Investigation of nitrification inhibition in a biofilm reactor

Abstract

VI ÖZET BİR BİYOFİLM REAKTÖRÜNDE NİTRİFİKASYON İNHİBİSYONUMJN ARAŞTIRILMASI Çeşitli endüstrilerin atıksulannda yüksek konsantrasyonda bulunan azotlu bileşiklerin giderilmesi son yıllarda daha da önem kazanmıştır. Evsel ve endüstriyel atık sularda en çok rastlanan azotlu bileşik olan amonyağın çevreye olan etkileri nedeni ile sulardan uzaklaştırılması kaçınılmaz olmuştur. Günümüzde atıksularda bulunan amonyağın giderilme işlemi çeşitli fizikokimyasal ve biyolojik proseslerde gerçekleşmektedir. Ekonomik olması nedeniyle biyolojik nitrifikasyon prosesi en fazla kullanılan yöntemlerden biri olmuştur. Bir çok biyolojik sistemde olduğu gibi nitrifikasyon prosesinde inbibisyon sonucu amonyak giderilme verimi düşmektedir. Bu tez çalışmasının amacı, bir biyofilm reaktöründe yüksek konsantrasyonlu azotlu bileşiklerin sebep olduğu nitrifikasyon inhibisyonunun incelenmesidir. Çalışmanın başında besleme çözeltisi olarak bir gübre fabrikası ürünü olan amonyum-nitrat solüsyon halde, gerekli mineraller eklenmek suretiyle kullanılmıştır. Hazırlanan besleme çözeltisi gübre fabrikası atıksuları ile aynı özellikleri taşımaktadır. Çözelti, çeşitli konsantrasyonlarda ve yükleme hızlarında reaktöre beslenmiştir. Çalışmanın diğer bir özelliği ise reaktörün bir yan kesikli reaktör modeli olan 'fed-batch' tekniği ile çalıştırılmasıdır. Bu metoda göre besleme çözeltisi çok yüksek konsantrasyonda ve çok küçük besleme debisi ile reaktöre verildiğinden reaktör hacmi deney zamanı boyunca sabit kabul edilmektedir. Bu tekniğin sürekli ve kesikli sistemlere olan üstünlüğü reaktörün çalıştırma süresinin kısa oluşu ve kullanım kolaylığıdır. Çalışmanın ikinci bölümünde organik azotlu bir bileşik olan ürenin inbibisyon etkileri araştırılmıştır. Deneysel çalışmanınVİİ ı son bölümünde ise nitritin inhîbisyonu potasyum nitrit (KNO2) kullanılarak incelenmiştir. Tüm deneylerde çeşitli konsantrasyonlarda hazırlanan besleme çözeltileri farklı debilerde reaktöre beslenmiştir. Hava besleme debisi genelde sabit tutulmuştur. Deneysel çalışmalar sonucunda, farklı sübstrat inhibisyonu tepkileri gözlenmiş ve inhîbisyonun gerçekleştiği konsantrasyonlar tespit edilmiştir. 'Fed-batch' tekniği, yüksek konsantrasyonlu sübstrat inhibisyonu ile çalışmada kolaylıkla kullanılabilmektedir ve kısa süre içinde yeterli deneysel sonuç sağlamaktadır.

IV ABSTRACT Nitrogen removal from wastewater has received an increased attention in the water pollution control field in recent years. The most commonly encountered form of nitrogen in municipal and industrial wastewaters is ammonia nitrogea Because of many adverse effects, the removal of ammonia from the wastewaters has become inevitable. Eventhough there are several means for the elimination of ammonia, nitrification is the most attractive method from a technical and economic viewpoint. Luce all other biological systems, nitrification processes have been found sensitive in the presence of some inhibitory compounds. The aim of this study is the investigation of nitrification inhibition by nitrogenous compounds in a biofilm reactor. At the beginning of the experimental study, a feed solution was prepared by dissolving ammonium nitrate ((NHONOs) taken from a nitrogen fertilizer plant. The prepared solution reflected the characteristics of the real wastewater generated from the fertilizer plant. The feed solution has been introduced into the reactor at different loading rates and concentrations. The operated reactor is a fixed-film submerged reactor. Another characteristic of the study is that the reactor has been operated with fed-batch mode which is a semi-batch reactor mode. According to this method, the feed has been introduced into the reactor at high concentration and low volumetric loading rate, so that the reactor volume change will be negligible. The advantages of this method is the easiness of the operation and short test duration time. Secondly, inhibition characteristics of a nitrogen containing organic compound; urea (H2NCONH2) has been investigated with the same method. Also, potassium nitrite (KN02); a nitrite containing compound has been used in the last part of the study. The feed concentrations and feed flow rates have been modified at constant air flow rate in all of the experiments.As a result of the experimental study, various substrate inhibition responses of ammonia and nitrite oxidation were observed. The fed-batch technique is successful in assessing the inhibition at high substrate concentrations and the experimental data are achieved in a short time.