LEE- Çevre Bilimleri Mühendisliği ve Yönetimi- Yüksek Lisans
Bu koleksiyon için kalıcı URI
Gözat
Son Başvurular
1 - 5 / 16
-
ÖgeKüçüksu atıksu ön arıtma tesisi ileri arıtma alternatiflerinin değerlendirilmesi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023)Sınırlı bir kaynak olan su, nüfüs artışıyla birlikte artan kentleşme ve endüstrileşme sonucu, hızla tüketilmektedir. Bu tüketimle birlikte atıksuların doğrudan doğal ortamlara verilmesi çeşitli sağlık ve çevre problemlerine yol açmaktadır. Mevcut su kaynaklarının korunması için kirlenmelerinin önüne geçilmesi ve verimli bir şekilde kullanılması gerekmektedir. Dahası atıksuların arıtılıp su kaynaklarına deşarj edilmesinin önüne geçilerek, yeniden kazanılması gerekmektedir. İstanbul gibi kentleşmenin yüksek olduğu bir şehirde klasik arıtma sistemleri için gerekli olan alan ihtiyacı karşılanamamaktadır. Bu nedenle atıksuların aerobik granüler çamur ve membran biyoreaktör gibi daha az alan ihtiyacı olan yöntemlerle arıtılıp hatta geri kazanılması su kaynaklarının geleceği açısından önem arz etmektedir. Bu kapsamda Küçüksu Atıksu Ön Arıtma Tesisi detaylıca tanıtılarak evsel atıksuların arıtıldığı klasik sistemler açıklanmış ve bu sistemlere alternatif olan prosesler araştırılmıştır. Aerobik granüler çamur prosesi, özellikleri, granül oluşumu ve mekanizması, bunları etkileyen faktörler açısından araştırılmış ve dünyada uygulanan tam ölçekli çalışmalardan örnekler sunulmuştur. Küçüksu Atıksu Ön Arıtma Tesisi'ne gelen atıksuyun, aerobik granüler çamur prosesine göre tasarımı yapılmıştır. Tesis için gerekli olan alan ihtiyacının 11.520 m2 olduğu ve bu ihtiyacın tesisin yanında bulunan 37410 m2'lik alandan karşılanabileceği görülmüştür. Membran biyoreaktörler hakkında türleri, konfigürasyonları, membran türleri ve sistemleri hakkında bilgiler verilmiş ve avantaj ve dezavantajları araştırılmıştır. Tam ölçekli işletilen membran biyoreaktörler örnek olarak sunulmuştur. Günlük debi ve kirletici parametrelerine göre Küçüksu Atıksu Ön Arıtma Tesisi'ne gelen atıksuyun tasarımı yapılmıştır. Tesis için gerekli olan alan ihtiyacının 21.500 m2 olduğu ve gerekli olan alan ihtiyacının tesisin yanında bulunan alandan karşılanabileceği görülmüştür. Alan ihtiyacı ile birlikte iyi kalitede çıkış suyunun membran sistemlerle elde edilebileceği görülmüştür. Dahası laboratuvar ölçekli entegre sistem çalışmalarından örnekler verilmiştir ve bu entegre sistemlerin atıksuların yeniden kullanılabilmesi açısından önemli olduğu ve proseslerin verimini arttırdığı görülmüştür. Sonuç olarak, bu tez kapsamında Küçüksu Atıksu Ön Arıtma Tesisi için uygun olan proses olarak Aerobik Granüler Çamur ve Membran Biyoreaktör prosesleri belirlenmiştir. Bu proseslere göre tasarımları ve değerlendirilmeleri yapılmıştır.
