YUKARI AKIŞLI ANAEROBİK FİLTRE REAKTÖRÜNDE GLİKOZ GİDERİM KİNETİĞİNİN ARAŞTIRILMASI *

Transkript

1 YUKARI AKIŞLI ANAEROBİK FİLTRE REAKTÖRÜNDE GLİKOZ GİDERİM KİNETİĞİNİN ARAŞTIRILMASI * Kinetic Investigation Of Glucose Removal In The Anaerobic Upflow Fitler Reactor * Zühal BOZOK Çevre Mühendisliği Anabilim Dalı Turan YILMAZ Çevre Mühendisliği Anabilim Dalı ÖZET Bu çalışmada, mezofilik koşullarda işletilen anaerobik filtre reaktöründe glikozun giderim kinetiği incelenmiştir. Bu amaçla reaktöre 24 saatlik hidrolik bekletme süresinde 5 farklı organik yükleme yapılmıştır. Yapılan organik yüklemeler sırasıyla 3, 6, 9, 12 ve 15 g KOİ/Lgün eşdeğeri glikozdur. Yapılan çalışma sonucunda, 3, 6, 9, 12 g KOİ/Lgün organik yüklemelerde % arasında arıtma verimi elde edilirken, 15 g KOİ/Lgün yüklemede KOİ giderimi % 66 ya kadar gerilemiştir. Ayrıca çalışmadan elde edilen sonuçlar Stover-Kincannon kinetik modeline uygulanmış ve kinetik sabitler U max ve K B sırasıyla g/lgün, g/lgün olarak bulunmuştur. Anahtar Kelimeler: Anaerobik Filtre, Kinetik, Stover Kincannon ABSTRACT In this study, kinetics of glucose removal were examined in the anaerobic filter operated mesophilic conditions. For this aim, 5 different organic loadings were done to the reactor during 24 hours for hydraulic retention time. The organic loadings were 3, 6, 9, 12 and 15 g COD/Lday, respectively. While removal efficiencies of 94% and 98% were achieved when the reactor was operating at loading rates of 3, 6, 9, 12 g COD/Lday, COD removal was decreased to 66% at the loading rate of 15 g COD/Lday. Also study results were applied to Stover- Kincannon kinetic model and kinetic constants U max and K B were found to be g/Lday, g/lday respectively. Keywords: Anaerobic Filter, Kinetic, Stover-Kincannon Giriş Artan insan nüfusunun ihtiyaçlarını karşılamak amacıyla gerçekleştirilen faaliyetler, hava, toprak, su gibi çevre bileşenleri üzerinde büyük ve olumsuz baskı unsurları haline gelmiştir (Karpuzcu, 1996). Çevre bileşenlerinden biri olan suyun kirlenmesi, hidrolojik çevrime insan müdahalesi sonucu ortaya çıkan bir olgudur. Su kirliliği, su kaynaklarının kalitesini düşürerek, suyun günümüzde ve gelecekteki kullanım amaçlarının engelleyecek düzeyde, organik, inorganik ve radyo aktif kirleticileri içermesi olarak ifade edilmektedir. Genel olarak, atıksuların arıtılmasında uygulanan prosesler; biyolojik, kimyasal ve fiziksel prosesler ana başlıkları altında toplanmaktadır (Metcalf ve Eddy, 1991). Biyolojik arıtma * Yüksek Lisans Tezi-MSc. Thesis 55

2 sistemleri, atıksu içindeki mikroorganizmalar tarafından biyolojik olarak parçalanabilir bileşiklerin giderilmesi için uygulanan sistemlerdir. Bu sistemler, ortamda serbest oksijen varlığına göre aerobik ve anaerobik olarak sınıflandırılabilir (Erdin, 1994). Anaerobik arıtma, organik bileşikleri metana dönüştüren seri ve paralel birçok adımla biyokimyasal reaksiyonlardan oluşan mikrobiyolojik proseslerden meydana gelir. Anaerobik arıtmada, mikroorganizmalar için besin kaynağı olan organik maddeler, yine aynı mikroorganizmalar