The Incremental and comparison methods for the assessment of initial soluble inert cod

Abstract

ÇÖZÜNMÜŞ İNERT KOİ TESBİTİ İÇİN KADEMELİ VE KARŞILAŞTIRMALI METODLAR ÖZET Endüstrileşmenin hızla arttığı dünyamızda su kirlenmesi önemli çevre sorunlarından biri haline gel miştir. Su kirlenmesine büyük ölçüde katkıda bulunan en düstriyel atıksuların arıtımında biyolojik arıtma sis temleri yaygın kullanıma sahiptir. Aktif çamur prosesi ise en çok uygulanan biyolojik arıtma sistemlerinden bi ridir. Aktif çamur sistemleri, aerobik şartlar altında atıksulardaki organik maddelerin mikroorganizmalar tara fından biyolojik olarak ayrıştırılması ve böylelikle gi derilmesi esasına dayanır. Aktif çamur teorisi yakın geçmişe kadar çıkış substrat konsantrasyonunun, giriş substrat konsantrasyo nundan bağımsız olduğu ve sisteme giriş ve çıkış subs- tratlarının aynı karakterde olduğu varsayımına dayanmak taydı. Ancak bu konu üzerinde yürütülen çok sayıda araş tırma hem çıkış substrat konsantrasyonunun giriş subs trat konsantrasyonuna bağımlılığını, hem de giriş ve çı kış substrat karakterlerinin tamamıyla değişik yapıda olduğunu ortaya koymuştur. Yapılan araştırmalar aktif çamur prosesinde mikroorganizmal faaliyetler sırasında sisteme metabolik ürünlerin bırakıldığını ve bu ürünle rin bir kısmının biyolojik olarak inert olduğunu göster mektedir. Aktif çamur sistemlerinde atıksuların giderilme si istenen organik madde içeriği açısından tanımlanması proses kinetiği ve dolayısı ile arıtma sistemlerinin ta sarım ve işletme stratejilerinin belirlenmesi yönünden önem taşır. Pek çok kompleks organik madde içeren atık- sularda, substrat ölçüm yöntemleri; bu organik maddeleri tek tek ölçmek mümkün olmadığından, biyokimyasal oksijen ihtiyacı, BOİ, kimyasal oksijen ihtiyacı, KOİ ve toplam organik karbon, TOC gibi kollektif parametrelere daya nır. Bu parametreler içinde; organik madde, biyokitle ve kullanılan oksijen arasında elektron ve enerji dengesini göstermesi nedeniyle KOİ en çok kullanılan parametredir. Ancak biyolojik olarak ayrışabilir ve inert organik mad deyi birbirinden ayırmadan ölçmesi KOİ'nin en büyük de zavantajıdır. -XIV-Atıksular genellikle biyolojik ayrışabilirlik açısından çok geniş bir aralıkta değişen organik madde leri içerirler. Atıksulardaki çözünmüş organik maddenin bir kısmı biyolojik olarak inert olduğundan, aktif çamur sistemlerinde hiç bir değişikliğe uğramadan olduğu gibi çıkarlar. Konvansiyonel atıksular için önemsiz olan bu kısım, biyolojik arıtılabilirlik sonuçlarının yanlış yo rumlanmasına neden olduğundan, endüstriyel atıksularda ve özellikle kuvvetli atıklarda büyük önem kazanır. Bu nun yanısıra bir çok endüstri kategorisi çin KOİ para metresi ile tanımlanan deşarj kriterlerinin sağlanması yönünden de atıksuların çözünmüş inert organik madde içeriği etkin bir faktördür. Atıksulardaki çözünmüş inert KOI konsantrasyon larının, SIO, önemi literatürde de belirtilmiş ve bu fraksiyonun bulunabilmesi için yöntemler önerilmiştir. Yüksek çamur yaşına sahip aktif çamur sistemlerinde çö zünmüş çıkış KOİ konsantrasyonunun SI0 olarak belirlen mesi veya kesikli aerobik bir reaktörden alman örnek lerde ölçülen çözünmüş KOİ'nin sabit kaldığı değerin SI0 olarak saptanması esasına dayanan bu metodların en önem li sakıncası ve hata kaynağı, aktif çamur sistemlerinde mikroorganizma faaliyetleri sırasında üretilen inert me- tabolik ürünleri göz önüne almamalarıdır. Literatürde yer alan pek çok çalışmada, tamamen biyolojik olarak ko lay ayrışabilir nitelikte olan glukoz gibi substratlar kullanılarak yürütülen deneylerde aktif çamur sistemle rinin çıkışında ölçülen KOİ değerlerinin, girişte besle nen orijinal substrattan değil, mikroorganizma metabo lizmalarının ürettiği ürünlerden kaynaklandığı belirtil mektedir. Çözünmüş