Application of biological activated carbon (BAC) in drinking water treatment

Abstract

İçme sularında biyolojik filtrasyon yüksek kalitede su üreten önemli proseslerden biridir. Filtrede bulunan bakteri, sudaki biyolojik olarak ayrıştırılabilir organik maddeyi (BÇOK), karbon ve enerji kaynağı olarak kullanarak karbon yüzeyinde bakteriyel açıdan aktif bir tabaka oluşturur. Bu durumda, içme suyundaki organik karbon biyolojik olarak giderilir. Biyolojik olarak ayrıştırılabilir organik maddelerin giderilmesi içme suyu dağıtım şebekelerinde bakteri üremesi ve buna bağlı problemlerin giderilmesinde başlıca metot olarak görülmektedir. Bu tezin amacı, içme suyundaki organik maddenin biyolojik aktif karbon (BAK) süreci ile arıtılabilirliğini test etmektir. Bu amaçla Ömerli Rezervuarı suyu kullanılmıştır. BAK kolonları üzerindeki biyolojik aktivite aktif karbonun kullanım zamanını artırmıştır. Deneysel sonuçlar uygun Granüler aktif karbon (GAK) tipinin seçilmesinin BAK sistemlerinin başarısındaki en önemli etkenlerden biri olduğunu göstermiştir. Isı ile aktive edilmiş aktif karbon tiplerinin, kimyasal olarak aktive edilmiş tiplere göre NOM'u daha iyi adsorbladığı görülmüştür. Bu çalışmada yüksek biyolojik organik madde giderimi gözlemlenmiştir ve bu durumun ham sudaki SUVA değerlerinin düşük olması ile bağlantılı olduğu görülmüştür. GAK parçacıklarının organik maddeyi daha iyi adsorplayarak sistemde tutması, bakteri tarafından biyolojik olarak ayrıştırılma şansını artırmaktadır. Spesifik Ultraviyole Absorbans (SUVA) değerlerinin ham suda 2.5'tan küçük olması, biyolojik olarak arıtılabilirliğini artırmaktadır. SUVA değerlerinin küçük olması durumunda biyolojik olarak arıtılabilirliği artırmak için ozonlama yoluna gidilmeyebilir. Her iki GAK tipinde yüksek nitrifikasyon verimleri gözlemlenmiştir. FISH ve Slot-Blot deneylerinde Nitrosomonas ve Nitrospira bakterilerinin yaygın olarak kolonlarda bulunduğu gözlemlenmiştir. Çalışmamızda real-time PCR metodu, nitrifikasyon bakteri popülasyonu ve aktivitesini BAK kolonlarında tespitinde amoA/16S rRNA oranının başarılı bir şekilde kullanılabileceğini ortaya konmuştur.

Biological filtration represents an important process step for the production of high quality drinking water. Bacteria attached to the filter media as biofilm use biodegradable organic matter (BOM) present in the filter influent as a source of carbon and energy. The decrease of BOM levels through biofiltration is important with respect to the prevention of bacterial growth and related problems in the distribution system. The research presented in this thesis examined the applicability of biological activated carbon filtration using the water from the Ömerli Reservoir. The experimental results showed that, the choice of filter material is crucial in BAC systems. The ability of GAC to better adsorb and retain organic compounds increases their chance of being biodegraded by bacteria. Biological activity extended the service life of GAC columns. Thermally activated carbons adsorbed NOM better than chemically activated carbon. Likewise, this better adsorption resulted in higher biodegradation. DOC biodegradation was high and was related to the low specific ultraviolet absorption (SUVA) values in raw water. In the case of low SUVA values, ozonation may not be necessary to increase biodegradability of water. High nitrification efficiencies were observed in BAC columns filled with chemically and steam activated carbons. In-situ and membrane hybridization results indicated that Nitrosomonas species were the dominant ammonia oxidizing bacteria and Nitrospira-related species were the prevailing nitrite oxidizing bacteria. The results suggest that the real-time PCR analysis, the amoA/16S rRNA ratio, is an alternative method to understand nitrifying bacterial population and activity in BAC columns.