tarafından; oksitlenmiş maddelere, yeni hücrelere, yaşamları için enerjiye ve metana, karbondioksite ve diğer son ürünlere (H 2 S, H 2, NH 3 ) dönüştürülürler (Ahn ve Forster, 2000; Demirer ve ark, 2001; Wust, 2003). Anaerobik arıtım, özellikle endüstriyel atıksuların arıtımında son yıllarda artan sayılarda uygulama alanları bulmaktadır. Bunun nedeni olarak, kloroform ve fenoller gibi endüstriyel toksik maddelerle, klasik arıtma proseslerine nazaran daha az maliyetli ve etkili bir şekilde başa çıkması gösterilebilir (Speece, 1996). Anaerobik tesislerin dizaynı ve işletilmesinde, atıksu bileşenlerinin biyolojik olarak parçalanma kinetiklerinin çıkarılması ile optimum tasarım ve işletim koşullarının saptanması mümkün olabilmektedir (Pavlostathis ve ark., 1991). Anaerobik proseslerde mikrobiyoloji ve biyokimyasal süreçler baz alındığında, kinetik analiz; kontrol ve tasarım için mantıksal bir temel sağlar. Kinetik hakkında elde edilen bilgiler, performansın optimizasyonunu, reaktörün daha stabil işletilmesini ve prosesin daha iyi kontrol edilmesini sağlar (Seghezzo., 2004; Öktem, 2005). Materyal ve Metot Materyal Yapılan araştırmada, pleksi glas malzemeden yapılmış anaerobik filtre (AF) kullanılmıştır. AF; 7.5 cm iç çapında ve 50 cm yüksekliğinde olup 1-1cm ebatlarındaki seramik yatak malzemesi ile doldurulduktan sonra kalan boşluk hacmi ölçülerek, 1.33 L bulunmuştur. Reaktör içinde akımın homojen olarak dağılması için reaktörlerin tabanından 5 cm yüksekliğe 0.2 cm çapta delikler açılmış birer pleksiglas plaka yerleştirilmiştir. Reaktör içindeki sıcaklığı 35 2 C de sabit tutabilmek için reaktörlerin dışına 40 cm yükseklikte su ceketi yerleştirilmiştir. Su ceketindeki sıcak su dolaşımı devir-daim pompası ile 20 L lik bir tanktan sağlanmaktadır. Tank içindeki suyun sıcaklığı otomatik olarak rezistans tarafından ayarlanmaktadır. Ayrıca termometre ile suyun sıcaklığı günlük olarak kontrol edilmektedir. Anaerobik parçalanma esnasında üretilen biyogazı toplamak ve ölçebilmek için asitlendirilmiş su (0.1 M H 2 SO 4 ) ile yer değiştirme prensibine göre çalışan bir düzenek yapılmıştır. Bu düzenek 45 cm yükseklikte ve 7.4 cm iç çapa sahip ölçeklendirilmiş pleksiglas kolon ve cm pleksiglas tanktan oluşmaktadır. Reaktörlerin beslenmesi sırasında sabit debi sağlayabilmek için besleme peristaltik pompayla yapılmıştır. Reaktörlerin ürettiği biyogazın kolanlardaki asitlendirilmiş su ile yer değiştirebilmesi için arıtılmış suyun çıkış kısmı üzerine çıkış suyunu kullanarak basıncı yenebilecek yükseklikte su bariyerleri oluşturulmuştur. Bu 56

3 bariyerlerde zamanla biyokütle birikmesi ve uygulanan hidrolik bekletme süresinin dışında organik madde gideriminin devam edebileceği ihtimaline karşı hemen reaktör çıkışına, numune alma yerleri yerleştirilmiştir. Sıcaklıkla, sentetik atıksuyun bileşiminin değişimini engelleyebilmek için, atıksu kapalı kapta muhafaza edilerek, mevsime bağlı olarak zaman zaman buz kullanılarak sıcaklığın kontrol altına alınması sağlanmıştır. Reaktöre, içeriği Çizelge 1 de verilen sentetik atıksu ile yükleme