Carbon And Nitrogen Removal In Municipal And Industrial Wastewater Using Membrane Bioreactors

Tez (Doktora) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2007Thesis (PhD) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2007Bu tez, membran biyoreaktör sistemlerinin azot gideriminde etkili olan ana mekanizmalarının değerlendirilmesi üzerine odaklanmış bir çalışmaya rapor etmektedir. Bu değerlendirmede iki ana unsur üzerinde durulmuştur (i) Membran biyoreaktörler esas olarak biyokütlenin tamamının sistem içinde tutulduğu ve geri devrettirildiği ve bu sayede yüksek biyokütle konsantrasyonlarının sağlandığı askıda çalışan bir aktif çamur prosesi olarak tanımlanmış, (ii) Bu kapsamda, ASM1 baz olmak üzere içsel solunum fazı yaklaşımına dönüştürülmiş yeni bir aktif çamur modeli geliştirilerek ölçüm sonuçlarının dinamik olarak modellenmesi ve kalibrasyonu yapılmıştır. Yüksek biyokütle konsantrasyonlarında difüzyonun sistem performansı ve denitrifikasyon üzerine olan önemli etkisi ortamdaki oksijen konsantrasyonuna bağlı olarak nitrifikasyon ve denitrifikasyonu regüle eden siviç fonksiyonları sayesinde başarı ile açıklanabilmiştir. Geliştirilen model sonuçları, ölçülen sonuçlar ile oldukça yüksek bir uyumluluk göstermiş olup bu da modelin güvenilirliğini teyit etmiştir. Bunun yanında tıkanmanın minimize edilmesi ve kimyasal rejenerasyon için ihtiyaç duyulan sürenin azaltılması için değişik bir işletme tekniği uygulanmıştır. 12 saat uzun süreli filtrasyonun ardından yüksek hava ile yapılan 10 dak yıkamanın, havalandırma sisteminin kaba habbecikli olması koşuluyla, membran yüzeyi üzerinden kek film tabakasının temizlenmesi ve sistemlerin uzun süreli bu şekilde işletimlerinde güvenilir bir metod olduğu ispatlanmıştır. Aktif çamurun membrandan süzülme işlemi bu yeni tekniğe göre rezistans modeli kullanılarak modellenmiştir. Fiziksel model, maksimum tıkanma rezistansı ve tıkanma hızı parametreleri kullanılarak başarı ile kalibre edilmiş ve sonuçlar ölçülen transmembran basıncı ve hidrolik geçirgenlik parametreleri ile uyum göstermiştir.This thesis reports a study focusing on evaluating major mechanisms that govern nitrogen removal in membrane bioreactors from domestic wastewater. Two items have been emphasized in this evaluation (i) MBR is basically regarded as an activated sludge process – a suspended growth bioreactor with total biomass recycle and substantially higher biomass concentration, (ii) In this context , an AS model, namely ASM1R modified for endogenous respiration is used for dynamic modelling and calibration of experimental results. The impact of diffusion through biomass which obviously exerts a significant effect on system performance and denitrification is evaluated with success using the adopted model by means of switch functions that regulate nitrification-denitrification with respect to dissolved oxygen concentration in the bulk liquid. The adopted model results fitted well against experimental results validating the reliability of the model. Furthermore, a different operational technique has been implemented for minimizing fouling and the time period needed for chemical regeneration. Prolonged continuous filtration for 12 h with increased air scouring for 10min has been proven to be a reliable operation mode for flatsheet membrane bioreactors provided that coarse bubble aeration system is used to create the crossflow velocity for the removal of the cake layer from the surface of the membrane. The filtration through the membranes have been modelled using the in series resistance model with the new operational technique. The physical model has been calibrated with success by using the max fouling resistance and the fouling rate constant parameters to fit the recorded transmembrane pressure and hydraulic permeability parameters.DoktoraPh