-
ÖgeCritical evaluation for nitrogen removal performance of a stereotype activated sludge system under dynamic process conditions(Graduate School, 2021-12-28)In recent years, with the increasing population and the effects of global warming, the design, construction, and operation of domestic and urban wastewater treatment plants are carried out considering the treatment steps that provide nutrient removal. The most suitable treatment alternative to remove nutrients from wastewater in terms of applicability and cost are determined to be Biological Nutrient Removal processes. Because of the need for biological nutrient removal, stress caused by the nutrients and organic matter on receiving water environments are reduced and active sludge systems gain more and more attention moving forward. As widely known, highly complex biological reactions occur in activated sludge systems and although stable state conditions are generally used to simplify design calculations, active sludge systems operate under dynamic conditions. This indicates that input wastewater characterization as well as the inlet flow, various environmental factors (temperature, precipitation, etc.) and operating conditions vary depending on time. Therefore, various modeling tools are used to understand the treatment system more efficiently. With the modelling tools, it is possible to comprehend system dynamics and determine the rehabilitation, refurbishment and expansion requirements of existing treatment plants, while for the new plants, plant design can be optimized considering modeling outputs. Additionally, data from pilot-scale reactors can be evaluated through models and used to predict full-scale plant performance. To reflect the actual conditions at wastewater treatment plants, process simulators which provide guidance on determining the design principles of wastewater treatment plants, creating automation scenarios, choosing equipment, and evaluating process performance for both wastewater and sludge units, are used. The main purpose of this thesis is to evaluate the use of oxidation ditch reactors in series in terms of nitrification and denitrification processes and to model the actual behavior of an Oxidation Ditch (OD) system operated by following the pre-denitrification principles using input wastewater data collected from an urban wastewater treatment plant in the Marmara Region (Istanbul, Turkey) under dynamic conditions. Sumo software was used to model and simulate the wastewater treatment plant under dynamic conditions and the treatment efficiency of the plant in terms of nitrogen removal was examined. This thesis mainly focuses on nitrogen removal under dynamic conditions in a municipal wastewater treatment plant that employs four oxidation ditches located upstream of Bio-P tanks and operated in series. Although simultaneous nitriding denitrification principles apply to plant configuration due to oxidation ditches, the treatment plant is operated as a conventional active sludge system and considers pre-denitrification principles, which the first oxidation ditch is operated under anoxic conditions. The second oxidation ditch in the plant is operated under anoxic and aerobic conditions by controlling the diffusers (on/off), while the remaining two oxidation ditches are continuously aerated by the diffusers located at the bottom of the tanks and operated under aerobic conditions. In this context, a dynamic simulation was carried out using Sumo software for the entire oxidation ditch system. Bio-P tanks and final sedimentation tanks were included in the model to ensure system integrity, but only the nitrogen removal efficiency of oxidation ditch reactors was examined within the scope of this thesis. Modeling and simulation results confirmed that the minimum nitrate production rate occurred in the first oxidation ditch due to lack of aerobic environment. It was also examined that the nitrate recirculated from the fourth oxidation ditch to the first oxidation ditch was consumed within this first reactor. Hence, transfer of recirculated nitrate to the second reactor does not occur. Additionally, it was confirmed by the modelling studies that nitrate is consumed within the first reactor only at rates of the recirculated nitrate. Even if the second OD reactor is operated under anoxic conditions to provide denitrification for the recirculated nitrate, the volume of the first oxidation ditch cannot be used efficiently, because the recirculated nitrate from the fourth OD to the first OD is very low due to simultaneous nitrification denitrification occurs in the remaining reactors. In addition, results confirmed that the highest nitrate consumption rate was achieved within the first reactor, while this is followed by the second, third and fourth reactors, respectively. Nitrate production and utilization rates were determined through model outputs, which were very close in the second oxidation ditch due to operating conditions and creating both anoxic and aerobic zones, while in the third and fourth reactors, the difference between these rates increases due to decreased anoxic volume. Considering the information obtained from the modeling studies, it can be stated that the system is divided into two parts as the first oxidation ditch reactor and the remaining tanks (OD-2, OD-3 and OD-4). This is because nitrate can be removed from wastewater in OD-1 reactor only at a rate and an amount of the recirculated nitrate, which is determined to be low due to simultaneous nitrification denitrification occurred within the remaining OD reactors. Hence, the first oxidation ditch reactor volume, operated under anoxic conditions to provide denitrification, is not used effectively, and does not fit for purpose. Therefore, it was recommended that the optimization of the system could be achieved by operating four oxidation ditches in parallel with the principles of simultaneous denitrification nitrification. In addition, it is envisaged that this will also provide flexibility to plant operators in case of maintenance works etc., and the treatment system can be operated without interruption even if one of the tanks is out of operation. It may also be beneficial to select simpler and more efficient treatment systems for the plant configurations to prevent such treatment complications in the future.
