Anaerobik Arıtmada Amonyak İnhibisyonu

Abstract

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.

The influences of pH and ammonia on methane production in the anaerobic treatment were investigated using two different sludge seeds. One of the seeds had a granular character whereas the other one had a floccular character. The sludge seeds used in the methanogenic activity tests were not exposed to high levels of ammonia at any stage before the tests. Four different pH values (6.8, 7.4, 7.8, 8.4) and six different TAN (Total Ammonia Nitrogen) values (262 mg/L (control), 1000, 1500, 2000, 2500, 3000) were used in the study. Cumulative methane production curves for both of the sludge seeds were obtained using the biogas production curves at four different pH values and six different TAN values. The modified Gompertz equation employed as a model for cumulative methane productions. It was concluded that this equation fits a large fraction of the data very well. At certain combinations of high pH and high TAN values, however, the cumulative methane production data manifested an initial “hump” that cannot be predicted using the Gompertz equation. For both sets of data obtained in this work, the methanogenic activity decreased exponentially with increasing TAN values. It was decided therefore to use the exponential expressions to model the inhibitory effects of ammonia and ammonium ion on the methanogenic activity. The normalized Michaelis pH function is employed to model the direct inhibitory effect of pH. The exponential expression and the normalized Michaelis pH function are combined into a single equation to be used as the overall model. The proposed model accounts for the inhibitory effects of free ammonia, ammonium ion and pH separately, while satisfying the equilibrium relationship between ammonia and ammonium. It is shown that using such an overall model with parameters that are true constants facilitates the analysis of the experimental data considerably. For example the application of the model to calculate various quantities of interest (such as TAN50 (TAN concentration which decreases the methanogenic activity 50%) and optimal pH) is explained.