Investigation of protein and carbohydrate components of extracellular polymeric substances in sludges having pin-floc characteristics and their role in dewaterability

Abstract

vÖZETBu çalışmada çökmeyen iğne başı yumak (pin-floc) çamur yapısına sahipçamurların hücredışı polimerik maddelerinin protein ve karbonhidrat bileşenleri vebunların susuzlaştırma üzerindeki rolleri araştırılmıştır ve sonuçlar tipik atık aktifçamurlarla karşılaştırılmıştır. Araştırmada 5 farklı çamur numunesi analiz edilmiştir. Üçadet iğne başı yumak özelliği gösteren çamur numunesi sırasıyla Bursa Hamitler SızıntıSuyu arıtma tesisinin ardışık kesikli reaktöründen, aerobik ve fakültatif havuzlarındanalınmıştır. Atık aktif çamur numulerinin biri laboratuarda üretilmiştir ve diğeri ilaçhammadde endüstrisi atıksu arıtma tesisinden alınmıştır. EPS, 75 g/g uçucu askıda katımadde (UAKM) dozajında, katyon değiştirici reçine kullanılarak çamurdan ayrılmıştır.Çamur numulerinin susuzlaştırma karakteristikleri kapiler emme zamanı (CST) ve spesifikfiltrasyon direnci (SRF) ölçülmesiyle filtrasyon cinsinden, kek katı konsantrasyonucinsinden kompakt edilebilirlik olarak belirlenmiştir.Çalışma sonuçları, mikroflok yapısına sahip çamur numulerinin EPSproteindeğerlerinin laboratuar ortamında yetiştirilmiş çamura ve ilaç endüstrisinden alınan tipikatık aktif çamura gore çok yüksek olduğunu göstermiştir. Mikroflok çamur yapısına sahipçamurların EPSc/EPSp değerlerinin de düşük olduğu ve zayıf çökelmeye vesusuzlaştırmaya yol açtığı gözlemlenmiştir.EPSprotein'in azalmasıyla kek katı konsantrasyonu olarak kompakt edilebilirlikartmıştır ve EPSprotein'in artmasıyla özgül direnç cinsinden filtre edilebilirliği artmıştır.Tipik aktif çamur numulerine kıyasla pin flok yapısına sahip çamur numunelerininözgül dirençleri çok yüksektir. Spesifik filtrasyon direnci deneyleri sırasında pin flokçamur yapısına sahip çamurların süzülmeleri çok uzun zaman almıştır. Öte yandan tipikaktif çamur numuneleri kolayca süzülmüştür.

ivABSTRACTIn this research, protein and carbohydrate components of extracellular polymericsubstances of the non settling sludges having pin floc characteristics and the role of EPScomponents were investigated. The results of pin floc sludges compared with wasteactivated sludges. Five different sludge samples were analyzed. The three pin floc sludgesamples were obtained from sequencing batch raector, aerobic pond and facultative pondsof Bursa Hamitler Leachate Traetment Plant respectively. One of the samples was grownin the bench-scale batch reactor in laboratory and the other sample was obtained from araw pharmaceutical industry wastewater treatment plant. Extracellular polymericsubstances of sludge samples were extracted by a cation exchange resin at a dosage of 75g/g VSS (volatile suspended solids). The dewatering characteristics of the sludge sampleswere determined by measuring the filterability in terms of capillary suction time andspecific resistance time to filtration and compactibility in terms of cake solidsconcentration. The floc structures of sludge samples were also observed microscopically.The result of observations showed sludges having microflocs (pin flocs) have veryhigh EPSp values compared to lab-grown sludge and typical waste activated sludges. TheirEPSc/EPSp values were also low leading to very poor settling and dewatering properties. Itseems that protein component of EPS may have an effect on the pinfloc (microfloc)formation and it deteriorates the sludge dewaterability and settleability.Compactibility, in terms of cake solids concentration, increased by decreasingconcentrations of EPSprotein. Filterability, in terms of specific resistance to filtration,increased considerably by increasing concentrations of EPSprotein.Sludge samples having pin floc characteristics had very high SRF values comparedto the samples of typical waste activated sludge. High SRF values indicate the difficulty ofthe sludge to be filtered. During the SRF experiments, filtration time for pin floc sludgeswere too long. On the other hand samples of typical WAS were filtered easily.