-
ÖgeGri suyun ozon, perokson ve kimyasal destekli ön arıtma prosesleri ile arıtılması(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023)Günümüzdeki dünya nüfusunun yirminci yüzyıl ortalarındaki nüfusa göre üç kat daha fazla olduğu bilinmektedir. 1950 yılından bugüne kadar artarak büyüyen dünya nüfusu 2023 yılı itibariyle 8 milyara ulaşmıştır. 2059 yılına kadar dünya nüfusunun 10 milyarın üstüne çıkması öngörülmektedir. Hızla artan dünya nüfusu insanların temiz su kaynaklarına ulaşmasını günden güne zorlaştırmaktadır. İklim değişikliği ile yaşanan son kuraklıklar yaşam için ciddi bir tehdit oluşturmuş ve dünya çapında su kıtlığı yaşayan ülkelerin sayısı artmıştır. Bu durum sonucunda alternatif su kaynağı arayışı başlamıştır. Arıtılmış su geri kazanımı bu bağlamda alternatif su kaynağı olarak değerlendirilmektedir. Evsel atıksuların tek bir akım halinde toplandığı geleneksel atıksu toplama sistemleri yerine akım ayrımı prensibi ile çalışan güncel uygulamalar gün geçtikçe yaygınlaşmaktadır. Sürdürülebilir su kullanımı, alternatif kaynak arayışında ve doğal kaynakların kontrollü kullanılmasında etkin rol oynayan bir uygulamadır. Ekolojik evsel atıksu yönetimi (ECOSAN), evsel atıksuların farklı bileşenlerinin ayrık akımlar halinde toplanmasını önermektedir. Bu sistemle birlikte atıksuların değerli bir kaynak olarak kullanımı ve bunun neticesinde sürdürülebilir su kullanımı sağlanabilmektedir. ECOSAN prensibinde evsel atıksular iki veya üç bileşene ayrılarak toplanabilmektedir. Evsel atıksuyun üç akım halinde ayrı toplanması durumunda atıksu bileşenleri; gri su, sarı su ve kahverengi sudur. Gri su, evsel atıksuların tuvalet suları dışında kalan banyolardan, duşlardan, el yıkama lavabolarından, mutfak lavabolarından, çamaşır ve bulaşık makinelerinden gelen kısmı olarak tanımlanmaktadır. Gri sular evsel atıksuların %75'lik kısmını oluşturmaktadır. Gri su, yüksek hacim potansiyeli ve kirlilik yükünün geleneksel evsel atıksulara oranla daha düşük olması sebebiyle değerli bir yenilenebilir su kaynağıdır. Kirlilik yükünün az olması sebebiyle geleneksel evsel atıksulara göre gri suların arıtılması daha kolaydır. Gri su arıtma süreçleri; arıtılmış su geri kazanımı için düzenleyici standartları sağlamalı ve organik bileşikler ile patojenlerin giderimi açısından etkili olmalıdır. Gri su arıtımı ve geri kazanımı için; doğal arıtma sistemleri, filtrasyon gibi fiziksel arıtma sistemleri, kimyasal ve biyolojik süreçler dahil olmak üzere çeşitli teknolojiler uygulanmaktadır. Bu arıtma prosesleri ile sulama ve tuvalet sifon suyu gibi içilebilir olmayan gri suyun geri kazanımına yönelik düzenleme ve gerekliliklerin yerine getirilmesi amaçlanmaktadır. Bu çalışma kapsamında, 1000 kişi kapasiteli ve günlük ortalama debisi 40-50 m3/gün aralığında olan bir otelden temin edilen gri suyun arıtımı incelenmiştir.
