Mikrofiltrasyon membranların kirlenme özelliklerinin membran tipine ve gözenek boyutuna bağlı olarak klasik aktif çamur sisteminde incelenmesi

Abstract

Yapılan doktora tez çalışması kapsamında, laboratuar ölçekli sürekli aktif çamur sisteminde işletme şartlarının (çamur yaşı ve giriş KOİ konsantrasyonu) ve biyokütle özelliklerinin, membran kirlenmesin üzerine olan etkileri sistematik bir şekilde çalışılmıştır. Değişen işletim şartlarına bağlı olarak sistemdeki çamurun fizikokimyasal ve biyolojik özellikleri askıda katı madde (MLSS), çözünmüş oksijen, çamur hacim indeksi (ÇHİ), çözünmüş mikrobiyal ürünler (SMP), hücre dışı polimerik maddeler (EPS), göreceli hidrofobisite ve viskozite parametreleri ile takip edilmiştir. Reaktör üç farklı çamur yaşı (10, 30, 50 gün) ve üç farklı giriş KOİ konsantrasyonunda (650, 1000, 1500 mg/L) sürekli olarak işletilmiş ve bu deney şartlarında oluşan biyolojik süspansiyonun filtre edilebilirlik performansı, membran tipi (selüloz asetat-SA, polietersülfon-PES, karışık ester-ME ve polikarbonat-PC) ve gözenek boyutuna (SA membran için 0.45 ve 0.22 µm, PES ve ME membranlar için 0.45, 0.22 ve 0.10 µm ve PC membran için 0.40, 0.20 ve 0.10 µm) bağlı olarak incelenmiştir. Filtrasyon deneyleri her deney periyodunun sonunda reaktördeki parametrelerin dengeye ulaştığı şartlarda gerçekleştirilmiştir. Çamur yaşının değiştirildiği deney periyodunda 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 giriş KOİ konsantrasyonunda reaktör işletilmiş ve denge şartlarına ulaşıldıktan sonra filtrasyon deneyleri, batık membran filtrasyon sisteminde membran tipi ve gözenek boyutuna bağlı olarak gerçekleştirilmiştir. Son deney periyodunda, reaktöre filtrasyona yardımcı madde (katyonik polielektrolit) eklenerek batık membran filtrasyon sisteminde membran kirlenmesi üzerine olan etkileri membran tipi ve gözenek boyutuna bağlı olarak incelenmiştir.In this study, the effects of operational conditions (sludge age and influent COD concentration) and biomass properties on membrane fouling were systematically identified in a laboratory scale conventional activated sludge process. The physi-cochemical and biological properties of the activated sludge were investigated by the monitoring the concentrations of MLSS (mixed liquor suspended solids), dissolved oxygen, sludge volume index (SVI), soluble microbial products (SMP), extracelluar polymeric substances (EPS), relative hydrophobicity and viscosity. The reactor was operated at three different sludge ages (10, 30, 50 days) and three different influent COD concentrations (650, 1000, 1500 mg/L) and the filtration performances of the biological suspansion in these experiment conditions were investigated by using various membrane types (cellulose acetate-CA, polyethersulphone-PES, mixed ester-ME and polycarbonate-PC) and pore sizes (0.45, 0.22 µm for CA membranes; 0.45, 0.22 and 0.10 µm for PES and ME membranes, and 0.40, 0.20 and 0.10 µm for PC membranes). Membrane filtration experiments were performed when the parameters reached to steady state conditions. In the first experimental period, 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 influent COD concentrations. The filtration experiments were performed in submerged membrane filtration system with the same membranes used in the first experiments. In the final experimental setup, cationic polyelectrolyte was added to the mixed liquor due to enhancing filtrability characteristics of sludge and the effects on filtration were investigated by using the same membranes set in a submerged microfiltration mode.