yapılmıştır. Atıksu, günlük olarak saf su ile hazırlanmıştır. Çizelge 1.Sentetik atıksu bileşimi (Ahn, 2000) Bileşik Konsantrasyon (mg/l) Bileşik Konsantrasyon (mg/l) Glikoz 1000 a NiSO 4 *6H 2 O 0,5 Maya ekstraktı 100 MnCl 2 *4H 2 O 0,5 Üre 150 b ZnSO 4 *7H 2 O 0,5 K 2 HPO 4 78 H 3 BO 3 0,1 NaHCO c CoCl 2 *6H 2 O 0,05 MgSO 4 *7H 2 O 215 CuSO 4 *5H 2 O 0,005 CaCl 2 50 H 3 PO 4 12MoO 3 24H 2 O 0,04 FeSO 4 *7H 2 O 0,75 a,b ve c değerleri orantılı olarak arttırılmıştır. Metot Bu çalışmanın deneysel bölümünde, yukarı akışlı anaerobik filtreye sentetik atıksu ile değişen organik yüklerde besleme yapılmış ve çıkış suyunun kalitesi, kimyasal oksijen ihtiyacı (KOİ) cinsinden, oluşan gaz miktarı ise toplam biyogaz cinsinden ölçülmüştür. Bunların yanı sıra; askıda katı madde (AKM), Amonyak azotu (NH 3 -N), alkalinite ve ph değerleri ölçülmüştür. Reaktörde üretilen biyogaz miktarı, ölçeklendirilmiş kolonda asitlendirilmiş (0.1 M H 2 SO 4 ) su ile yer değiştirme yöntemiyle ölçülmüştür. İki zaman aralığında toplanan gaz miktarı, ölçümün yapıldığı andaki sıcaklık ve basınç değerleri standart şartlara çevrilerek günlük biyogaz miktarı hesaplanmıştır. Açık hava basıncı Çukurova Üniversitesi web sitesinden Meteoroloji İstasyonu ölçümlerine dayanılarak elde edilmiştir (Çukurova Meteo, ). Çözünmüş KOİ (Kimyasal Oksijen İhtiyacı) K 2 Cr 2 O 7 - H 2 SO 4 karışımı ile oksidasyon ve N Fe(NH 4 )SO 4 le titrasyon yöntemiyle ölçülmüştür. Amonyum, borat tamponuyla ph 9.4 de H 3 BO 3 içine distilasyon ve takiben 0.02 N H 2 SO 4 ile titrasyonla ölçülmüştür. Alkalinite, metil oranj indikatörü eşliğinde, 0.02 N H 2 SO 4 titrasyonuyla ve AKM (askıda katı madde) gravimetrik yöntemle ölçülmüştür. Analizlerin tümü standart metodlara uygun olarak yapılmıştır (Standart Methods, 1998). Çalışma, daha önce farklı atıksuların arıtımında kullanılan reaktörde gerçekleştirildiğinden; reaktör 1.5 aylık bir adaptasyon sürecinde başlangıç değeri olan 3000 mgkoi/l kirlilik yüküne sahip sentetik atıksu ile beslenerek çalıştırılmıştır. Alışma devresi boyunca KOİ ve günlük üretilen biyogaz miktarı ile çıkış ph değerleri takip edilmiştir. 1.5 aylık bir dönem sonunda organizmaların 57

4 % KOİ Giderimi Biyogaz Üretimi (L/Gün) Ç.Ü Fen Bilimleri Enstitüsü Yıl:2008 Cilt:17-1 sentetik atıksuya adaptasyonu sağlanmıştır. Adaptasyon sürecinde reaktör ph sı yaklaşık 7 civarında tutulmaya çalışılmıştır. Reaktör şok yüklemelerden ve ani sıcaklık değişimlerinden korunmuştur. Adaptasyon sürecinden sonra 35 C de sırayla 3000, 6000, 9000, ve mg KOİ /L değerlerine sahip sentetik atıksu günlük olarak beslenmiştir. Her yeni yüklemeye geçildiğinde, reaktör uygulanan şok yüke birkaç günde adapte olabilmiştir. Her yük değişiminde veriler düzenli olarak takip edilmiştir, ancak kinetik modele uyarlanan veriler, reaktör kararlı işletme koşullarında çalışırken alınan verilerden oluşmaktadır. Her yükleme alıştırma devreleri dışında yaklaşık olarak 20 gün sürmüştür. Yüklemeler sırasında günlük olarak giriş-çıkış KOİ değerleri, çıkış ph ı ve üretilen toplam biyogaz miktarları ölçülmüştür. 