-
ÖgeGeri dönüştürülmüş agrega kullanımının çevresel etkilerinin yaşam döngüsü değerlendirme (YDD) yöntemi ile değerlendirmesi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-11-03)Dünya çapında yaşanan hızlı kentleşme ve kentsel dönüşüm ile birlikte, inşaat ve yıkım atıklarının (İYA) oluşumu hızlı bir artış ile önemli miktarlara ulaşmıştır. Bu artış nedeniyle gelişmiş ve gelişmekte olan ülkeler, çevresel baskı altına girmiştir. İYA'da bulunan beton, tuğla, alçı, ahşap, cam, metaller, plastik, solventler, asbest ve hafriyat toprağı da dahil olmak üzere çoğu geri dönüştürülebilinir özellikte olup ham madde kullanım olarak yüksek kaynak değerine sahiptir. Özellikle, İYA'dan elde edilen agregalar yol, drenaj ve diğer inşaat çalışmalarında yeniden kullanılarak değerlendirilmektedir. 2008/98/EC Atık Çerçeve Direktifi, 2020 yılına kadar İYA'nın %70'inin geri dönüştürülmesini hedefleyerek İYA ve geri dönüştürülmüş malzemelerin doğru yönetimini amaçlamaktadır. Sürdürülebilir inşaat sektörü için doğal kaynakların kullanımı azaltmak amacıyla, geri dönüştürülmüş agreganın (GA) inşaat projelerinde kullanılması gündeme gelmiştir. Bu çalışmada doğal agrega (DA) ile üretilen normal beton (NB) ve GA içeren geri dönüştürülmüş agregalı betonun (GDAB) çevresel etkileri karşılaştırılmalı olarak değerlendirilmiştir. Bu amaçla, Yaşam Döngüsü Değerlendirmesi (YDD) yöntemi kullanılmıştır. Çalışmanın çevresel etki değerlendirme modellemesi GaBi ve 4.3 yazılımı ile yazılımın "profesyonel database" veritabanı kullanılmış, etki değerlendirmesi CML 2001 yöntemiyle belirlenmiştir. YDD dört aşamadan oluşmaktadır. Yöntemin ilk aşamasında çalışmanın amacı ve kapsamı belirlenmiştir. Bu çalışmanın amacı, bir inşaat molozundan elde edilen geri dönüştürülmüş agreganın beton üretiminde kullanılmasının potansiyel çevresel etkilerinin araştrılması ve ayrıca NB üretimi ile karşılaştırmalı olarak değerlendirilmesidir. Modellemede, %50 GA içeriğine sahip GDAB için inşaat yıkımı sonucu oluşan molozun geri dönüşüm tesisinden kırma işlemine ardındanda beton santralinde beton üretimini kapsarken, %100 DA'lı NB oluşturmak için bir taş ocağından başlanarak kırma tesisinde kırma işlemi sonrası beton santralindeki beton üretim aşamalarına kadar olan işlemleri içermektedir. Bu çalışmada iki betonun basınç dayanımları incelendiğinde, fonksiyonel birim, C40-C50 aralığında 1 m³ NB ve C40-C50 aralığında 1 m3 GDAB olarak seçilmiştir. İkinci aşama olan envanter analizinde çalışma sistemindeki enerji, su hammadde kullanımı gibi girdi ve çıktılar hesaplanmaktadır. Envanter analizinde belirlenen girdi ve çıktılar, etki analizi aşamasında çevresel değerler üzerindeki etkileri değerlendirilmektedir. Üçüncü aşamada, bu çalışmanın çevresel etki değerlendirme için etki kategorileri seçilmektedir. Seçilen etki kategorileri; Abiyotik element tüketim potansiyeli (AETP), abiyotik fosil tüketim potansiyeli (ATPf), asidifikasyon potansiyeli (AP), fotokimyasal ozon oluşum potansiyeli (FOOP), ozon tabakası tükenme potansiyeli (OTTP), küresel ısınma potansiyeli (KIP), ötrofikasyon potansiyeli (ÖP), tatlı su canlılarına ekotoksitite potansiyeli (TCETP) ve karasal ekotoksisite potansiyeli (KETP)'dir. YDD'nin son aşaması olan yorumlama aşamasında iki farklı beton türünün çevresel etkileri yorumlanmış ve benzer YDD çalışmalar ile kıyaslanmaktadır. Elde edilen sonuçlar 1m3 GDAB üretiminin AETP'i 0,000415 kg Sb eşd., ATPf'i 1440 MJ, AP'i 0,516 kg SO₂ eşd., ÖP'i 0,29 kg PO₄ eşd., TCETP'i 0,472 kg DCB eşd., KIP'i 292 kg CO₂ eşd., OTTP'i 0,0000000217 kg CFC₁₁ eşd., FOOP'i 0,0526 kg C₂H₄ eşd., KETP'i ise 0,643 kg DCB eşd. olduğu görülmektedir. 1m3 NB üretiminin AETP'i 0,000427 kg Sb eşd., ATPf'i 520 MJ, AP'i 0,584 kg SO₂ eşd., ÖP'i 0,289 kg PO₄ eşd., TCETP'i 0,505 kg DCB eşd., KIP'i 300 kg CO₂ eşd., OTTP'i 0,0000000263 kg CFC₁₁ eşd., FOOP'i 0,0569 kg C₂H₄ eşd., KETP'i ise 0,703 kg DCB eşd. olduğu görülmektedir. GDAB üretiminin, ÖP etki kategorisi dışında NB üretimine göre çevresel etkisi daha az olduğu tespit edilmiştir. GDAB üretiminin ÖP etki kategorisi değeri, NB üretiminin ÖP etki kategorisi değerinden büyük olmasının sebebi GDAB üretiminde kullanılan süper akışkanlaştırıcı miktarının daha fazla olmasıdır. Bu çalışmada YDD değerlendirmesine ek olarak, maliyet analizi yapılmaktadır. 1 m³ NB ve GDAB üretiminin maliyet miktarı sırasıyla, 462,74 TL ve 474,427 TL'dir. 1 m³ GDAB üretimi 11,68 TL fark ile daha maliyetli olduğu tespit edilmektedir. Bunun nedeni GDAB üretiminde kullanılan doğal agreganın (agrega no:2) üretim ve taşıma maliyetidir.