metabolik ürünlerin yapısı tam olarak tanımlanmadığı halde, literatürde şu ana kadar yapılmış deneysel çalışmalar, bu ürünlerin biyolojik olarak ayrı şabilir olduğunu ancak ayrışma hızlarının sisteme besle nen giriş substratının ayrışma hızından çok daha düşük olduğunu, dolayısı ile pratik olarak aktif çamur uygula malarında kullanılan normal hidrolik bekletme süreleri veya çamur yaşlarına inert kabul edilebileceklerini gös termektedir. Bir aktif çamur sistemine girişte çözünmüş KOI; biyolojik olarak kolay ayrışabilir substrat, Sso, ve inert substrat, SI0'dan meydana gelirken; prosesin çıkışında ölçülen çözünmüş KOİ; girişteki biyolojik ola rak kolay ayrışabilir substrattan kalan kısmı, Ss, sis temde üretilen inert ve ayrışabilir metabolik ürünleri, SP ve sistemden hiç bir değişikliğe uğramadan çıkan inert substrat ı, SI0 içerir. Çıkışta gözlenen inert fraksiyon, atıksuyun inert substrat konsantrasyonu, SI0 ve metabolik ürünlerin inert kısmı, SR'dan oluşur. Bura dan da anlaşılabileceği gibi çözünmüş inert metabolik ürünler (SR) ölçülmek istenen atıksuyun çözünmüş inert substrat konsantrasyonu (SI0) üzerine girişim yaparak yanlış sonuçlara varılmasına neden olmaktadır. -xv-Bu çalışmada atıksularda, SI0 olarak tanımlanan çözünmüş inert KOİ içeriğinin saptanması için, inert me- tabolik ürün, SR, girişimini engelleyecek şekilde iki ayrı deneysel yöntem geliştirilmiştir. Her iki me t od için de ilave substrat olarak li teratürde metabolik ürünler üzerinde yapılan araştırma larda pek çok kez kullanılan ve inert KOİ* si, SI0, bu lunmadığı, tamamen kolay ayrışabilir substrattan meydana geldiği kabul edilen glukoz kullanılmıştır ve deneylerde kullanılan biyokitlenin aklimasyonu, doldur-boşalt reak törlerde %50 çözünmüş atıksu ve %50 glukoz çözeltisi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Kademeli yöntem adı verilen ilk metod kesikli reaktörlere aynı konsantrasyonda seyreltik çözünmüş atıksu üzerine kademeli olarak artan konsantrasyonlarda glukoz ilavesi ile elde edilen sistemlerin az miktarda aşı mikroorganizma eklenerek çalıştırılması ve reaktör- lerdeki çözünmüş KOI değerlerinin zamana karşı izlenmesi adımlarından, oluşmaktadır. Bu yöntemle her bir reaktör deki SI0 konsantrasyonu sabit tutulmakta ancak Sso kon santrasyonları farklı olduğundan, farklı SR değerlerine erişilmektedir. Bütün reaktörlerdeki çözünmüş KOİ değer lerinin ulaştıkları ilk minimum değer veya nihai değer ler esas alınarak, çözünmüş KOt'ye karşı çözünmüş giriş KOÎ değerleri çizilmiş ve bu doğrunun KOİ eksenini kes tiği değer, atıksuyun çözünmüş inert KOt konsantrasyonu olarak saptanmıştır. Karşılaştırmalı yöntemde ise çözünmüş endüstri yel atıksu ve aynı konsantrasyonda glukoz çözeltisi iki ayrı reaktörde, aşı mikroorganizma ilavesi ile kesikli olarak çalıştırılmış ve zamana karşı çözünmüş KOİ değer leri izlenmiştir. Atıksuyun KOİ profilinin eriştiği mi nimum değer SI0+SRt olduğuna ve glukoz profilinin mini mum değeri ise, glukozda SI0 bulunmadığından dolayı SRt olarak alınabileceğine göre (Sıo)Atıksu = (Sıo+SRt)Atıksu ~ (SRt)glukoz şeklinde yazılabilir. Glukoz ve atıksu sistemlerinin başlangıçtaki Sso konsantrasyonları eşit olduğundan (SRt)Atıksu = (SRt)glukoz kabulü yapılacak olursa; atıksu profilinin ulaştığı ni hai çözünmüş KOÎ değerinden, glukoz profilinin ulaştığı nihai çözünmüş KOİ değeri çıkartılarak atıksuyun çözün müş inert KOİ içeriği bulunabilir. -xvi-Önerilen metodlar, çözünmüş KOİ konsantrasyonla rı 1030 ile 28100 mg/lt arasında değişen; kağıt, mezba ha, antibiyotik, tekstil, süt endüstrileri, sitrik asit üretimi ve sitrik asit üretimi anaerobik arıtma sistemi çıkışı atıksularma uygulanmış ve bu endüstriyel atıksu- lar için 0 ile 2520 mg/lt arasında değişen konsantras yonlarda inert KOİ değerleri saptanmıştır. Atıksularda çözünmüş inert KOt içeriğinin sap tanması için, inert çözünmüş metabolik ürün girişimini tanımlayıp, minimize ederek deneysel yöntemler gelişti rilmesini amaçlayan bu çalışmada elde edilen sonuçlar aşağıda özetlenmiştir. 