Integrated membrane filtration enhanced with chemical conditioning and biological treatability of olive mill wastewater

Çevre Biyoteknolojisi çeşitli karmaşık yapıda kirletici içeren atıksuların özellikleri, biyokimyasal reaksiyonları ve arıtılabilirlikleri araştırmak üzere gelişmiş teknikleri kullanan bir bilimsel alandır. Aktif çamur biyolojik arıtma teknikleri içerisinde günümüzde en yaygın olarak kullanılan proseslerden biridir. Günümüzde, çevresel sürdürülebilirliğin sağlanması amacına yönelik olarak, kaynak kullanımının azaltılması ve enerji verimli sistemlerin kullanılması gerekliliği atıksu arıtma tesislerinde yenilikçi yaklaşımları ortaya koymuştur. Zeytinyağı üretimi sonucu oluşan atıksular, yaygın olarak kullanılan adı ile zeytin karasuyu, karmaşık ve kuvvetli tarıma dayalı bir endüstriyel atıksu olup, uygun ve yeterli arıtma yapılmaması durumunda önemli çevre problemlerine yol açmaktadır. Zeytin karasuyunun arıtılabilirliği ve uzaklaştırılması zeytin ve zeytin yağı üretiminin bu bölgede yoğunlaşması nedeniyle özellikle Akdeniz ülkeleri için önemli bir sorun teşkil etmektedir. Karasudaki yüksek organik madde içeriği ve toksik maddelerin varlığı ile birlikte bu atıksuların ancak mevsimsel üretimi nedeniyle arıtılmasında teknik ve ekonomik zorluklarla karşılaşılmakta ve bu hususlar en uygun arıtılabilirlik yönteminin araştırılmasını zorunlu kılmaktadır. Bu çalışma zeytinyağı üretimi atıksularının kimyasal şartlandırma ve membran filtrasyonu ünitelerinden oluşan bir entegre arıtma şeması ile arıtılarak organik madde içeriğini mümkün olabilecek en düşük düzeye getirmeyi ve bu atıksuların daha sonra evsel atıksu arıtma tesisinde evsel atıksular ile nihai arıtılabilirliğini ortaya koymayı amaçlamaktadır. Üretimin mevsimsel olması nedeniyle karasuyun hangi oranlarda evsel atıksular ile karıştırılmak suretiyle biyolojik arıtılabilirlik üzerinde herhangi bir olumsuz etki yaratmayacağı araştırılacaktır. Bu çerçevede zeytin karasuyunun kimyasal arıtmayı takip eden bir membran filtrasyonu uygulaması ile daha sonra nihai arıtma yöntemi olarak değerlendirilecek biyolojik arıtmaya olumsuz etkisi olmayacak düzeylerde arıtılması hedeflenmiştir. Kimyasal arıtmada çamur oluşumunu minimize eden PAC kullanılmış ve PAC ile birlikte optimum polielektrolit türü ve konsantrasyonu belirlenmiştir. Kimyasal arıtmanın KOI'yi oluşturan dağılımın hangi aralığında daha etken olduğunu belirleyebilmek amacıyla gerek ham suda gerekse kimyasal şartlandırılmış atıksuda partikül boyut dağılımı saptanmıştır. Ham suda yapılan partikül boyut dağılımı analizleri atıksuda mevcut olan 106500 mg/l KOI'nin % 57'sinin 1600 nm'den büyük % 26'sının ise 2 nm'den küçük olduğunu ortaya koymuştur. PAC ve anyonik polielektrolit kullanılmak suretiyle uygulanan kimyasal arıtma neticesinde KOI konsantrasyonu 40800 mg /l'ye düşürülerek % 62 giderim verimi sağlanmıştır. Kimyasal şartlandırma sonrasında partikül boyut dağılımı incelendiğinde KOI'nin (21000 mg/l KOI) %53'ünün 2 nm'nin altında olduğu görülmüştür. Ham atıksuya kaba filtrasyon uygulaması ile 106500 mg/l olan KOI konsantrasyonunun 51000 mg/L'ye düştüğü görülmüştür. Kaba filter ertesinde ultrafiltrasyon ve nanofiltrasyon uygulaması yapılmış, UC010 ile (ultrafiltrasyon) 33300 mg KOI/L, NF90 ile (nanofiltrasyon) 8300 mg KOI/L elde edilmiştir. Kaba filtrasyon sonrasında kimyasal arıtma yapılmaksızın membran filtarsyonu uygulaması ile % 92 giderim verimi sağlanabilmektedir. İkinci adımda kaba filtre sonrasında kimyasal arıtma uygulaması ile KOI konsantrasyonu 40800 mg/L'ye düşürülmüştür. Bu akıma ultrafiltrasyon uygulaması ile 29300 mg KOI/L ve nanofiltrasyon ile