22 Haziran 2016 | DOSYA 94. Sayı (Mayıs 2016)

Yrd. Doç. Dr. Mustafa Evren ERŞAHİN İTÜ İnşaat Fakültesi, Çevre Mühendisliği Bölümü Öğretim Üyesi

Atıksu arıtımında anaerobik membran biyoreaktörler (AnMBR), membran filtrasyon prosesi sayesinde biyokütlenin (çamurun) fiziksel olarak reaktör içerisinde tutulmasını sağlamaktadır. Aerobik membran biyoreaktör (MBR) uygulamalarındaki artışla birlikte özellikle enerji verimli atıksu arıtımı konusunda sağladığı avantajlar dikkate alındığında, membran ve anaerobik proseslerin birarada kullanılması konsepti her geçen günü daha çok ilgi çekmekte ve fizibil hale gelmektedir.

Membran biyoreaktör (MBR) prosesinde karşılaşılan en önemli zorluklar, özellikle tam ölçekli sistemlerde öne çıkan membran maliyetleri ve tıkanmalardır. Dinamik membran (DM) teknolojisi MBR proseslerde görülen sorunların ortadan kaldırılmasını sağlayacak yenilikçi bir yaklaşım olarak ortaya çıkmıştır. DM teknolojisinde mikrofiltrasyon ve ultrafiltrasyon gibi membranlar yerine membrandan daha ucuz, çeşitli tipte ve yapıda tel örgü şeklinde, dokunmuş veya dokunmamış kumaş malzemeler kullanılabilmektedir. Atıksu içinde bulunan partikül halindeki organik ve inorganik kirleticiler filtrasyon esnasında, destek malzemesi olarak kullanılan bu kumaş malzemeler üzerinde kendiliğinden bir kek (DM) tabakası oluşturmaktadır (Şekil 1).


Şekil 1. Dinamik membran (kek) tabakasının görünümü

Bu tabaka DM teknolojisinde filtre görevini görmektedir. Böylece kumaş malzemenin kendisi yerine, kumaş filtrenin üzerinde oluşan ve ikincil membran olarak da adlandırılan DM tabakası ayırma ve katı madde giderimini sağlamaktadır. Bu özelliği ile DM teknolojisi, MBR proseslerin en önemli dezavantajı olan kek tabakası tıkanmasını avantaja çevirmektedir. Bu sayede membran maliyetleri düşük seviyelere çekilebilecektir. Bununla birlikte biyogaz üretimi de dikkate alındığında, anaerobik dinamik MBR (AnDMBR) prosesi atık(su) arıtımında cazip hale gelmektedir.

Doktora kapsamında yaptığım çalışmanın temel amacı, AnMBR prosesinde DM teknolojisinin konsantre atıksu arıtımına uygulanabilirliğinin incelenmesidir. Ayrıca yaptığım çalışmanın, DM tabakası oluşumunun ve farklı koşullar altındaki filtrasyon karakteristiklerinin değerlendirilmesi yoluyla, DM teknolojisi hakkındaki bilgi birikimine önemli katkılar sağlaması beklenmektedir. Çalışmada kullanılan deneysel sistem Şekil 2’de verilmiştir.


Şekil 2. Deneysel AnDMBR sistemi

Bu çalışma kapsamında elde edilen sonuçlar değerlendirildiğinde, DM teknolojisinin stabil ve yüksek kalitede süzüntü suyu kalitesi elde etmek amacıyla başarıyla kullanılabileceği görülmüştür. Konsantre atıksu arıtımında AnDMBR’ler güvenilir ve yeterli bir arıtım sağlama potansiyeline sahiptir. AnDMBR ile %99 kimyasal oksijen ihtiyacı (KOİ) giderimi ve partiküler madde tutulması gerçekleştirilmiştir. Mikrofiltrasyon veya ultrafiltrasyon membranlarına alternatif olarak, monofilament filtre malzemesinin DM tabakası oluşumu (Şekil 3) vasıtasıyla filtrasyon amaçlı kullanılabileceği görülmüştür. DM tabakasının oluşumunda özellikle hücre dışı polimerik maddelerin önemli katkısı olduğu saptanmıştır. Çamur yaşının, DM tabakası oluşumu ve sıkışmasını etkileyen önemli bir işletme parametre olduğu belirlenmiştir. DM’nin giderim veriminde kek tabakası içindeki mikrobiyal aktivite ile kek tabakasının fiziksel giderim potansiyeli rol oynamaktadır.


