Biyolojik arıtma çamur özelliklerinin klasik membran filtrasyonuna etkileri

Abstract

Bu çalışmanın amacı, JLMBR ve KAÇ sistemlerinden alınan arıtma çamurlarının klasik filtrasyon (Dead-End) sisteminde mikrofiltrasyon membranlarının kullanımı ile filtre edilebilirliğinin araştırılmasıdır. Çalışmada, hidrofilik yapıda 3 farklı gözenek çapına (0.45, 0.2 ve 0.1µm) sahip ve 4 farklı türde (cellulose acetate-SA, mixed ester-ME, polyethersulfone-PES ve polycarbonate-PC) membran kullanılmıştır. Her iki sistemden alınan çamurlar sabit basınç altında süzülerek akı değişimleri incelenmiş ve Rt (toplam direnç), Rm (membran direnci), Rp (gözenek direnci) direnç değerleri hesaplanmıştır. Buna göre dominant mekanizmanın kek kirlenmesi olduğu tespit edilmiştir. Fakat kirlenme deneylerini bu aşamada sadece akı-zaman grafiği ve direnç değerleri ile açıklamak yeterli olmamaktır. Biyokirliliğe sebep olan SMP, EPS gibi metabolik ürünlerin membran tipine bağlı olarak membran yüzeyinde tutunmaları veya membrandan geçmeleri ile akı değişimi arasında bir korelasyon bulunması daha açıklayıcı olacaktır. Bu amaçla süzüntüde SMP, biyofilmde ise SMP ve EPS analizleri yapılmıştır. Ayrıca toplanan süzüntü hacimleri de membranların farklı MLSS konsantrasyonlarında ve farklı sistemlerde kirlenme koşullarındaki davranışlarını açıklayan bir diğer parametredir. Bu sonuçlara bakıldığında, deneylerde JLMBR için MLSS konsantrasyonun süzüntü hacmine olan etkisinin oldukça fazla olduğu görülmektedir. Düşük MLSS konsantrasyonunda akının, yüksek MLSS konsantrasyonuna kıyasla daha fazla olduğu görülmüştür. KAÇ sisteminde ise, bütün gözenek boyutlarında MLSS arttıkça süzüntüde bir artış elde edilirken, 0.2 ve 0.1 µm gözeneğe sahip PES membranlarında değişim olmamıştır. JLMBR ve KAÇ filtrasyon süzüntü değerleri karşılaştırıldığında, KAÇ çamurlarında çok daha yüksek süzüntü hacimleri elde edilmiştir. Bu KAÇ sistemlerinde elde edilen çamurun ortalama flok büyüklüğünün çok daha fazla olması ve oluşan kek tabakasının daha gevşek olmasından kaynaklanmaktadır.The objective of this study is to investigate the filtration performance of the treatment sludges obtained from classical activated sludge (CAS) and jet loop membrane bioreactor (JLMBR) by using dead-end filtration mode. Four different types of membranes (cellulose acetate-CA, mixed ester-ME, polyethersulfone-PES ve polycarbonate-PC) with three different pore sizes (0.45, 0.2 and 0.1µm) were used in the experiments. Experiments were conducted under constant pressure, total rsistance (Rt), membran resistance (Rm) and pore resistance were determined for specific filtrate volume. It was found that the dominant mechanism was cake filtration. The effects of MLSS concentration, membrane pore size, membrane type and floc dimension on filtrate volume were investigated. It was observed that MLSS concentration greatly influenced the filtrate volume for JLMBR. The flux were much lower at low MLSS concentrations. However, opposite trend was observed for CAS sludges except for PES filtes with pore sizes of 0.2 and 0.1 µm. As the MLSS increased the filtrate volume therefore the flux increased. When compared the filtration results between CAS and JLMBR, it was seen that much greater filtrate volumes were obtained in CAS. This was atributed to the fact that the floc size of the CAS sludge was greater than that of JLMBR. Therefore, the cake formed with CAS sludge was somewhat loose compared to JLMBR.Time-flux variations alone and resistance models may not be sufficient to find the fouling mechanism. Therefore, the corrolation between the metabolic byproducts like SMP and EPS in filtrate and membrane type would be more explanatory. Therefore SMP, COD analysis were performed in the filtrate and SMP and EPS were analyzed in the biofilm.