3 günde bir, alkalinite değerleri ölçülmüştür. Çıkış suyundaki gözleme dayalı değişiklikler fark edildiğinde AKM ölçümü yapılmıştır. Amonyak ölçümü her yeni yüklemeye geçildiğinde yapılmış ve biyolojik olarak oluşan amonyağın inhibisyon etkisi yaratacak seviyede olmadığı gözlenmiştir. Araştırma Bulguları Çalışmanın ilk aşaması reaktörün işletmeye alınarak kararlı hale ulaşması sürecidir. Bu süreci izlemek amacıyla günlük olarak; debi, giriş-çıkış KOİ ve çıkış ph değerleri ölçülmüştür. Bu aşamada alınan veriler, kinetik çalışmada kullanılmamıştır. Anaerobik reaktörlerin arıtılacak atıksuya adapte olarak kararlı hale ulaşmaları, aşı olarak kullanılan çamurun ve atıksuyun özelliğine, ayrıca uygulanan işletme prosedürüne bağlı olarak iki aydan altı aya kadar zaman alabilir (Lin ve Yang, 1991). Lettinga ve ark, (1980) şeker fabrikası ve patates işleyen bir tesisin atıksularının anaerobik arıtımını yaptıkları çalışmada, anaerobik çamurun adaptasyon sürecinin 12 hafta sürdüğünü bildirmişlerdir. Başka bir çalışmada, aşı olarak kullanılan anaerobik çamurun granül formda olması halinde, adaptasyonunun bir aydan daha kısa sürebileceğini bildirmişlerdir (Lin ve Yung, 1991). AF nin aşılamayı takip eden ilk gün KOİ giderme verimi %33 civarında olmuştur ve reaktörlerin %96-98 KOİ gideriminin gerçekleştiği karalı hale ulaşması yaklaşık 30 gün sürmüştür. Metan verimi açısından bakıldığında, karalı hale ulaştıktan sonra AF nin metan verimi ortalama 1.70 L / gün olarak ölçülmüştür , , Zaman (Gün) Zamana Göre KOİ Giderim Verimi Zamana Göre Biyogaz Üetimi Şekil 1. AF kararlı hal fazı KOİ giderimi-metan üretimi grafiği 58

5 Daha sonra sırasıyla 3000, 6000, 9000, mg KOİ/L de yüklemeler yapılıp Stover-Kincannon kinetik modeli çalışılmıştır. Veri alma süresi boyunca; günlük olarak debi, KOİ, ph, toplam biyogaz hacmi hesaplanmıştır. AKM, alkalinite, ve amonyak ölçümleri ise, reaktörün durumunu kontrol altında tutmak amacıyla belirli aralıklarla hesaplanmıştır. Çalışma boyunca tüm deneysel veriler 35±2 C de elde edilmiştir. Verilerin ortalaması ve standart sapması Çizelge 2. de özetlenmiştir. Çizelge 2. Anaerobik filtrede çalışma boyuca elde edilen verilerin ortalaması ve standart sapması Giriş KOI (g/l) Çıkış KOI (g/l) Q (L/gün) OLR (KOİg*Q/V) (gkoi/l*gün) Giderilen KOİ Q(Si-Se)/V (gkoi/l) Verim (%) Üretilen Gaz (L/gün) Ph Alkalinite (mg/l) 3.11± ± ± ± ± ±1 1.70± ± ± ± ± ± ± ± ±1 2.81± ± ± ± ± ± ± ± ±1 3.15± ± ± ± ± ± ± ± ±1 4.33± ± ± ± ± ± ± ± ±9 7.01± ± ±80 Deneyler sırasında çeşitli işletme problemleriyle karşılaşılmıştır. Yaz döneminde reaktörde karşılaşılan mekanik bir problemden dolayı, yüklemeye bir müddet ara verilmiştir. Problem giderildikten sonra reaktörün eski performansına dönmesi beklenmiş, o aralıkta yapılan ölçümler kinetik modele uygulanmamıştır. İşletmede karşılaşılan bir diğer problem ise, çıkış suyunda belli aralıklarla oldukça yüksek AKM değerlerine rastlanmasıdır. Mikroorganizmalar, ani sıcaklık değişimlerine, aktivitelerini geçici olarak durdurarak cevap verir, ani sıcaklık değişimi, reaktörün ph sının ani olarak düşmesine, VFA