Biological ammonia removal from landfill leachate

Tez (Doktora) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2000Thesis (Ph.D.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2000Katı atık depolama alanlarından kaynaklanan sızıntı sulan sahip oldukları yüksek kirlilik içerikleri nedeniyle oldukça önemli çevre problemlerine yol açarlar. Sızıntı sularının depo alanından yeraltı suyuna ve çevresindeki yüzeysel sulara ulaşabilmesi bu kaynakların kirlenmesine ve sızıntı suyundan etkilenen bölgede toprak kirliliğine neden olur. Dolayısıyla katı atık depoloma alanında oluşan sızıntı suyunun çevreye zarar vermeden uzaklaştırılması için gerekli önlemlerin alınması zorunludur. Bu çalışmada, yüksek kirliliğe ve amonyak konsantrasyonuna sahip sızıntı sularından biyolojik azot gideriminin incelenmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla, Kemerburgaz Katı Atık Depolama alanında oluşan sızıntı suyunun ardışık kesikli reaktörde arıtımı incelenmiştir. Çalışma sızıntı suyunun karakterizasyonu, anaerobik -aerobik arıtımı, ardışık kesikli reaktörün azot giderim modeline simulasyonu ve sızıntı suyunun biyolojik ayrışabilirliğinin incelenmesi konularını kapsamaktadır. Sızıntı suyunun karakterizasyonu bir yıl içerisinde değişik mevsimlerde yapılmıştır. Çalışmada, depo alanının genç depo alanı özelliği gösterdiği ve sızıntı suyunun yüksek kirliliğe sahip bulunduğu gözlenmiş, atıksu karakterizasyonunun hidrolik faktörlerden oldukça fazla etkilendiği kanısına varılmıştır. Sızıntı suyu yüksek miktarda organik madde içerdiğinden, atıksu biyolojik azot gideriminden önce anaerobik reaktörde ön arıtmaya verilmiştir. Sızıntı suyunun anaerobik ön arıtılması yukarı akışlı çamur yataklı reaktörde izlenmiştir. Anaerobik arıtma çıkışı ikinci kademe aerobik arıtma girişi olarak kullanılmıştır. Azot giderimi amacıyla ikinci kademe arıtmada Ardışık Kesikli Reaktör (AKR) kullanılmıştır. Ardışık kesikli reaktör 24 saat döngülü; besleme, nitrifikasyon-denitrifikasyon ve çökelme olaylarının aynı kapta meydana geldiği, 5 L hacimli bir reaktördür. Sızıntı suyunun anaerobik arıtılmasında, asıl amacı aerobik azot giderimi öncesi ön arıtma olmasına rağmen, çalışma kapsamında hidrolik bekletme süresinin arıtma verimine etkisi, optimum bekletme süresinin belirlenmesi ve yüksek pH ve NH3 konsantrasyonunun arıtma verimine etkisi incelenmiştir. Çalışmada optimum bekletme süresi 2.35 gün olarak belirlenmiş ve %90'ın üzerinde arıtma verimi elde edilmiştir. Çıkış pH'sı 8 'in üzerinde serbest amonyak inhibisyonundan bahsetmek mümkündür. Ancak sistem çalışma süresince yüksek pH'ya alıştırılmış ve arıtma veriminde çok fazla düşme olmadan yüksek pH'larda işletilebilmiştir. Bu çalışmada, yüksek miktarda amonyak içeren sızıntı sularının arıtılmasında, arıtma verimi açısından ardışık kesikli reaktör teknolojisinin uygun bir teknoloji olduğu XI görülmüştür. AKR'de anaerobik ön antma görmüş sızıntı suyundan amonyak tamamen giderilmiş, sistemin TN gideriminin %90'm üzerinde olduğu hesaplanmıştır. Denitrifikasyon aşamasında karbon kaynağı olarak ham sızıntı suyunun kullanılabilirliğinin araştırıldığı çalışmada, ham sızıntı suyunun karbon kaynağı olarak kullanılabilmesinin, atıksuyun KOI/TKN oranına bağlı olarak genç depo alanları için uygun olduğu kanısına varılmıştır. Ancak depo alanı yaşlandıkça ham sızıntı suyu yerine kuvvetli endüsütriyel atıksulann kullanımının araştırılması önerilmiştir. Aerobik azot giderimi çalışmalarında çıkış KOİ değerleri deşarj limitlerinin üstünde kalmıştır. Bu durumun anaerobik ön antma görmüş atıksuyun çözünmüş inert KOİ oranının yüksek, kolay parçalanabilir KOİ oranının düşük olmasından kaynaklandığı biyolojik aynşabilirlik çalışmaları ile ortaya konulmuştur. KOİ'nin deşarj limitlerine kadar giderilmesi için, atıksuyun ozonlama, UV veya bir oksidanla oksitlenerek biyolojik olarak kolay parçalanabilirliği artırıldıktan sonra AKR'ye verilmesi veya AKR çıkışının kimyasal oksidasyondan sonra aerobik ileri arıtmaya verilmesi alternatiflerinin incelenmesi uygun görülmüştür. Ardışık kesikli reaktör azot giderimi modeline