. Elde edilen sonuçlar antienflamatuvar yapıdaki mikrokirleticilerin (İbuprofen, naproksen, ketoprofen, indometasin, mefenamik asit ve diklofenak) organik maddenin biyolojik olarak parçalamasında ve nitrifikasyon prosesi üzerinde kronik inhibisyon etkisinin olmadığını göstermiştir. Ayrıca, 400 mg/L KOİ eşdeğerinde konsantrasyonu ile beslenen hibrit sistemler için deneysel çalışma yapılmış ve sonuçlar çizelge ve şekillerle sunulmuştur.
-
ÖgeCalculation of nitrous oxide emissions of municipal wastewater treatment plants under dynamic loads with simulation models(Graduate School, 2024-07-11)In recent years, the urgent need to address environmental pollution has highlighted the importance of effective wastewater treatment processes. Municipal wastewater treatment plants (WWTPs) are complex systems where numerous biochemical processes are employed to remove pollutants from wastewater before it is released into natural bodies of water. The increasing global focus on environmental sustainability mandates these facilities to operate under stringent regulatory frameworks to minimize their ecological footprint, particularly concerning greenhouse gas (GHG) emissions. Among the various GHGs, nitrous oxide (N2O) is of significant concern due to its potent global warming potential, which surpasses that of carbon dioxide by nearly 300 times. Traditional methods of wastewater treatment are often not equipped to handle the dynamic nature of influent streams, which can vary dramatically in composition due to a variety of factors including seasonal variations, industrial discharges, and climatic conditions. This variability can hinder the efficiency of biological processes like nitrification and denitrification, which are crucial for the removal of nitrogenous compounds, consequently increasing the emissions of N2O. This thesis introduces an approach using simulation models to predict and mitigate N2O emissions in municipal WWTPs under dynamic loading conditions. The study utilizes the Sumo software to simulate the operations of a WWTP based in the Marmara Region, Turkey. By incorporating real-time data and simulating various operational scenarios, this research aims to understand the impacts of fluctuating influent characteristics on the efficacy of N2O emission reduction. The objectives of this thesis are to calibrate and validate a simulation model that can accurately forecast the behavior of N2O emissions under variable loading conditions; and to propose operational adjustments and system optimizations that can significantly reduce the emission of N2O. Modeling and simulation results successfully demonstrated the dynamic behavior of N2O emissions in response to fluctuating wastewater characteristics, emphasizing that dynamic loading conditions can significantly influence N2O emissions. Peak emissions were closely associated with transient peaks in influent loads. It was crucial for understanding how different operational conditions and varying influent characteristics impact GHG emissions from wastewater treatment processes. The study observed that OD-1, primarily operating under anoxic conditions, demonstrated a lower N2O emission rate compared to the others. This is attributed to its limited oxygen availability, which is less conducive to the formation of N2O. In contrast, OD-2, which alternates between anoxic and aerobic conditions via controlled aeration, showed a slightly higher rate of N2O emissions. This reactor's operational flexibility helps mitigate emissions but still presents challenges in maintaining low emission levels during transitions between anoxic and aerobic conditions. OD-3 and OD-4, consistently operated under aerobic conditions, recorded the highest N2O emissions among the four reactors. The consistent aeration in these reactors supports aerobic processes that are necessary for efficient breakdown of organic matter; however, it also facilitates conditions that favor N2O production. The study points out that the operational design of OD-3 and OD-4, while effective for organic removal, does not optimize the control of N2O emissions. The findings indicate a clear relationship between the operational mode of each reactor and its N2O emissions, underscoring the importance of reactor configuration and management in controlling greenhouse gas emissions from WWTPs. Considering the information obtained from the simulation studies, it can be said that it is necessary of optimizing operational parameters like aeration rates and internal recycling flows to mitigate conditions conducive to N2O production. The study suggests that flexible operational strategies that can be adjusted in real-time based on the loading conditions are essential for reducing N2O emissions effectively. Furthermore, the thesis recommends the exploration and adoption of advanced nitrogen removal technologies, such as Anammox, which could potentially reduce N2O emissions further. This comprehensive analysis not only addresses the challenges of managing N2O emissions but also promotes the critical role of innovative operational strategies and ongoing research in advancing environmental management practices.
-
ÖgeCalculation of the carbon footprint of valex vegetable tannin product used as an alternative chemical in the tanning process in the leather industry and reduction proposals(Graduate School, 2024-06-11)The primary objective of this thesis is to calculate the carbon footprint of the Valex vegetable tannin product, used as an alternative chemical in the leather tanning process, and to propose reduction strategies. The study focuses on analyzing the production processes of Valex in the Aegean Region of Turkey, specifically Manisa, and aims to quantify the carbon dioxide equivalent (CO2e) greenhouse gas emissions. The carbon footprint calculation is grounded in the GHG Protocol and the ISO 14064- 1 and ISO 14067 standards. The scope of this research includes examining the importance of the leather industry, identifying the sources of greenhouse gas emissions within the industry, and evaluating the environmental impact of the Valex vegetable tannin product compared to traditional tanning agents. The study highlights the significant contribution of the leather industry to global greenhouse gas emissions and emphasizes the need for sustainable practices. To achieve its objectives, the study meticulously analyzes the production stages of Valex, from raw material collection to the final product. This includes the collection and transportation of acorns, their processing into tannin, and the emissions generated at each stage. By identifying the major contributors to the carbon footprint, the study proposes strategies to reduce emissions, such as optimizing energy consumption and exploring alternative fuels. The findings of this thesis aim to provide insights into the environmental impacts of the Valex vegetable tannin product and offer recommendations for reducing the carbon footprint of the leather industry. By comparing Valex with other materials, the study seeks to understand its advantages and suggest improvements for more sustainable leather production practices. In conclusion, this research contributes to the literature by evaluating the environmental performance of Valex vegetable tannin and proposing methods to mitigate its impact. The results are intended to serve as a reference for future studies and practical applications, promoting more sustainable and eco-friendly practices in the leather industry.