Nitro-aromatik ve nitro-heterosiklik organik kirleticilerin ultrases destekli anaerobik membran biyoreaktörde arıtımı

Abstract

Nitro-aromatik, nitro-heterosiklik bileşikler ve diğer bazı azot içeren yapılar mühimmat (patlayıcı), pestisit, plastik, boya, ilaç ve petrol endüstrisinde hammadde olarak kullanılmakta veya ürün olarak ortaya çıkmaktadır. Bu bileşiklerin üretimi, taşınması ve kullanımı sonucunda ciddi çevresel problemler oluşmaktadır. Dolayısıyla, bu bileşikleri içeren atık suların arıtılması oldukça önemlidir. Bu çalışma kapsamında ultrases destekli anaerobik membran biyoreaktör ile mühimmat endüstrisi atıksularının arıtılması araştırılmıştır. Sistem performansını etkileyecek çok sayıda değişken olduğu için değişkenlerin sistem üzerinde etkilerinin ortaya konabilmesi için güvenilir kantitatif sonuçlar çıkararak yorumlar yapabilmek ve sistemi optimize edebilmek için `istatistiksel deney planlama` metodu uygulanmıştır. Seçilen ultrases frekansına (20 kHz) sahip anaerobik membran biyoreaktörler farklı güç yoğunluğunda (0.8, 5.4 ve10.0 W/L), farklı uygulama süresinde (5.0, 12.5 ve 20.0 dakika) ve farklı periyotlarda (8, 16 ve 24 saat) çalıştırılmıştır. Her bir çalışma koşulları için reaktörlerin mühimmat endüstrisi atıksuyunda bulunan TNT, RDX ve HMX giderme performansları değerlendirilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre sistem modellemesi ve optimizasyonu yapılmıştır. Ayrıca ultrases uygulamasının EPS ve SMP konsantrasyon değişimleri ile granül boyut dağılımı üzerine etkisi incelenmiştir. Farklı ultrases uygulaması için reaktörler kararlı hale ulaştıktan sonra membran tıkanma modelleri (Standart tıkanma, Gözenek tıkanması, Yüzeyde kısmi tıkanma ve Kek filtrasyonu) elde edilen basınç değerlerine uygulanmıştır. Ayrıca her bir reaktör içinde bulunan mikroorganizmaların tür tanımlaması yapılmıştır. Son olarak sessiz anaerobik membran biyoreaktör ve sono anaerobik membran biyoreaktör (20 kHz)'de TNT'nin, RDX'in ve HMX'in biyodegredasyonu için `Haldane kinetik model` uygulanmıştır.

Nitro-aromatic, nitro-heterocyclic compouds and some other nitrogen-containing structures are used as raw materials or manufatured as products in explosives, pesticides, plastics, dyes, pharmaceuticals and petroleum industries. During manufacturing, transportation and usage of these compounds serious environmental problem are caused. Thus, treatment of wastewaters containing these compounds is quite important. In this study, treatment of munition wastewater was investigated using an ultrasound supported anaerobic membrane bioreactor. Since there are a number of different variables, the `statistical experimental plan` was applied so that the effects of the variables on the system performance can be determined and, therefore,reliable quantitative results can be obtained and system optimization can be carried out. This initial steps, the anaerobic membrane bioreactors having at frequenc (20 kHz) were operated under different power densities (0.8, 5.4 and 10 W/L)), different application durations (5.0, 12.5 and 20.0 min.), and different periods (8, 16, and 24 hour). The TNT, RDX, and HMX treatment performance of the reactors were evaluated for each application. Considering the obtained results, system modelling and optimization were carried out. Additionally, the effects of ultrasound on EPS and SMP concentration and on the granul size range were investigated. After steady-state conditions were reached, membrane fouling models (Standart Fouling, Pore Fouling, Intermediate Fouling, and Cake Filtration) were applied to the obtained pressure values for each different ultrasound application. Additionally, identification of microorganisms in each reactor was implemented. Finally, to evaluate the kinetic of biodegredation of TNT, RDX, and HMX, the Haldane kinetic model was applied bath anaerobic membran bioreactor without ultrasound and sono-anaerobic membran bioreactor (20 kHz).