Yüksek azot içerikli atıksuların arıtımında yavaş ayrışan organik maddenin farklı sıcaklıklarda nitritasyon kinetiğine etkisinin belirlenmesi

Abstract

Yüksek amonyum azotu içerikli atıksuların (anaerobik arıtım çıkış suları, hayvan çiftliği atıksuları, katı atık depolama sızıntı suları ve gübre sanayi atıksuları) arıtımında uygulanan kısa-yol biyolojik azot giderimi teknolojisi nitrit üzerinden azot giderimi ile klasik nitrifikasyon-denitrifkasyon yöntemine göre oksijen ve alkalinite ihtiyacında %25 ve oluşan atık çamurda %30 tasarruf sağlamaktadır. İlk basamak proses olan amonyumun nitrite oksitlenmesi nitritasyon olarak adlandırılmakta ve proses kontrol parametreleri ile ikinci basamak nitratasyonun (nitritin oksidasyonu) engellenmesi sağlanmaktadır. Kentsel atıksu arıtma tesisinde oluşan anaerobik çamur çürütücü süzüntü suyu (AÇSS) ve sentetik atıksu (SnA) ile gerçekleştirilen ardışık kesikli reaktör (AKR) çalışmasında aynı sıcaklık ve biyokütle şartlarında nitritasyon reaksiyonu paralel yürütülerek organik madde varlığı ve sıcaklık etkisinin (25, 30 ve 35℃) proses kinetik ve performansına etkilerinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Çalışmada her sıcaklık için üç substrat (NH4+) seviyesi (130±20; 230±20; 340±30 mg N/L) uygulanmıştır. Nitritasyon her iki atıksu için de 0. derece kinetikle gerçekleşmiştir. En yüksek amonyum giderim hızı 35℃'de SnA ve AÇSS için ikinci substrat seviyesinde benzer değerlerde sırasıyla 0,072 g N/g UKM.sa (1,73 g N/g UKM.gün) ve 0,071 g N/g UKM.sa (1,7 g N/g UKM.gün) olarak elde edilmiştir. Bikarbonat tüketim oranı ise SnA için 1,92-3,56 g CaCO3/g N ve AÇSS için 2,98-4,72 CaCO3/g N olarak teorik değerin altında gerçekleşmiştir. SnA nitritasyonunda amonyum azotunun %35-59 ve %29-65'i sırasıyla nitrit ve nitrata, AÇSS arıtımında %23-58 ve %13-74'ü sırasıyla nitrit ve nitrata kadar oksitlenirken, azot kaybı SnA ve AÇSS için sırasıyla %5,7-22,6 ve %8,2-63 aralığında gerçekleşmiştir. Serbest nitröz asit (SNA) 0,1-6,56 g/L (SnA) ve 0-7,7 g/L (AÇSS) aralığında, serbest amonyak (SA) ise tüm substrat seviyelerinde AÇSS nitritasyonunda 10-68 mg/L olarak toksik seviyede gerçekleşmiştir. İki reaktör işletimi arasında önemli farklar; nitrat oluşumu, pH seviyesi, çökelme özelliği ve toksik SA seviyeleri olarak belirlenmiştir. Anahtar Kelimeler: Atıksu, biyolojik azot giderimi, nitritasyon, kinetik, işletim, AKR.

Short-cut biological nitrogen removal (SBNR) processes have become preferred technologies due to the cost savings in the treatment of high ammonium nitrogen containing wastewaters. Nitritation, conversion of ammonium to nitrite nitrogen via biological oxidation, is the first stage reaction which has to be procured before denitritation with hindered nitratation via operational control. High ammonium containing wastewaters as anaerobic reject water (ARW), manure wastewaters, landfill leachate and industrial wastewaters are varied but similar in nitrogen and organic matter type. Effect of the slowly degrading organic matter and temperature (25, 30 and 35℃) was investigated on nitritation process kinetics and performance comparatively in parallel sequential batch rectors (SBR) for synthetic wastewater (SW) and ARW. In the study, three substrate (NH4+) levels (130±20; 230±20; 340±30 mg N/L) were applied at each temperature level. Nitritation proceeded with 0. degree kinetics for both wastewaters. Highest ammonium removal rate was obtained at the second substrate level and 35 ℃ as 0.072 g N/g VS.hr (1.73 g N/g VS.day) and 0.071 g N/g VS.hr (1.7 g N/g VS.day) for SW and ARW, respectively. The rate of bicarbonate consumption was 1.92-3.56 g CaCO3/g N (SW) and 2.88-4.72 CaCO3/g N (ARW). N conversions were obtained as 35-59% and 23-58% to nitrite and 29-65% and 13-74% to nitrate for SW and ARW, respectively. Nitrogen loss was %5.7-22.6 ve %8.2-63 for SW and ARW, respectively. Free nitrous acid (FNA) was produced in the range 0.1-6.56 g N/L and 0-7.7 g N/ L for SW and ARW, respectively. Free ammonia (FA) was produced at toxic levels as 10-68 mg N/L in ARW nitritation at all substrate levels. Significant differences between the reactor operations were obtained as nitrate formation, settling ability, pH level and toxic FA level.Keywords: Wastewater, biological nitrogen removal, nitritation, kinetics, operation, SBR.