Şekil 3. Destek filtre üzerinde oluşan dinamik membran

Destek malzemesi açısından düşük ilk yatırım maliyeti ve biyogaz yoluyla enerji üretimi dikkate alındığında, yüksek akı gerekmeyen durumlar için, örneğin çamur veya konsantre endüstriyel atıksu arıtımı gibi, AnDMBR’lerin fizibil bir arıtma teknolojisi olarak kullanılabileceği tespit edilmiştir. DM tabakasının yaptığım çalışma koşulları dahilinde filtre malzemesin ömrü 4 yıl kabul edildiğinde, filtre maliyeti yaklaşık 0,17 Avro/m3 süzüntü olarak hesaplanmıştır. Ayrıca DM teknolojinin kullanılması durumunda kimyasal yıkama ihtiyacı olmayacağından, kimyasal maliyetleri açısından AnDMBR’ler konvansiyonel AnMBR’lere göre çok daha avantajlı olacaktır. Günümüzde AnDMBR’ler üzerine yapılmış olan çalışmalar halen sınırlıdır. DM teknolojisi için uzun dönemli uygulanabilirlik çalışmalarına daha fazla ihtiyaç vardır. Özellikle tam ölçekli sistemlerde sürdürülebilir bir filtrasyon eldesi için DM tabakası kontrol metotları ve biyoreaktör içi çamur özelliklerinin DM filtrasyon karakteristikleri üzerine etkileri konularında çalışmalar yapılması faydalı olacaktır.

Kaynaklar
-     Ersahin, M.E., Gimenez, J.B., Ozgun, H., Tao, Y., Spanjers, H., van Lier, J.B. (2016). Gas-lift Anaerobic Dynamic Membrane Bioreactors for High Strength Synthetic Wastewater Treatment: Effect of Biogas Sparging Velocity and HRT on Treatment performance, Chemical Engineering Journal, baskıda.
-     Ersahin, M.E., Tao, Y., Ozgun, H., Spanjers, H., van Lier, J.B. (2016). Characteristics and Role of Dynamic Membrane Layer in Anaerobic Membrane Bioreactors, Biotechnology and Bioengineering, 113(4), 761-771.
-     Ersahin, M.E., Ozgun, H., Tao, Y., van Lier, J.B. (2014). Applicability of Dynamic Membrane Technology in Anaerobic Membrane Bioreactors, Water Research, 48, 420-429.
    Ersahin, M.E., Ozgun, H., van Lier, J.B. (2013). Effect of Support Material Properties on Dynamic Membrane Filtration Performance, Separation Science and Technology, 48(15), 2263-2269.
-     Ersahin, M.E., Ozgun, H., Dereli, R.K., Ozturk, I., Roest, K., van Lier, J.B. (2012). A Review on Dynamic Membrane Filtration: Materials, Applications and Future Perspectives, Bioresource Technology, 122, 196-206.
-     Lin, H., Liao, B.Q., Chen, J., Gao, W., Wang, L., Wang, F., Lu, X. (2011). New Insights into Membrane Fouling in a Submerged Anaerobic Membrane Bioreactor Based on Characterization of Cake Sludge and Bulk Sludge, Bioresource Technology, 102(3), 2373-2379.
-     Xiong, J., Fu, D., Singh, R.P. (2014). Self-adaptive Dynamic Membrane Module with a High Flux and Stable Operation for the Municipal Wastewater Treatment, Journal of Membrane Science, 471, 308-318.