A Novel Application For Membrane Bioreactors At Limiting Operational Conditions Targeting Carbon Removal: Process Performance And Feasibility

Tez (Doktora) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2013Thesis (PhD) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2013Bu çalışmada, biyolojik atıksu arıtımında çok düşük çamur yaşı (0.5-2.0 gün) ve hidrolik bekletme süresi (0.5-2.0 sa) uygulanmak suretiyle, atıksudaki yalnızca çözünmüş formdaki kolay ayrışan organik karbon fraksiyonunun biyolojik olarak gideriminin sağlanması ve kalan partiküler formdaki organik fraksiyonunun oluşan çamurla birlikte enerji değerleri korunarak membran vasıtasıyla atıksudan ayrılması hedeflenmiştir. Laboratuvar ölçekli harici ultrafiltrasyon membran modülü uygulanarak sentetik atısu ile işletilen süper hızlı membran biyoreaktörsisteminin, stabil bir şekilde çalıştırılabildiği, sistemde çözünmüş mikrobiyal ürün üretiminin oldukça düşük seviyede olduğu ve sistemin çıkış suyunda minimum organik karbon ölçülecek şekilde yüksek karbon giderim verimi sağlayabildiği ortaya konmuştur. Reaktör içinde kalan ve çamur yaşına bağlı olarak artan çözünmüş organik madde, kalıcı mikrobiyal ürünler olarak nitelendirilmiş; bu durum substratın tamamının tüketildiğini gösteren respirometrik tesler ile de kanıtlanmıştır. Respirometrik testler substrat gideriminin biyolojik ayrışma kinetiğini ortaya koymuştur. Gözlenen oksijen tüketim hızı profillerinden, farklı çamur yaşlarında test edilen substratlar için farklı giderim kinetiklerini ifade eder nitelikte farklı eğriler elde edilmiştir. Respirometrik çalışmalardan elde edilen veriler ve model simulasyonları kinetik ve stokiyometrik katsayıların tahmininde kullanılmıştır. Mikrobiyal kominite analizleri, farklı çamur yaşında işletilen sistemlerde, mikrobiyal kompozisyonda farklılıklar olduğunu ve farklı substrat giderim kinetiklerinin enzimatik değişimden ziyade değişen mikrobiyal kompozisyondan kaynaklandığını göstermiştir.In this study, it was aimed to biologically remove only the soluble readily biodegradable organic fraction of wastewater by employing very short sludge age (0.5 – 2.0 d) and hydraulic retention time (0.5 – 2.0 h) and to separate the remaining particulate organic fraction together with the generated biomass from the wastewater by the membrane conserving their energy contents. It was shown that the laboratory-scale super fast membrane bioreactor equipped with external ultrafiltration module treating synthetic wastewater could be operated stably, the generation of soluble microbial product remained at minimum levels and the system could yield high carbon removal efficiency with minimum organic carbon levels observed in the effluent. The remaining soluble organic species in the reactor bulk, increasing with higher sludge ages were identified as residual soluble microbial products, also proven by the respirometric studies, which showed complete substrate utilization. Respirometric tests revealed the biodegradation kinetics of substrate utilization. The observed oxygen uptake rate profiles yielded different curves for tested substrates at different sludge ages, indicating different utilization kinetics. Data obtained from the respirometric studies and model simulations were used for estimation of the kinetic and stoichiometric coefficients. Microbial community analysis showed that there were changes in the microbial composition when the system was operated at different sludge ages, indicating different substrate utilization kinetics resulted from changing microbial composition rather than enzymatic machinery.DoktoraPh