30 Ekim 2012 | TEKNÄ°K MAKALE 51. Sayı (Ekim 2012)

Özlem Demir, Prof. Dr. Ayşe Filibeli Dokuz Eylül Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Mühendisliği Bölümü
Yasal sınırlamalar, çamur işleme ve uzaklaştırma maliyetindeki artışlar gibi sebepler, arıtma tesislerinde oluşan çamur miktarının azaltılmasına yönelik yeni stratejilerin araştırılmasını gündeme getirmektedir. Son yıllarda arıtma proseslerinde daha az çamur üretimi sağlamak için yapılan çalışmalar giderek hız kazanmıştır. Çamurun uzaklaştırılması ile ilgili yaşanan sorunları ortadan kaldırmaya yönelik, kaynakta çözüm arayışları gündeme gelmiştir. Çamurla ilgili problemleri çözmek için en ideal yol, üretilen çamurun sonradan arıtılması yerine, atıksu arıtma tesisinde çamur üretimini azaltmaktır. Çamur miktarının kaynağında azaltılması, arıtma tesislerinde çamur işleme ünitelerinin yatırım ve işletme maliyetinin azaltılması, taşıma maliyetinin minimize edilmesi ve bertaraf etme işlemlerinin kolaylaşması açısından oldukça önemlidir.
 Evsel/kentsel atıksuların arıtılmasında en yaygın kullanılan metot olan aktif çamur prosesinde, çözünmüş ve askıda organik kirleticilerin biyokütleye dönüşümü sonucunda aşırı çamur adı verilen büyük miktarlarda katı madde üretilmektedir. Üretilen bu çamurun belli bir arıtımdan geçmesi gerektiği için ilave birçok prosese ihtiyaç duyulmaktadır. Bu da büyük yatırım maliyetleri gerektiren büyük tesisler demektir. Daha da önemlisi, çoğu durumda bu tesislerin inşaası için yeterli alan mevcut değildir. Bu gibi durumlarda hem üretilen çamuru, hem de gerekli alan ihtiyacını minimize eden kompakt bir sistem olan membran biyoreaktörlerin kullanımı doğru bir yaklaşım olacaktır.
Membran biyoreaktörler (MBR)’in, klasik aktif çamur proseslerine göre daha az çamur üretimi, mükemmel çıkış suyu kalitesi, az alan kaplaması ve işletiminin esnekliği gibi avantajları vardır. Bu nedenle, son yıllarda atıksu arıtımı için alternatif bir biyolojik arıtım prosesi haline gelmiştir. Biyolojik arıtma ile birleşik membran teknolojisi, büyük bir kısmı biyolojik olarak parçalanabilir organik atıklara uygulanabilmektedir. Uzun bir çamur yaşında işletilen tipik bir membran biyoreaktör, aşırı çamur üretimini azaltabilir. Bir membran biyoreaktör yüksek bir organik yüklemede bile çıkış suyu kalitesini bozmadan her zaman yüksek çamur konsantrasyonunu sağlayan uzun bir çamur yaşını kolaylıkla sağlayabilir.
Membran teknolojisi, membran filtrasyon ile atıksudaki kirleticilerin biyolojik olarak  parçalanmasını birleştiren bir teknolojidir. Membran filtrasyon, organik ve inorganik kirleticilerin, evsel ve endüstriyel atıksulardan gelen biyolojik materyallerin etkin bir şekilde giderimini sağlar. Bir membran biyoreaktörde, membran gözeneğinden daha büyük biyokütleye ait tüm bileşenler tutulur. Klasik aktif çamur prosesinde son çöktürme tankında sadece aktif çamurun flok formunun bir kısmı çöker ve alıkonabilir. Membranfiltrasyon ile membran gözeneğinden daha büyük boyuttaki katı partiküllerin ayrılması, aktif çamurun çökelme kalitesinden bağımsızdır, sadece membrana bağlıdır. Bir membran biyoreaktörde, biyokütle kompozisyonu ve yapısı, bir klasik aktif çamur prosesinden gözle görülür derecede farklıdır. MBR’de hem flok yapıdaki hem de kolloidal haldeki mikroorganizmalar alıkonurken, aktif çamurda flok halinde olmayan mikroorganizmalar alıkonamaz. Membran biyoreaktörlerin performansı, membran materyali, modülün konfigürasyonu, membran işletim şartları (akış, transmembran basınç, yıkama vs.), biyolojik işletim şartları (sıcaklık, çamur yaşı) ve aktif çamurun özelliklerinden etkilenebilir. Aktif çamur askıdaki partikülleri çeşitli organizmalar, kolloidler ve çözünen maddelerden oluşur.
Membran biyoreaktörde MLSS konsantrasyonu, atıksu özellikleri ve diğer tasarım parametrelerine uygun konsantrasyona kadar artırılabilir. Daha yüksek çamur biyokütlesi, organik yüklemelerdeki dalgalanmalardan bağımsız olarak atıksu arıtımının stabil olmasına imkan verir ve tesis boyutunda bir azalma mümkün olabilir. Biyokütleyi çıkış suyundan ayırmak için membranların kullanılması, aynı zamanda biyokütleyi çöktürmek için büyük çöktürme tanklarına olan ihtiyacı da elimine eder ve böylece  sistem daha az yer kaplamış olur.