-
ÖgeTreatment of sewage sludge by anaerobic membrane bioreactor technology(Graduate School, 2023-05-03)Wastewater treatment requires a substantial amount of energy to meet the discharge criteria. Energy can be recovered by anaerobic digestion of the produced sludge, which has a favorable impact on the energy balance. Conventional anaerobic digesters are constructed as completely mixed reactors operated at sludge retention times (SRTs) (< 30 days) to maximize solids conversion into biogas and sustain the methanogenic activity inside the reactor. In order to achieve a sufficient reduction of volatile solids (VS), anaerobic digesters are often constructed with huge volumes. Effective substitutes for conventional anaerobic digesters for the digestion of sludge are anaerobic membrane bioreactors (AnMBRs). Simply, AnMBR system is made up with the combination of a membrane and an anaerobic reactor. AnMBRs produce high-quality effluent, have a lower environmental impact, are resistant to toxic substrates, and have a high ability to transform carbonated organic molecules into biogas. AnMBRs can be operated at long SRT independent from hydraulic retention time (HRT), which allows the biomass to retain in the reactor for a longer time, thus results in higher digestion performance and biogas production. As an alternative to primary clarifier, high-rate activated sludge (HRAS) system, referred as adsorption stage (A-stage), was used since more organic matter can be recovered by A-stage. The biogas produced during the digestion of each sludge type and methane content were measured. The permeate quality was assessed. The filtration performance of an ultrafiltration (UF) membrane was also observed. The membrane area was 0.012 m2 and the flux was 5 L/m2.h. Morphological analyses were conducted to make a broader evaluation of membrane fouling. This study makes a comparative evaluation of the biogas production, treatment performance, and filtration performance of primary sludge (PS) and adsorption stage sludge (A-sludge) treated by AnMBR under mesophilic conditions. Finally, a plant-wide chemical oxygen demand (COD) mass balance was conducted to evaluate the COD conversion of each sludge type. Biogas production for PS was observed to be higher than for A-sludge, with average volumes of 5908 ± 352 and 5486 ± 238 mL/day, respectively. However, A-sludge contained a greater methane percentage (73%) in biogas than PS (62%). Similar COD removal efficiencies were obtained for each sludge type, approximately 96% for PS and 97% for A-sludge. Stable digester conditions in the digester were obtained, considering the optimum volatile fatty acids (VFA) to alkalinity ratio of nearly 0.08 found for each sludge type. Total nitrogen (TN) removal efficiency was 52.5% for PS, while nearly 19% was achieved for A-sludge. High total phosphorus (TP) removal efficiencies of 97% and 82% were acquired for PS and A-sludge, respectively. Total suspended solids (TSS) removal efficiency for each sludge was more than 99% thanks to the membrane, and almost no solids and fecal coliforms were found in the permeate. Extracellular polymeric substances (EPS) were found higher in AnMBR treating A-sludge. In correlation with this higher EPS, a higher capillary suction time (CST) value (293 ± 11 sec) was observed for the anaerobic sludge fed with A-sludge. Average transmembrane pressure (TMP) was higher for A-sludge (223 ± 51 mbar) in comparison to PS (171 ± 53). Morphological analyses of membranes were conducted following the operation period. Environmental scanning electron microscopy (ESEM) analysis revealed that a denser cake layer was observed on the membrane of the system fed with A-sludge, which may be correlated with the higher EPS content in the sludge of the system fed with A-sludge. A plant-wide COD mass balance was conducted in the study and revealed that A-stage integration can convert 34.5% of COD in the wastewater into methane, while primary clarifier integrated with AnMBR can recover only 19.9% of COD into methane. Consequently, in terms of energy efficiency, integration of AnMBR with A-stage instead of primary clarifier can be applied and contributes to the energy efficiency of wastewater treatment plants (WWTPs).