Hidrolik- Ve/veya Metabolik Seçme-baskıları Etkisiyle Aerobik Granülasyon Oluşumu Ve Biyolojik Aşırı Fosfor Giderimindeki (bafg) Uygulamaları

Abstract

Aerobik granülasyon prosesi, farklı hidrolik-seçme baskılarıyla işletilen üç ardışık kesikli reaktörde (AKR) izlenmiş ve değerlendirilmiştir. Hava yukarı akış hızı haricindeki kesme kuvvetlerinin de önem taşıdığı belirlenmiş ve bunların granülasyon prosesine etkileri, çökeltim hızlarının düşük olduğu, ancak anaerobik fazdaki mekanik karıştırma nedeniyle aşırı (16.6cm/s) veya yüksek (6.5-4.3cm/s) kesme hızları uygulanan yayvan-tip reaktörlerde (HW/D=1.2) incelenmiştir. Çökeltme süresinin (veya hızının; 12.4-37.2cm/dak) etkisi ise, kesme kuvvetinin düşük tutulduğu (1.71cm/s) kolon-tip reaktörde (HW/D=10.3) çalışılmıştır. Aşırı durumlar önlendiği sürece hidrolik-seçme baskılarının granülasyonun tetiklenmesine/gelişimine yardım ettiği ve yeterince biyokütlenin oluşması durumunda metabolik/kinetik seçme-baskılarının prosesi desteklediği, aşırı durumlarınsa granülasyonun başlamasını engellediği veya kararlılığını bozduğu belirlenmiştir. Kolon-reaktörde oluşan yüksek-pH kazası sonrası gerek karbon ve fosfor giderimi açısından, gerekse granül makro-yapısı ve çökelme özellikleri (ÇHİ<40-60mL/g) bağlamında gözlemlenen hızlı iyileşme (2-18gün), granüler biyokütlenin üstünlüklerine işaret etmektedir. DGGE ve FISH yöntemleriyle izlenen mikrobiyal topluluk profillerindeki değişim, granülasyon prosesindeki değişimlerle paralellik göstermiştir. DGGE sonuçları, biyokütlenin floküler durumdan granüler yapıya evrilmesinin sadece makro-yapısal düzeyde değil filogenetik bazlı topluluk yapısı bağlamındanda da gerçekleştiğini göstermektedir. Aşırı biyolojik fosfor giderimine (BAFG) çalıştırılan ve hidrolik-seçme baskılarının düşük tutulduğu üçüncü bir yayvan-tip AKR’de münferit bir aşırı kesme kuvveti oluşumu, sistemde granülasyonu tetikleyen fiziksel unsur olmuş; proses, yükseltilen havalandırma hızı ve düşürülen çökeltme zamanı ile desteklenmiştir. Granülasyonu destekleyen metabolik-seçme baskıları (2-saatlik anaerobik faz, 1-saatlik anaerobik besleme, girişte 15-21.4mgKOİ/mgPO4-P), sistemde anaerobik olarak karbon depolayan, aerobik olarak yavaş çoğalan ve fosfor gideren PAO’ların seçilmesini de garantilemiştir. Sistemde, kararlı aerobik granüler biyokütle ile (ÇHİ<40-50mL/g), %95, %99 ve %71’lik karbon, fosfor ve azot giderimi elde etmek olanaklı olmuştur. Mikroskopik incelemeler, biyokütlenin morfolojik açıdan yüksek bir çeşitlilik arz ettiğini göstermiştir. Sistemdeki baskın türün, geleneksel morfolojileri ve fenotipik özellikleriyle çubuksu PAO’lar olduğu belirlenmiştir.

Aerobic granulation process was monitored and evaluated in three SBRs operated with different hydraulic-selection pressures. Shear rates other than superficial upflow air velocity were of significance, and their impact on granulation process was studied in the wide-type reactors (HW/D=1.2), subjected to extreme (16.6cm/s), or considerably high shear (6.5-4.3cm/s) due to mechanical mixing (anaerobic phase), while settling velocities were relaxed. Impact of settling time (or velocity; 12.4-37.2cm/min) was studied in the bubble-column SBR (HW/D=10.3), where shear rate was relaxed (1.71cm/s). Hydraulic-pressures promoted initiation/progress of granulation unless extreme conditions were avoided, and metabolic/kinetic selection-pressures supported the process if enough biomass was obtained, yet extreme conditions prevented initiation- or disturbed stability- of granulation. Rapid biomass recovery (2-18days), after an extreme pH incident in the SBBR, both in terms of C- and P-removal performances, and of granule macro-structure and settling properties (SVI<40-60mL/g), was a direct evidence showing the merits of granular biomass. Results from community profiling via DGGE and FISH were closely related with those of initiation/progress of granulation. DGGE data showed that evolution of the biomass from floccular to granular state was not only in terms of macro-structure, but also in terms of phylogeny-related community structure. A third wide-type SBR was operated for EBPR. Hydraulic-selection pressures were considerably relaxed, and a one-time extreme shearing effect was the initial physical trigger for granulation, which proceeded under a higher aeration rate and a lower settling time. Granulation was further promoted by metabolic-selection pressures (2-h anaerobiosis, feeding anaerobically for 1 h, influent C:P ratios of 15-21.4mgCOD/mgPO4-P), which also ensured proliferation of anaerobically C-storing, aerobically slow-growing and P-removing PAOs. It was possible to maintain a stable granular biomass (SVI<40-50mL/g) while securing 95%, 99% and 71% C-, P-, and N- removal efficiencies, respectively. Microscopic observations revealed a morphological diversity, with the dominant population being the rod-shaped PAOs with their conventional morphological and phenotypic characteristics.