Microbial population dynamics in an anaerobic completely stirred tank reactor (CSTR) treating a pharmaceutical wastewater

Abstract

VI ÖZET Bu çalışmada, kimyasal sentez bazlı bir ilaç atıksuyunun tam karışımlı bir anaerobik reaktörün performansına ve asetoklastik metanojenlerin aktivitesine, sayılarına ve kompozisyonuna etkisi farklı giriş kompozisyonlarında değerlendirilmiştir. Tam karışımlı reaktör öncelikle glikoz ile beslenmiştir. Daha sonra reaktör, asetoklastik metanojenlerin, anaerobik arıtmada zor ayrışabilen ve veya toksik maddeler içeren aüksuya alışabilmesi için öncelikle değişik oranlarda glikoz ile seyreltilmiş havalandırılmış ilaç atıksuyu ile daha sonra ham ilaç atıksuyu ile seyreltilmiş havalandırılmış atıksu ile beslenmiştir. Glikozla yapılan çalışmanın sonunda, 6 kgKOİ/m3.gün organik yüklemede ve 2.5 gün hidrolik bekletme süresinde (HBS) 92% çözünmüş kimyasal oksijen ihtiyacı (KOİ) giderim verimi elde edilmiştir. Metan verimi 0.32 m3CH4/kgKOİ ve spesifik metanojenik aktivite (SMA) 336 mlCHVgTUM olarak bulunmuştur. Glikozla yapılan çalışmadan sonra, tam karışımlı reaktör öncelikle glikoz ile çeşitli oranlarda (10%, 30% and 70%) seyreltilmiş havalandırılmış ilaç atıksuyu ile, sonra da 100% havalandırılmış ilaç atıksuyu ile beslenmiştir. 100% ilaç atıksuyu reaktöre beslendikten sonra, performansdaki bozulma ve otofloresan metanojenik aktivitedeki düşüş nedeniyle HBS 2.5 günden 3.5 güne arttırılmıştır. HBS 3.5 günde, 71% KOİ giderimi elde edilirken metan verimi 0.28 m3CH4/kgCOD olarak bulunmuştur. Bununla birlikte, SMA 166 mlCHt/gTUM olarak bulunmuş ve bu değer glikozla besleme sonunda elde edilen sonuçla karşılaştırıldığında yaklaşık 47% aktivite kaybı olduğunu göstermiştir. Son olarak ham ilaç atıksuyu havalandırılmış atık suyu ile artan oranlarda seyreltilerek (10%, 30% ve 60%) tam karışımlı reaktöre beslenmiştir. Reaktör 10% ham atıksuyu ile beslendiğinde performansta küçük bir düşüş olmasına rağmen, 60% ham atıksu seyrelmevıı oranında KOİ giderim verimi, metan verimi, SMA dahil bütün parametrelerde dramatik bir düşüş meydana gelmiştir. SMA testinin sonuçlarına göre asetoklastik metanojenîerin aktivitesinde meydana gelen düşüş nedeniyle çalışma bu oranda sona erdirilmiştir. Mikrobiyolojik çalışmaların sonuçlarına göre, dominant otofloresan metan türleri ve otofloresan metanojenîerin toplam bakteri içindeki oranı çalışma boyunca değişim göstermiştir. Glikoz ile yapılan çalışmanın sonunda dominant türler Methanococcus ve kısa çubuklar olarak bulunmuştur. 100% havalandırılmış atıksu ile beslemeden sonra kısa ve orta çubuklar dominant iken çalışma sonuna kadar dominant tür kısa çubuk olarak gözlenmiştir. Otofloresan metanojenîerin toplam bakteri içindeki oranı glikozla beslemenin sonunda %38 olmasına rağmen, %60 ham ilaç atıksuyu reaktöre beslendikten sonra bu oran %30'a düşmüştür.

IV ABSTRACT In this study, effects of a chemical synthesis based pharmaceutical wastewater on performance of an anaerobic completely stirred tank reactor (CSTR) and activity of acetoclastic methanogens, number and composition of methanogens and non-methanogens were evaluated. The CSTR was initially fed with glucose. After that, it was fed with pre- aerated pharmaceutical wastewater diluted by glucose at different dilution ratios and then with raw pharmaceutical wastewater diluted with pre-aerated wastewater to enable acclimization of acetoclastic methanogens to the wastewater which contains non- biodegradable/toxic compounds for the anaerobic treatment. At initial study with glucose, 92% soluble COD removal efficiency was achieved with the CSTR at an organic loading rate (OLR) of 6 kgCOD/m3.d corresponding to an F/M ratio of 0.43 with a HRT of 2.5 days. Methane yield was 0.32 m3CH4/kgCOD and specific methanogenic activity (SMA) was found to be 336 mlCFLt/gTVS.d. After initial study with glucose, the CSTR was fed with several dilutions of pre-aerated pharmaceutical wastewater with glucose (10%, 30% and 70%) and then 100% pre-aerated pharmaceutical wastewater. Due to the deteriation in the performance and decrease in the activity of acetoclastic methanogens after feeding with 100% pre-aerated pharmaceutical wastewater, HRT was increased from 2.5 days to 3.5 days. 71% soluble COD removal efficiency was obtained with a HRT of 3.5 days where methane yield was 0.28 m3CH4/kgCOD. However, SMA value was found to be 166 mlCHVgTVS.d indicating approximately 47% activity loss of the acetoclastic methanogens compared with the results of feeding with glucose. Finally, raw pharmaceutical wastewater diluted with pre-aerated wastewater was fed into the CSTR in increasing ratios of 10%, 30% and 60%. Although a slight decrease in the performance was seen at a dilution ratio of 10% raw wastewater, there was a decrease in all parameters including soluble COD removal efficiency, methane yield, activity test results and an increase in total VFA concentration at a dilution ratio of 60% rawpharmaceutical wastewater. According to the results of the SMA test indicating poor activity of acetoclastic methanogens, the study was discontinued at this ratio. According to the microbiological studies, there were variations in the dominant species and the ratio of acetoclastic methanogens to total bacteria during the operation. Methanococcus like species and short rods were dominant species after the operation with glucose. Short rods and medium rods were dominant at the end of the operation with 100% pre-aerated wastewater while short rods remained most dominant species until the end of the study. The ratio of acetoclastic methanogens to the total bacteria decreased at the end of the operation with glucose from 38% to 30% when 60% raw pharmaceutical wastewater was introduced to the CSTR.