Jet loop membran biyoreaktör (JLMBR) sisteminde mikrofiltrasyon membranlarının kirlenme özelliklerinin membran tipine ve gözenek boyutuna bağlı olarak incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, laboratuar ölçekli jet loop membran biyoreaktör (JLMBR) sisteminde işletme şartlarının (çamur yaşı ve organik yükleme) ve biyokütle özelliklerinin membran kirlenmesine olan etkileri sistematik olarak belirlenmiştir. Değişen işletim şartlarında oluşan çamurun biyolojik özellikleri MLSS (askıda katı madde), SMP (çözünmüş mikrobiyal ürünler), EPS (hücre dışı polimerik maddeler), göreceli hidrofobisite ve viskozite parametreleri ile takip edilmiştir. Reaktör altı farklı deney setinde sürekli olarak işletilmiş ve bu deney setlerinde oluşan karışım sıvısının filtrasyon performansı membran tipi (polietersülfon-PES, polikarbonat-PC, karışık ester-ME ve selüloz asetat-SA) ve gözenek boyutuna (PES ve ME membranlar için 0.45, 0.22 ve 0.10 µm, PC membran için 0.40, 0.20 ve 0.10 µm ve SA membran için 0.45 ve 0.22 µm) bağlı olarak incelenmiştir. Filtrasyon deneyleri her deney setinin sonunda reaktördeki parametrelerin dengeye ulaştığı şartlarda gerçekleştirilmiştir. İlk iki deney setinde reaktörün işletim şartları (çamur yaşı ve organik yükleme) değiştirilmiş ve filtrasyon deneyleri batık membran ve çapraz akış filtrasyon sistemlerinde farklı tipte ve gözenek boyutunda membranlar kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Bu deneylerin ardından çamur yaşı sabit tutularak üç farklı organik yüklemede reaktör işletilmiş ve her organik yüklemeden sonra filtrasyon deneyleri batık membran filtrasyon sisteminde membran tipi ve gözenek boyutuna bağlı olarak gerçekleştirilmiştir. Son deney setinde reaktöre filtrasyona yardımcı madde (katyonik polielektrolit ve FeCI3) eklenmiş ve bunun batık membran filtrasyon sisteminde membran kirlenmesine olan etkileri yine membran tipi ve gözenek boyutuna bağlı olarak incelenmiştir.

In this study, the effects of operational conditions (sludge age and organic loading) and biomass properties on membrane fouling were systematically identified in a laboratory scale jet loop membrane bioreactor system. The biological properties of the sludge were investigated by the monitoring the concentrations of MLSS (mixed liquor suspended solids), SMP (soluble microbial products), EPS (extracelluar polymeric substances) and relative hydrophobicity and viscosity. The reactor was operated at six different experimental conditions and the filtration performances of the mixed liquor formed in these experiments were investigated by using various membrane types (polyethersulphone-PES, polycarbonate-PC, mixed ester-ME and cellulose acetate-CA) and pore sizes (0.45, 0.22 and 0.10 µm pore sizes are selected for PES and ME membranes, 0.40, 0.20 and 0.10 µm pore sizes are selected for PC membranes and 0.45, 0.22 µm pore sizes are selected for CA membranes). Membrane filtration experiments were performed when the parameters (i.e. MLSS) reached to steady state conditions. The operating conditions (sludge age and organic loading) in the first two experimental setup were modified and the filtration experiments were performed by using various types of membranes with different pore sizes in submerged filtration and in cross-flow filtration systems. After completing these experiments, the sludge age was kept constant and the reactor was operated at three different organic loads. After each loading, the filtration experiments were performed in submerged membrane filtration system with the same membranes used in the first two experiments. In the final experimental setup, cationic polyelectrolyte and FeCI3 were added to the mixed liquor in order to enhance filtrability characteristics of sludge and the effects on filtration were investigated by using the same membrane set in a submerged microfiltration mode.