nihai düzey olan 5870 mg KOI/L elde edilmiştir. Kimyasal şartlandırmanın optimum uygulama yerini belirlemek amacıyla üçüncü adımda ultrafiltrasyondan geçirilen karasu kimyasal arıtılmış ve daha sonra nanofiltrasyon uygulanmıştır. Bu süreçte nihai olarak KOI 6200 mg/L olarak taspit edilmiştir. Bir sonraki aşamada entegre kimyasal arıtma ve membran filtrasyonu prosesinden geçirilmiş olan karasuyun biyolojik arıtılabilirliğe olan etkisini belirlemek amacıyla farklı oranlarda karasu ve evsel atıksu karışımları oluşturularak respirometrik deneyler yürütülmüş, biyolojik arıtma üzerinde olumsuz etki yaratmayan en uygun karasu-evsel atıksu karışım oranı saptanmıştır. Biyolojik arıtılabilirlik deneyleri, evsel atıksuyu yansıtmak üzere, organik karbon içeriği ve KOİ fraksyonları evsel atıksu ile eşdeğer olan sentetik pepton kullanılmak suretiyle yürütülmüştür. Biyokütle aklimasyonunu sağlamak amacıyla çamur yaşı 8 gün olan bir doldur-boşalt reaktör 2 ay boyunca kararlı hal koşullarında çalıştırılmıştır. Zeytin karasuyunun evsel atıksuyun biyolojik ayrışabilirliğini inhibe edici etkisi olup olmadığını ortaya koyabilmek üzere respirometrik testlerden yararlanılmıştır. Deneyler 2L kesikli olarak işletilen reaktörlerde gerçekleştirilmiştir. Çeşitli oranlarda zeytin karasuyu ve evsel atıksu karışımı OUR profilleri değerlendirilmiştir. Evsel atıksuyun biyolojik olarak ayrışabilirliğini karakterize etmek üzere kontrol amaçlı bir set deney sadece pepton ile yürütülmüş ve OUR ölçümleri yapılmıştır. 2. ve 3. Deney setlerinde ise ön arıtılmadan geçirilmiş zeytinyağı sırasıyla % 15 ve %50 oranlarında pepton ile karıştırılmıştır. 4. Deney seti ise biyolojik olarak ayrışabilme karakterini tayin edebilmek için yalnızca ön arıtılmış zeytinyağı atıksuyu ile yürütülmüştür. Elde edilen OUR profilleri modelleme yaklaşımı ile irdelendiğinde, karasuyun kolay ayrışabilen ve yavaş ayrışabilen iki KOİ fraksiyonundan oluştuğu, peptonun ise kolay ayrışabilen, hızlı hidroliz olabilen ve yavaş hidroliz olabilen organik maddeler ile karakterize edilebileceği saptanmıştır. Gerek hızlı, gerekse yavaş hidroliz olabilen organik maddeler ancak kolay ayrışabilen organik maddeye dönüştürüldükten sonra çoğalmada kullanılmaktadır. Ham zeytinyağı atıksuyunun zor ayrışabilirliği respirometrik ölçümler sonucu görülmüştür. Ham zeytinyağı atıksuyu ile yapılan OUR ölçümünde gözlenen düşük OUR profili sınırlı ve kısmen ayrışabilen KOİ miktarının olduğuna işaret etmektedir. Biyokimyasal reaksiyonda kullanılan ve harcanan oksijenin kütle dengesine göre deney setinde elde edilen KOİ değeri toplam KOİ değeri olan 200mg/L'nin yalnızca %21'i olan 46mg/L ile sınırlı kalmıştır. Yapılan değerlendirmede kimyasal şartlandırma ve ultrafiltrasyon/nanofiltrasyondan adımlarından oluşan ön arıtmadan geçirilmiş karasuyun evsel atıksu niteliğinde pepton ile karışımının, denenen iki farklı karışım oranında da, biyolojik arıtmayı olumsuz olarak etkilemediği görülmüştür. Modelleme çalışmaları karasuyun yüksek karışım oranında dahi mikroorganizmaların maksimum spesifik çoğalma hızı ve hidroliz katsayılarının etkilenmediğini, bir başka ifade ile ön arıtmadan geçirilmiş karasuyun çoğalma ve hidroliz kinetiğine olumsuz bir etkisi olmadığını ortaya koymuştur. Modelleme sonuçları sadece pepton ve sadece karasu setleri için de benzerlik göstermiştir. Bu durum ön arıtma adımının karasu içindeki biyolojik ayrışmayı olumsuz yönde etkileyecek tüm maddeler ile birlikte biyolojik olarak ayrışamayan maddelerin de uzaklaştırıldığını göstermektedir. Aktif biyokütle miktarı her set deneyde hemen aynı kaldığından herhangi bir inhibisyon/ toksik etki söz konusu değildir.