1- Atıksuların inert çözünmüş KOt fraksiyonları nın belirlenmesi için önerilen iki farklı metod, endüs triyel atıksu karakterizasyonuna inert çözünmüş substrat kavramını getirmiştir. 2- Kesikli deneylerden elde edilen çözünmüş KOt profilleri çözünmüş metabolik ürün oluşumu nedeniyle sa- lınımlar göstermekte ve literatürde belirtilen çözünmüş inert KOt fraksiyonlarının zamandan bağımsız olarak sap tamasının hatalara yol açacağını göstermektedir. Çünkü zamanla ölçülen çözünmüş KOI konsantrasyonları önemli Ölçüde değişime uğramaktadır. 3- izlenen çözünmüş KOt profillerinde en az iki minimum KOt değerine erişilmektedir, tik minimum değeri, çözünmüş metabolik ürün girişimi nedeniyle değişken ya pıya sahiptir. Atıksuların nihai KOİ değerlerinin, ilk miminum KOİ değerlerinden daha düşük olması, metabolik ürünlerin büyük bir kısmınının daha uzun reaksiyon süre lerinde ayrışabilir karakterde olabilecekleri ihtimali ile açıklanabilir. Bu aynı zamanda, kademeli metoddan ilk minimum değerlerle bulunan SI0 konsantrasyonunun, nihai değerlerle bulunana göre daha yüksek olmasını da açıklar; ilk minimumdan elde edilen S10 değerinin içinde kesikli reaksiyon sürdükçe ayrışabilir nitelik kazanacak olan metabolik ürünlerin bulunabileceğini göstermekte dir. 4- Karşılaştırmalı metod, kademeli metoda göre daha kolay deneysel prosedür içerir, ancak yüksek KOİ konsantrasyonlarında aklimasyon ve substrat inhibisyonu problemlerinden dolayı daha hatalı sonuçlar verebilir. 5- Aynı atıksu numunesi üzerinde denenen her iki metoddan elde edilen sonuçların birbirine yakın olması önerilen metodların tutarlılığını göstermektedir. -XV11-6- Bu çalışmada, ayrıca, farklı giriş konsan trasyonlarında kesikli reaktörlere beslenen glukozun ay rışması sırasında sisteme salınan metabolik ürünlerden kaynaklanan ilgi çekici veriler elde edilmiştir. Sözko- nusu verilerin belirli bir eğilim göstermemesi metabolik ürünlerin yapı ve üretimlerinin, çalışmada tamamı ile değişik karakterde endüstriyel atıksulara aklime edil miş, dolayısı ile birbirinden farklı, mikroorganizma kü- türleri tarafından yönlendirildiği sonucunu getirmekte dir. 7- Metabolik ürün oluşum mekanizması teorik ola rak henüz açıklığa kavuşmamıştır. Bu konuda temel araş tırma yapılması ve konunun teorik bir temele oturtulması önerilmektedir. -xviii-

SUMMARY The commonly used COD parameter does not differentiate between inert and biodegradable organic matter in wastewaters. This differentiation is quite necessary and significant for industrial effluents with high organic content. In such strong wastes the soluble influent COD fraction may severely interfere with the treatability results or challenge the effluent limitation criteria adopted for different industrial categories. The methods suggested in literature to identify this fraction are not designed to differentiate between soluble inert organic matter and soluble residual microbial products generated during the experiments. This study, proposes two different methods for the assessment of the initial soluble inert COD fraction and summarizes their companitive evaluation. The methods are tested for seven different industrial wastewaters characterizing pulp and paper, meat processing, antibiotics, textile, dairy, citric acid production, and citric acid production plant anaerobic treatment unit effluents with total soluble COD concentrations ranging from 1030 to 28100 mg/lt. The results indicate significant interference of soluble residual microbial products which may be identified and corrected for with the proposed methods. -xiii-