Bir başka deyişle, membran biyoreaktörler çamur yaşı ve hidrolik alıkonma süresi (HRT) üzerinde daha büyük bir kontrole sahiptir. Çünkü biyokütleyi ayırmak için graviteli çökelme yerine membran filtrasyon kullanılır. Bu da, daha az çamur üretimine neden olan daha yüksek çamur yaşı ve daha yüksek yükleme hızında işletime imkan tanır ve gerekli hidrolik alıkonma süresini kısaltır.
Aerobik sistemlerde, çamur verimini azaltmanın yollarından biri çamur yaşını artırmaktır. Mikroorganizmalar, organik substratı iki amaçla kullanırlar: Daha fazla biyokütle sentezi ve hücre bakımı. Mikroorganizmalar, enerjilerinin bir kısmını yaşamsal faaliyetlerini devam ettirmek için kullanırlar. Çamur üretimi, bu metabolizmanın aktivitesi ile ters orantılıdır. Bu metabolizma ne kadar çok çalışırsa o kadar az çamur üretilmiş olacaktır. Yaşamsal faaliyetleri devam ettiren bu metabolizmada substrat, yeni hücresel kütlelere dönüşmez. Substrat aerobik parçalanmanın son ürünleri olan karbondioksit ve suya dönüşmektedir. Hücre bakımı için gereken bu enerji, içsel metabolizma ile sağlanabilmektedir. İçsel metabolizmanın en büyük avantajı daha az biyokütle üretmesidir. İçsel metabolizmada, hücre bileşenlerinin bir kısmı yaşamsal fonksiyonlara enerji üretmek için okside edilir. İçsel metabolizma, çamur yaşının kontrolünü sağlayarak çamur üretiminin minimizasyonunu gerçekleştiren bir metottur. Gözlenen verim, içsel solunuma bağlı olarak gerçek verimden düşüktür. Bu işletim şeklinde, gelen tüm substratın büyüme yerine hücre bakımı için kullanılması ve böylece hiç veya çok az çamurun üretilmesi söz konusudur ve bu işletim, reaktör içinde düşük F/M oranına neden olan yüksek çamur yaşının meydana getirdiği substrat sınırlamasının olduğu şartları gerektirir.
Çamur yaşını artırma yoluyla çamur üretimini azaltmayı sağlamak için membran biyoreaktörler, alternatif bir yaklaşımdır. Membran biyoreaktörlerde, yüksek çamur yaşı ve düşük F/M oranına neden olan yüksek MLSS konsantrasyonunun sağlanması mümkün olmaktadır. Membran biyoreaktörlerde yüksek çamur yaşı, besin zincirindeki bakteriyel hücreleri yiyerek aşırı biyokütle üretimini azaltan daha yüksek seviyedeki mikroorganizmaların çoğalmasına müsaade eder. Yüksek çamur yaşı ile işletilen membran biyoreaktörlerde düşük F/M oranı ile yüksek MLSS, hücre lizizini ve kriptik büyümeyi destekleyerek, sonuç olarak az çamur üretimini sağlar. Çamur üretiminin azaltılması amacına yönelik kriptik büyümenin uygulanabilir bir yaklaşım olduğu zaten bilinmektedir. Hücre lizizi ortama hücre içeriklerini salar, böylece organik yüklemeye katkısı  olan bir substrat üretilmiş olur. Bu organik substrat mikrobiyal metabolizmada tekrar kullanılır ve karbonun bir kısmı solunumun ürünü olarak serbest bırakılır ve indirgenmiş biyokütle üretilir. Bu substrat üzerinde oluşan biyokütle büyümesi orijinal organik substrattaki büyümeden ayrılamaz ve bu yüzden kriptik (gizli) büyüme olarak tanımlanır. Liziz-kriptik büyümede iki kademe vardır: liziz ve biyodegredasyon. Liziz-kriptik büyümenin hız sınırlayıcı basamağı liziz basamağıdır ve liziz veriminin artması, çamur üretiminin azalmasına yol açar. Son zamanlarda membran biyoreaktörler, yüksek biyokütle konsantrasyonunu sağlamak, çamur üretimini azaltmak ve reaktör hacmini minimize etmek için yüksek çamur yaşlarında (SRT) (25-3500 gün) işletilmektedir.
Kısacası, membran biyoreaktörlerde, çamur katı maddeleri ve çıkış suyunun ayrılması için çökeltim tanklarının yerine membranların kullanılması, çamur yaşının hidrolik alıkonma süresinden bağımsız olarak kontrol edilmesini sağlamaktadır. Uzun alıkonma süresi, membran biyoreaktörlerin daha yüksek çamur konsantrasyonlarında işletimine imkan tanır. Daha yüksek çamur konsantrasyonu, daha az çamur yükleme hızı demektir. Mikroorganizmalar besini, yaşamsal fonksiyonları için kullanırlar, sonuçta büyümek için daha az besin kalır. Çamur yükleme hızı yeterince düşük hale geldiği zaman az çamur üretilir veya hiç çamur üretilmez. Membran biyoreaktörlerle ilgili literatürdeki birçok çalışma, işletim sırasında hiç çamur çekilmediğini göstermektedir. Birçok araştırmacı, çamur alıkonmasının tam olarak sağlandığını onaylamıştır. Bu işletim modeli, sınırlı çamur üretimi veya sıfır net büyüme ile karakterize edilir. Sınırlı çamur üretimi işletim maliyetinin azaltılması yönüyle caziptir.
 

---

R E K L A M