Anaerobik batık membran bioreaktörde membran modül geometrisi ve biyogaz geri devrinin membran kirlenmesine etkisi

Anaerobik membran biyoreaktörlerde temel sorunu membran kirlenmesi oluşturmak-tadır. Membran kirlenmesi, organik maddeler, inorganik maddelerin çökmesi ve membran yüzeyinde mikrobiyal hücrelerin adhezyonu sonucu oluşmaktadır. Membran kirlenmesinin kontrolü için, membran malzemesi ve modüllerinin geliştirilmesi, çamur karakteristiğinin düzenlenmesi, akı, çapraz akım hızı, geri yıkama, temizleme gibi birçok faktör üzerinde araştırmalar gerçekleştirilmiştir. Ancak anaerobik sistemde oluşan biyogazın geri devri ile membran yüzeyine verilmesi ve kirlenmeye etkisi üzerindeki çalışmalar oldukça sınırlıdır. Ayrıca anaerobik batık membran biyoreaktör (SAnMBR) proseslerinde, aynı materyalden yapılmış farklı geometrik şekillerde oluşturulan modüllerle membran kirlenmesinin izlenmesi ile ilgili çalışmalar oldukça sınırlıdır.Birçok parametrenin kararlı tutulduğu bir reaktör içerisine farklı şekillerde oluşturulan modüller iki gurup halinde yerleştirilerek, sistemin bir bölümü gaz geri devirli, diğer bölümü geri devirsiz işletmeye alındı. Bu amaçla Taramalı Elektron Mikroskobu(SEM) görüntüleri, Enerji Diffuz X-Ray (EDX) analizi, partikül boyut dağılım (PSD) analizi, Hücredışı Polimerik Maddelerin (EPS) ekstraksiyonu ve kimyasal analizleri, Çözünebilir Mikrobiyal Ürünlerin (SMP) kimyasal analizleri yapılarak membran yüzeyinde oluşan kek tabakası, organik ve kristal yapısı incelendi. Kirlenme izlenerek, membran yüzeyi ile gaz temasını en iyi sağlayan modül şekilleri belirlendi. Çalışma laboratuar şartlarında ve mezofilik (ortalama 37 0C) koşullarda sentetik atıksu kullanılarak yürütüldü. Sentetik atıksuların arıtılması için batık AnMBR'ın fizibilitesi, KOI giderim ve-rimi, biyogaz üretimi (kimyasal kompozisyonu ve oranı), partikül boyut dağılımı, Hücre dışı polimerik maddeler (EPS) ve Çözünmüş mikrobiyal ürünler (SMP) kapsayan çamur özelliklerinin karekterizasyonu ve membran kirlenme ile membran modül geometrik şekli ve biyogaz geri devir arasındaki ilişki araştırıldı.İşletme aşamasında KOİ giderim verimi% 95-98 arasında, SO4= giderim verimi % 38-65 ve TOK giderim verimi ise %95-98 arasında bulunmuştur. Ayrıca TVSS için giderim verimi % 97-98'un üzerinde gerçekleşmiştir. SAnMBR'ın uygulanmasında atıksuların arıtılmasında anahtar olabilecek spesifik bakterilerin alıkonması için etkili bir yol olduğunu göstermiştir. SAnMBR işletimi boyunca uygulanan biokütle konsantrasyonları 0.9-8 g/l aralığında olduğu belirlendi. TSS'nin büyük oranda çözünmüş katı maddelerden oluştuğu görülmüştür. Tüm test koşullarında kek oluşumunun uygulanabilir akının sağlanmasında sınırlayıcı faktör olduğunu gösterdi. Görünmez kirlenme düşük seviyelerde gözlendi ve SAnMBRs'ın uzun süre işletilmesi boyunca en büyük etkiye sahip olduğu belirlendi.Sonuçlar SAnMBR sistemlerinde yüksek KOI giderim verimi elde edildiğini ve yük-sek membran kirlenme gerçekleştiğini gösterdi ve bunun nedeninin küçük partikül boyutlu kolloidlerin varlığı ile ilişkili olduğu belirlendi. Enerji geri kazanımı için mezofilik koşullar altında anaerobik atıksu arıtımı ve yüksek kalitede süzüntü elde etmek için biyogaz üretimi ve KOI giderimi için fizibil bulunmuştur.Süzüntü akıları yüksek kalitede ve üretilen biyogazın %75-80 metan gazından oluştu-ğu belirlendi. Üretilen biyogazın geri devir hızına bağlı olarak membran temizlenmesinde etkili olduğu belirlendi. Ayrıca çamur kek oluşumu ve membran kirlenme üzerinde flok boyutu, SMP ve EPS içeren çamur özelliklerinin etkili parametreler olduğunu göstermiştir. Ancak ince partiküllerin büyük oranda olmasının neden olduğu membran kirlenme büyük bir sorun olabilir. filtrasyon performansı üzerinde önemli bir etkiye sahip biyo-hücrelerin ayrışması muhtemelen küçük boyutlu partiküllerin oluşmasının kaynağını teşkil etmiştir. İnce flok veya partiküllerin sebep olduğu Membran filtrasyon direncinin artışına deflokulasyonun yol açtığı görüldü. Çamurun maruz kaldığı, yüksek kesme gerilmesi, muhtemel partikül boyutundaki bir azalmadan dolayı, sürdürülebilir akıyı azaltan çamur özelliklerini etkilediği belirlenmiştir.Bu çalışmada elde edilen bulgularla, muhtemelen AnMBR hususunda halen belirsiz olan pek çok noktanın açıklığa kavuşması sağlanacaktır. Çalışmada literatürde olmayan, Membran modül geometrisi ile kirlenme arasındaki ilişki ve biyogaz geridevri ve biyogaz geri devir debisinin membran kirlenme kontrolündeki etkisi ile yeni fikirler sağlayacağı umut edilmiştir.Gelecek araştırmalarda ele alınacak sorunlar, kek oluşumunun kontrolü, membran performansının artırılması, membran alan gereksinimlerinin azaltılması, membran maliyet ve ömürlerinin uzatılması için optimum koşulların belirlenmesi olacaktır. Bu sorunların çözülmesi, AnMBRs'ın full ölçekli uygulanmasında, ekonomik fizibilitesini artıracağı muhtemeldir.Anahtar Kelimeler: Anaerobik Batık Membran Biyoreaktör, Membran Kirlenmesi, Biyogaz Geridevri, Membran Modülü, SMP, EPS, PSD, Membran Görüntüsü, Kirlenme Dirençleri