uygulanmış, nitrifikasyon ve denitrifikasyon proseslerini açıklayan yarı doygunluk sabitleri belirlenmiştir. Nitrifikasyon için yan doygunluk sabiti, Knh= 6 mg NH4+-N /L ve denitrifikasyon için, Kno= 0.2 mg NOx"-N/L bulunmuştur. Model ve işletme şartlannda elde edilen NR}+-N giderim profillerinden, aerobik periyod süresinin uzun olduğu ve bu sürenin zamanla kısaltılabileceği sonucuna vanlmıştır. The leachate produced sanitary landfill, can cause environmental hazards due to its very high concentration of contaminants. The production and migration of leachate from a landfill into groundwater and nearby surface waters causes the pollution of these sources and soil. For this reason, the treatment of landfill leachate is necessary prior to ultimate discharge. The aim of this study was to investigate the removal of biological nitrogen from sanitary landfill leachate containing high concentrations of organic compounds and ammonia nitrogen. In this context, the treatment of leachate produced Kemerburgaz Sanitary Landfill of Istanbul, was investigated in sequencing batch reactor. The study contains the characterization, anaerobic- aerobic treatment and biodegradability studies of leachate, and the modelling of sequencing batch reactor. The characterization of leachate was carried out in different seasons of a year. It was observed that the landfill was a young landfill and leachate had high concentrations of contaminants. The characterization of leachate was affected by various hydrological factors. Since the leachate contained high concentrations of organic matter, it was initially treated in anaerobic reactor, and then the effluents from anaerobic reactor were fed to the aerobic reactor for biological nitrogen removal. The up-flow anaerobic sludge blanket reactor (UASBR) was used in the anaerobic treatability studies and the sequencing batch reactor (SBR) was tested for the biological nitrogen removal. The SBR was operated intermittendly with a cycle time of 24 hours. The reactor was 5 L of liquid volume and the phenomena of feeding, nitrification- denitrification and settling occured in the same vessel. The anaerobic treatability studies of leachate contain the determination of optimum hydraulic residence time, the effect of hydraulic residence time, high pH and NH3 levels on the nutrient removal efficiency. The optimum hydraulic residence time was determined as 2.35 days and the COD removal efficiency of the UASBR was achieved as more than 90%. In the anaerobic treatment, the inhibition of free ammonia may occure when pH is greater than 8. In this study, anaerobic reactor was operated at high pH level without decreasing in removal efficiency and it was acclimated to elevated pH levels. In this study, it was observed that the sequencing batch reactor technology was an appropriate technology for the treatment of leachate with high concentrations of xin ammonia nitrogen. The ammonia nitrogen from anaerobically pre-treated leachate was completely removed and the total nitrogen removal in SBR was higher than 90%. In this study, the use of raw leachate as external carbon source in denitrification phase was also studied. Using raw leachate as external carbon source in the denitrification phase was appropriate for young landfills depending on COD/TKN ratios of the leachate. Discharge limits for the COD were not satisfied in the SBR treatment of the leachate. This was mainly due to the high soluble inert COD fraction of anaerobically pre-treated leachate. For this reason, additional post- treatment technologies including reverse osmosis or ozone oxidation are required to meet discharge limits to surface waters. The Sequencing Batch Reactor was simulated the model of nitrogen removal and the half saturation constants for nitrification and denitrification processes were determined. The half saturation constant for nitrification, Knh was 6 mg NH4+-N/L and for denitrification, Kno 0.2 mg NOx"-N /L. The results from NH4+-N removal graph showed that the duration of the aerobic period was long and it may be decreased. DoktoraPh.D