da ani yükselmesine ve çıkış suyunda AKM nin artmasına neden olabilir (Borja ve ark., 1994). Çalışma sırasında oluşan yüksek AKM değerleri, çok yüksek organik yüklemeler ve yüksek gaz üretiminin olduğu periyotlara rastladığından dolayı, metan gazının taşımasıyla çamur yıkanmasına neden olduğu da düşünülmektedir. Debi ölçümleri, hergün reaktör çıkışından belli zaman aralıkları sonunda toplanan çıkış suyunun hacmi ölçülerek hesaplanmıştır. Debi ölçümleri sonucu peristatik pompanın salınımlarının dışında farklılıklar tespit edilmiştir. Zaman zaman voltaj yükselmesine bağlı olarak da yüksek debiler ölçülmüştür. Kinetik sabitler reaktöre beslenen organik yükleme ve reaktör tarafından giderilen organik yüke bağlı olarak hesaplanacağı için debideki büyük değişimlerin olduğu datalar kinetik hesaplamalara katılmamıştır. Reaktörün ph değeri günlük olarak takip edilmiş ve reaktörü inhibe edecek değerler ölçülmemiştir. Alkalinite, çıkış suyunda mg/l aralığında ölçülmüştür. Çıkış suyunda yapılan amonyak ölçümlerinde ortalama olarak

6 % KOİ Giderimi Ç.Ü Fen Bilimleri Enstitüsü Yıl:2008 Cilt:17-1 mg/l NH 3 -N ölçülmüş, nötral ph değerinde toksik etki gösterebilecek bir değer olmadığından rutin olarak ölçülmemiştir. Yapılan çalışma sonucunda, 3, 6, 9, 12 g KOİ/Lgün organik yüklemelerde % arasında arıtma verimi elde edilirken, 15 g KOİ/Lgün yüklemede KOİ giderimi % 66 ya kadar gerilemiştir. Aşağıdaki grafikte, organik yüklemelere karşı, giderilen KOİ değerleri görülmektedir. Şekil 1 de artan organik yüklemelerle reaktörün veriminin azaldığı gözlenmiştir ,000 5,000 10,000 15,000 20,000 25,000 30,000 OLR (gkoi/lgün) Şekil 2. OLR ye göre % KOİ giderimi Literatür bilgilerine göre, artan organik yükleme oranına (OLR) göre % KOİ giderimi azalır (Speece, 1996; Yu ve ark., 1998; Ahn ve Forster, 2000). Plummer ve ark. (1968), mg KOİ/L değerindeki atıksu ile 35 o C anaerobik filtrede yaptıkları çalışmada, saat bekleme süresinde ve kg/m 3 gün organik yüklemeyle, reaktörün KOİ giderme verimini % arasında olduğunu bildirmişlerdir. Yaung ve McCarty (1969), mg KOİ/L değerindeki atıksu ile 25 o C de anaerobik filtrede yaptıkları çalışmada, saat bekleme süresinde ve kg/m 3 gün organik yüklemeyle, reaktörün KOİ giderme verimini %63-93 arasında olduğunu bildirmişlerdir. Heriki çalışma da organik yüklemenin artışına bağlı olarak KOİ giderme veriminin azalması bakımından benzerlik göstermektedir. Ancak organik yükleme miktarlarına bakıldığında her ikisinde de KOİ gideriminin düşük olduğu durumlarda maksimum organik yüklemelerde oldukça düşüktür. Bu çalışmada %63 lük en düşük KOİ giderme veriminin sağlandığı organik yük miktarı yaklaşık, 18 kgkoi/m 3 gün değerindedir. Çalışmalar arasındaki bu fark, anaerobik teknolojide granül halinde bulunan çamurdaki gelişmelerden kaynaklandığı düşünülmektedir. Bu çalışmada anaerobik çamur granül formdadır. Sonuçların farklılığının nedeni ise, anaeobik çamurun granül formunda kullanılmasıyla açıklanabilir. Çalışmadan elde edilen sonuçların kinetik değerlendirilmesi, modifiye Stover- Kincannon Modeli uygulanarak yapılmıştır. Stover-Kincannon Modeli, organik reaktöre verilen organik yük ve reaktör tarafından giderilen organik yükü esas alan bir kinetik modeldir. İlk kez Stover-Kincannon tarafından dönerbiyodisklere uygulanmıştır. Aşağıda, substrat giderim hızını aşağıdaki eşilikle tanımlamıştır. 60

