Treatment of a chemical synthesis based pharmaceutical wastewater using an upflow anaerobic filter

Abstract

ÖZET Bu çalışmada, kimyasal sentez bazlı ilaç atıksulannı arıtan yukarı akışlı anaerobik bir filtrenin performansı farklı giriş kompoziyonlarında ve işletmelerde değerlendirilmiştir. Çalışma boyunca yukarı akışlı filtrenin toplam performansının belirlenmesi amacıyla performans çalışmaları, spesifik metanojenik aktivite çalışmaları ve mikroskopik çalışmalar yürütülmüştür. Başlangıç ve işletme devrelerinin performans değerlendirmesi 273 günde tamamlanmıştır. Filtre, başlangıç devresinde, hidrolik bekletme süresinin (HBS) yaklaşık 2.3 gün'e ulaştığı ve organik yükün 7.5 kg KOİ/m3.gün olduğu zamana dek glikozla beslenmiştir. Çözünmüş KOİ giderim verimi 97-98% aralığında ölçülmüştür. 107. gün sonunda, durağan işletme şartlarına ulaşılmış ve filtreye ilaç atıksuyu verilmek üzere bir seri besleme stratejisi uygulanmıştır. İlk olarak, bakterilerin alışması açısından glikozla kanştırlmış havalanmış ilaç atıksuyu sırasıyla 10%, 30% ve 70% oranlarında beslenmiş ve daha sonra sadece 100% havalanmış ilaç atıksuyu beslemesine geçilmiştir. Bu stratejinin sonunda, yaklaşık 8 kgKOİ/m3.gün OY'nin uygulanmasıyla KOİ giderimi 75%'lere, metan verimi ise 0.30 m3CH4/kgKOİgiderilen değerinin altına düşmüştür. Daha sonraları filtrenin artık ilaç atıksuyuna iyice alışmasından dolayı sırasıyla 20%, 60 % ve 80% oranlarında ham ilaç atıksuyu havalanmış ilaç atıksuyuyla kanştınlarak beslenmiştir. KOİ giderim veriminin 77-86% aralığında kaldığı ve metan veriminin 0.24 m3CH4/kgKOİgiderilen'e düştüğü görülmüştür. En sonunda, filtrenin arıtma performansını ölçmek amacıyla sadece ham ilaç atıksuyu beslemesi yapılmış ve KOİ giderim veriminin 70%'lere ve metan veriminin 0.20 m3CH4/kgKOİgiderilen'e düşmesiyle filtrenin işletilmesi durdurulmuştur. Filtrenin işletilmesinin tamamlanmasıyla birlikte filtre derinliği boyunca üç farklı seviyeden alman biyokütle örneklerinde asetik asit tüketen metanojenlerin spesifik metanojenik aktivite testleri yürütülmüştür. Asetik asit tüketen metanojenlerin aktivitesinin filtrenin alt kısmında 40 mlCFLı/grUAKM.gün değerinde olduğu gözlenmiştir. Diğer bir deyişle, biyokütle üzerinde bulunan asetik asit tüketen metanojenlerin aktivitesinin çalışmanın sonunda minimum 90% oranında azaldığı görülmüştür.Son olarak mikroskopik bir inceleme yapılmış ve çubuk şeklindeki metanojenlerin filtre derinliği boyunca baskın tür oldukları görülmüştür. Küresel, salkım ve filament tip metanojenlerin sayısında ciddi bir belirginlik gözlenmemiştir. Filtre derinliği boyunca fluoresanda ışık veren metanojenlerin toplam bakteri popülasyonu içindeki oranı 2-6% aralığında ölçülmüştür ve en yüksek oran olan %6 filtrenin alt kısmında gözlenmiştir. Benzer şekilde, biyokütle miktarının filtrenin alt kısmında en yüksek değerde olduğu, 155 mgUAKM/filtre dolgu maddesi, bunu 105 mgUAKM/filtre dolgu maddesi ile en düşük değere sahip üst kısım izlemiştir. Filtrenin orta kısmında ortalama 131 mgUAKM/filtre dolgu maddesi değeri ölçülmüştür.

ABSTRACT The performance of an upflow anaerobic filter (UAF) treating a chemical synthesis based pharmaceutical wastewater was evaluated under various operating conditions. Specific methanogenic activity (SMA) tests and microscopic analysis were also carried out for the determination of overall performance of UAF during the study. The UAF system was operated for 273 days of operation. During start-up, the UAF was initially fed by glucose till an organic loading rate (OLR) of approximately 7.5 kg COD/m3.day with a hydraulic retention time (HRT) of 2.3 days. Soluble COD removal efficiencies of 97-98% were achieved before the addition of chemical synthesis based pharmaceutical wastewater. At the end of 107 days, steady-state condition was accomplished and the UAF was began to feed with various feeding regimes. Initially, the filter inertia was acclimatized to pharmaceutical wastewater by sequential feeding of 10%, 30% and 70% of pre-aerated wastewater mixed with glucose followed by a 100% pre- aerated wastewater. At the end of this regime, COD removal efficiency gradually decreased to 75% and methane yield decreased to below 0.30 m3CH4/kgCODremoved at an OLR of approximately 8 kg COD/m3.day. As the UAF was accustomed to the pre- aerated pharmaceutical wastewater, raw pharmaceutical wastewater was fed in increasing ratios of 20%, 60 % and 80% with pre-aerated pharmaceutical wastewater as remaining part. It was seen that COD removal efficiency was maintained in a range of 77-86% where methane yield was decreased nearly to 0.24 m3CH4/kgCODremoved. Finally, 100% raw pharmaceutical wastewater was fed in order to observe the treatment performance of the UAF. During this operation, a maximum COD removal efficiency of 70% was achieved with a methane yield of 0.20 m3CH4/kgCODremoved. Following the end of operation, SMA tests were carried out in order to determine the acetoclastic methanogenic activity of the attached biomass on three different layers along the UAF. Acetoclastic methanogenic activity of 40 mlCFVgrVSS.day was measured in the bottom section of the UAF. In other words, overall results showed that acetoclastic methanogenic activity at the attached biomass decreased 90% at the end of the study. T.C. YÜKSEKÖ?RETİM KURULAFinally microscopic examinations were also carried out at three different layers along the UAF and it was found that rod-shaped methanogens remained as dominant species along the UAF followed by Methanococcus. Methanosarcina and filaments were in insignificant numbers. Autofluorescent methanogens varied between the range of '2-6% of total bacteria along the UAF and the highest ratio was observed at the bottom part of UAF. Also further determination of biomass quantity revealed that biomass quantity was the highest at the bottom, 155 mgVSS/media ring and lowest at the top, 105 mgVSS/media ring and an average of 13 1 mgVSS/media ring was observed in the midheight inside the UAF