Haloalkali şartlarda anaerobik membran reaktörde membran kirlenmesinin incelenmesi

Bu tez çalışmasında, haloalkali koşullarda batık anaerobik membran biyoreaktörde eş zamanlı sülfat ve organik madde giderimi esnasında meydana gelebilecek membran kirlenmesi incelenmiştir. Bu amaçla, öncelikle Van Gölü'nden alınan çamurda bulunan tuzlu ve alkali koşullara toleranslı mikroorganizmaların zenginleştirme işlemi gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sıvı besiyerindeki mikroorganizmalar ile aşılanan reaktörde farklı kimyasal oksijen ihtiyacı/sülfat (KOİ/SO42-) oranlarının, hidrolik bekleme sürelerinin (HBS), organik yükleme oranı (OLR) ve sülfat yükleme oranının (SLR), elektron vericilerinin ve tuzluluk oranlarının, membrandaki akı, transmembran basıncı, membran direnci, çözünür mikrobiyal ürün (SMP) ve hücre dışı polimerik madde (EPS) konsantrasyonu üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Reaktör, yaklaşık 409 gün ile 12 farklı periyotta işletilmiştir. İşletme süresince sisteme 1-12 aralığında değişen farklı KOİ/SO42- oranları; 7, 10 ve15 günlük HBS değerleri; 0,01-0,0417 g/Lgün aralığındaki OLR, 0,001-0,01 g/Lgün aralığındaki SLR değerleri ve 10 ile 20 g/L'lik NaCl konsantrasyonları uygulanmıştır. Membranın aşırı kirlendiği gözlendiğinde yeni membran modülü kullanılmış, işletim süresince toplamda 8 modülle çalışılmıştır. Her membran değişiminde reaktörden ve membran modülünden alınan numunelerde, SEM, EDX, FTIR, PBD ve bakteriyel analizler gerçekleştirilmiş, elde edilen sonuçlar işletme şartlarının membran kirlenmesi üzerindeki etkisi bakımından değerlendirilmiştir. Tüm çalışma boyunca membran kirlenmesi por tıkanmasından ziyade kek oluşumu sebebiyle meydana gelmiştir. Kek dirençleri por tıkanması sebebiyle oluşan dirençlerin yaklaşık 4,2 ile 242 katı olarak hesap edilmiştir. Kek oluşumu OLR'nin yüksek (0,04 g/Lgün) HBS'nin ise düşük olması (7 gün) ve karbon kaynağı olarak etanolün kullanılması nedeniyle elde edilen yüksek SMP ve EPS konsantrasyonları sebebiyle en çok Periyot 7'de (KOİ:6000 mg/L; SO42-:1000 mg/L; KOİ/SO42-:6; NaCl:10 g/L; SLR:0,006 g/Lgün) meydana gelmiştir. Sistemde iki elektron verici birlikte kullanıldığında membran kirlenmesi artmış, gözenek tıkanmasından kaynaklanan kirlenme azalmıştır. Membran gözenekleri daha çok organik kökenli kirlenme göstermiştir. En yüksek SMP ve EPS konsantrasyonları kirlenmenin en yüksek olduğu periyotlardan biri olan Periyot 8'de (KOİ:3000 mg/L; SO42-:3000 mg/L; KOİ/SO42-:1; HBS:10 gün; NaCl:10 g/L; OLR:0,01 g/Lgün; SLR:0,013 g/Lgün) gözlenmiştir. SEM ve EDX sonuçlarından membran gözeneklerinin daha çok organik kirlenmeye maruz kaldığı ve FTIR spektrumlarından da membran yüzeylerinde hidroksil fonksiyonel gruplarının, amid I grubunun, EPS ile bağlantılı grupların mevcut olduğu belirlenmiştir. Kek tabakası partikül boyut dağılımı daha çok 10-100 μm aralığında iken ikili organik karbon kaynağının kullanılması ile PBD'de 100-1000 μm aralığındaki daha büyük yapılı moleküller gözlenmiştir. Mikrobiyal analiz sonuçlarına göre elektron verici olarak asetatın kullanılması durumunda mikrobiyal çeşitliliğin daha az olduğu görülmüştür. KOİ/SO42- oranının 1'e kadar düşürülmesi baskın tür sayısının azalmasına neden olmuştur. g-proteobacteria grubuna ait bakterilerin 6-12. işletme periyotları boyunca reaktördeki baskın türler (%50) olduğu belirlenmiştir. Anahtar kelimeler: Membran Kirlenmesi, Transmembran Basıncı, Membran Akısı, Çözünür Mikrobiyal Ürün, Hücre Dışı Polimerik Madde, Batık Anaerobik Membran Biyoreaktör