7 V/Q(Si-Se) Ç.Ü Fen Bilimleri Enstitüsü Yıl:2008 Cilt:17-1 ds dt U ( Q * S ( Q * S / A) max i (1) K B i / A) Anaerobik filtrelerde, sutratın önemli bir kısmının reaktör boşluklarında bulunan granüler formdaki biyokütle tarafından giderildiği kabulüne göre, Stover ve Kincannon eşitliğindeki disk yüzey alanı (A) yerine anaerobik filtrelerdeki boşluk hacmi (V) alınarak, Young tarafından Stover Kincannon Modeli anaerobik filtreler için modifiye edilmiştir (Stover- Kincannon, 1982; Ahn ve Forster, 2000). ds dt U *( Q * S ( Q * S / V ) max i (2) K Bu eşitlik lineerize edilirse; eğimi 1 B i / V ) ds V K B 1 1 dt Q *( Si Se ) U max OLR U V 1 ye karşılık Q ( S i S ) OLR K B U max * e ı; kesim noktası da 1 U max ı verir. Bu çalışmada elde edilen veriler, düzenlenerek max (3) grafiğe geçirilirse, elde edilen doğrunun V Q *( S i Se ) 1 ile OLR grafiği çizildiğinde; Şekil 3 de görüldüğü gibi, K B /U max : 1,0041 ve 1/U max : dir. Buradan kinetik sabitler, U max ve K B sırasıyla, 102,04 g/l-gün, 102,01 olarak hesaplanmıştır. 0,500 0,450 0,400 y = 1,0041x + 0,0098 R 2 = 0,997 0,350 0,300 0,250 0,200 0,150 0,100 0,050 0,000 0,000 0,100 0,200 0,300 0,400 0,500 1/OLR Şekil 3. 35±2 o C de anaerobik filtrede Stover-Kincannon modeli 61

8 Bu iki değer, istenilen çıkış KOİ değeri için, anaerobik arıtma tesisi planlamasında kullanılabilir. Buradan hareketle reaktör hacmi veya bekletme süresi hesaplanabilir. Yu ve Ark. (1998), anaerobik filtrelerde soya fasulyesi atıksularının arıtma kinetiğini araştırmışlar, yapılan araştırma sonucunda elde edilen veriler Stover-Kincannon kinetik modeline uygulamışlardır. Sonuçlardan korelasyon katsayısı R , kinetik sabitlerinden U max 83.3 g/lgün ve K B ise 85.5 g/lgün olarak hesaplamışlardır. Yine aynı sonuçları Monod Kinetik Modeline göre çalışmışlardır. Korelasyon katsayısı R 2 yi olarak hesaplanmıştır. Yaptıkları çalışma sonunda Stover-Kincannon modelinin Monod Modeline kıyasla anaerobik filtrelerin kinetik modellemesinde daha iyi sonuçlar verdiğini bildirmişlerdir. Herne kadar Monod Kinetik modelinin birçok biyolojik arıtma sistemi için uygunluğu litaratürde sıkça uygulansada anaerobik filtrelerde biyokütlenin homojen olarak dağılmaması, biyokütle konsantrasyonundaki ölçümlerin hatalı hesaplanmasına neden olabilir. Monod modelinin uygulanmasında biyokütle konsantrasyonu kullanıldığından, özellikle anaerobik filtrelerde Stover-Kincannon a göre daha küçük korelasyon katsayıları verebilir. Ahn ve Forster (2000), biri mezofilik biri termofilik olmak üzere iki adet anaerobik filtre kullanarak, farklı yüklerde nişastayla hazırlanan sentetik atıksu ile besleme yapmışlardır. Araştırma sonuçlarını Stover-Kincannon kinetik modeline uyarlamışlardır. Elde ettikleri sonuçlar ise; mezofilik reaktörler için korelasyon katsayısı R 2 yi U max ve K B kinetik sabitlerini ise sırasıyla 49.8 g/lgün ve 50 g/lgün olarak, termofilik reaktörler için korelasyon katsayısı R 2 yi U max ve K B kinetik sabitlerini ise sırasıyla g/lgün ve g/lgün olarak hesaplamışlardır. Ahn ve Forster (2002), kağıt hamuru likörü ve oluklu mukavva atıksularını kullanarak yukarı akışlı anaerobik filtreyle yaptıkları çalışmada hem mezofilik hemde termofilik kinetik sabitleri hesaplamışlardır. Yaptıkları çalışma sonunda mezofilik koşullar için kağıt atıksularında U max 6.71 g/lgün, K B 6.14 g/lgün, oluklu mukavva atıksularında ise U max 3.86 g/lgün, K B 0.8 g/lgün, termofilik koşullarda ise kağıt atıksularında U max 185 g/lgün, K B 207 g/lgün, oluklu mukavva atıksularında ise U max 42.2 g/lgün, K B 27.2 g/lgün olarak hesaplanmışlardır. Oluklu mukavva atıksuyunun daha düşük U max ve K B değeri vermesin nedenini atıksu içinde bulunan bordan kaynaklandığı düşünmektedirler. Heriki atıksuda yapılan bor analizi sonunda oluklu mukavva atıksuyundaki bor konsantrasyonunu 0.86 mg/l, kağıt atıksuyundakini ise 0.02 mg/l den daha düşük olduğunu bulmuşlardır. U max ve K B değerleri bir atıksu için belirlendikten sonra belli bir giriş suyu konsantrasyonundan istenen çıkış suyu konsantrasyonuna arıtma yapabilecek anaerobik filtrelerin, hacmi hesaplanabilir. Reaktöre, 2.9 ile 18,228 gkoi/lgün arasında değişen organik yüklemelerle, L/gün arasında biyogaz üretimi hesaplanmıştır. Yapılan ölçümlerde oluşan gazdaki biyogaz miktarının 35 C de %66 civarında olduğu gözlenmiştir. 62

9 Tartışma ve Sonuçlar Bu çalışmada, substrat olarak glikoz kullanılarak hazırlanan sentetik atıksuyun anaerobik filtrelerde, 35±2 o C de arıtma kinetiği modifiye edilmiş, Stover- Kincannon modeline göre çalışılmıştır ve U max : g/l-gün ; K B : g/l-gün olarak hesaplanmıştır. Anaerobik filtrelerde KOİ giderim verimi, % arasında hesaplanmıştır. Anaerobik Filtrelerde mezofilik şartlarda yüksek verimle atıksu arıtımı yapılabilmektedir. Elde edilen çıkış değerlerinin deşarj standartlarını sağlayamama durumunda, takip eden bir arıtma metoduyla (Örn.; Aktif çamur ya da membran) daha düşük çıkış değerleri ve yüksek kalitede arıtılmış su elde etmek mümkündür. Bu çalışmanın devamında; fruktoz, melas gibi farklı substratlar çalışılarak kinetik hesaplamalar yapılabilir. Ayrıca substratarın farklı konsantrasyonlarda karışımı sağlanarak (çevrede bulunan endüstrilere göre gerçek atıksu özelliğine yakın karışımda sentetik atıksular ile) karışık substratlı atıksuların kinetiği de çalışılabilir. Umax ve KB değerleri bir atıksu için belirlendikten sonra belli bir giriş suyu konsantrasyonundan istenen çıkış suyu konsantrasyonuna arıtma yapabilecek anaerobik filtrelerin, hacmi hesaplanabilir. Bu şekilde hesaplanarak bir reaktör işletmeye alındıktan sonra pratikte reaktör verimi izlenerek, varsa, teorik ve pratik sonuçlar arasındaki fark ortaya konabilir ve bu farkların sebepleri araştırılabilir. Reaktörde biyokütle ölçümü yapılırsa, Monod kinetik modeli uygulanıp, Stover-Kincannon modeli ile karşılaştırılabilir. Reaktör şekli iki fazlı olarak değiştirilirse, metonojenik fazda metanojen bakterilerin hassasiyet gösterdiği şartların kontrol altında tutulmasıyla reaktörün inhibe olma riski azaltılarak, reaktör verimleri karşılaştırılabilir. Kaynaklar AHN, J., FORSTER C. F., Kinetik analyses of the operation of meshofilic and termophilic anaerobic filters treating a simulated starch wastewater. Process Biochemistry s. AHN, J.-H. ve FORSTER, C. F., The effect of temperature variations on the performance of mesophilic and thermophilic anaerobic filters treating a simulated papermill wastewater. Process Biochemistry, 37, BORJA R., MARTIN A., DURAN M. M., LUQUE M. ve ALONSO V.,1994. Kinetic study of anaerobic digestion of brewery wastewater. Process Biochemistry 29 (8), ÇUKUROVA METEO, ftp.cu.edu.tr/cumeteo/ Cu_Meteo_Text.htm, Çukurova Ünv., Adana ÇUKUROVA METEO, ftp.cu.edu.tr/cumeteo/ Cu_Meteo_Text.htm, Çukurova Ünv., Adana DEMİRER, G. N., DURAN, M., GÜVEN, E., UĞURLU, Ö., ERGÜDER, T. H., TEZEL, U., ŞEN, S., KORKUSUZ, E. A., VAROLAN, N., Organik atıklardan anaerobik yöntemlerle biyogaz eldesi: Türkiye de uygulanabilirlik. Yenilenebilir Enerji Kaynakları Sempozyumu, İzmir. 63

10 ERDİN E., Çevre Mühendisliği Mikrobiyolojisi, D.E.Ü. İzmir 1994 KARPUZCU, M., Çevre Kirlenmesi ve Kontrolü, Kubbealtı Neşriyatı, İstanbul. LETTİNGA.G., 1980 Use off Upflow Sludge Blannket (USB) ReactorConcept for Biologycal WastewaterTreatment, especially for Anaerobik treatment. Biothecnol Bioeng. 22: 69 LIN.K.C., and YANG.Z., Technical Review on the UASB Process. Intern.J.Enviromental Studies. 39: METCALF & EDDY INC., Wastewater Engineering, Treatment Disposal and Reuse, 3. baskı. McGraw Hill Inc., New York, USA, ÖKTEM, Y. A., İNCE O., İlaç atıksularının tek ve iki kademeli anaerobik arıtımında sistem performanslarının karşılaştırılması. İTÜ Mühendislik Dergisi, 4. Cilt Sayı:2, PAVLOSTATHİS, S.G.; GİROLDO-GOMEZ, E., Kinetics of anaerobic treatment. water sci. technol., 24, (8), PLUMMER A. H., MALINA J. F. And Eckenfelder W. W. (1968) Stabilization of a low solids carbonhydrate waste by anaerobic submerged filter. Proc. 23 rd Annual Ind. Wast Conf. Purdue Univ SEGHEZZO, L., anaerobic treatment of domestic wastewater in subtropical regions, Thesis Wageningen University, Wageningen. ISBN: SPEECE R.E., Anaerobic Biotechnology for Industrial Wastewaters. Archae Press. United States of America, 394. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. (1998). 20 th Edition. APHA-AWWA-WEF,Washington D.C STOVER, E. ve KINCANNON, D. F., Rotation biological contactor scale- up and design. Proc. of the 1 st Int. Conf. on fixed-film Biological Processes, Kings Island, Ohio, WUST, E. L., Single-Phase Cheese Wastewater Treatment By Anaerobic SBRs, Marguette University, in PartialFulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Science, Milwaukee, Wisconsin. YU, H., WILSON, F. ve Tay, J.-H., Kinetic analysis of an anaerobic filter treating soybean wastewater. Wat. Res., 32 (11), YOUNG J. C. and MCCARTY P. L., The anaerobic filter for waste treatment. Stanford University Technical Report No