Meyve Suyu Atıksuyunun Sentezlenen Farklı Membranlar ile Membran Biyoreaktörde Arıtımı

Transkript

1 Meyve Suyu Atıksuyunun Sentezlenen Farklı Membranlar ile Membran Biyoreaktörde Arıtımı Yüksek Çevre Mühendisi Sevgi Güneş Durak Yıldız Teknik Üniversitesi Çevre Mühendisliği Bölümü Prof. Dr. Neşe Tüfekci İstanbul Üniversitesi Çevre Mühendisliği Bölümü

2 Membran Biyoreaktör Membran Biyoreaktörler, aktif çamur sistemi ile membranların entegre edildiği sistemlerdir. Özellikle atıksu arıtımında kullanım oranı gün geçtikçe önem kazanmaktadır. Tercih edilmesinin en önemli sebepleri; Az yer kaplaması Arıtımın etkin gerçekleştirilmesi ve verimli bir şekilde İşletme şartlarının kolay ve ekonomik olmasıdır.

3 İşletimde; Membran akısı, Çamur bekletme süresi F/M oranı gibi parametreler dikkate alınarak membran kirliliğini en aza indirmek ve membranların uzun süreli kullanımlarını sağlamak amaçlanmalıdır.

4 MBR sistemdeki arıtımın daha verimli ve ekonomik hale getirilmesi amacıyla sistemde kullanılan membranlara alternatifler getirilmeye çalışılmaktadır. Yapmış olduğumuz çalışmada, bu alternatifler göz önünde bulundurularak meyve suyu atıksuyunun arıtımı için sentezlediğimiz dört farklı membranın Batık MBR Sistemi nde kullanımı gerçekleştirilmiştir.

5 MEYVE SUYU ATIKSUYU Parametre Meyve suyu karakterizasyonu Atıksu 1.Yıkama 2.Yıkama mg/l 3.Yıkama AKM Meyve (mg/l) suyu 50 atıksuyu olarak 30 bir 110 firmanın şeftali 0 KOİ KOİ (mg/l) meyve suyu 210 üretiminden 1290 açığa 1210 çıkan atıksu 160 ph (%1 lik meyve suyu) 7.0 NH 3 -N (mg/l) 5,04 6,72 5,04 2,8 kullanılmıştır. NO 2 -N (mg/l) NH 3 0,148 -N 0, ,88 0,011 NO 3 Meyve -N (mg/l) suyu 5,16 atıksuları 5,36 biyolojik 0,24 olarak kolay 0 TKN-N 368 TKN (mg/l) 5,6 8,12 3,92 3,92 parçalanabilmesine Klorür rağmen yüksek 800 organik Fosfat (mg/l) 0,085 0,07 0,052 0,045 yük ve askıda orto-p katı madde içermektedir. 75,2 orto-p (mg/l) 0,017 0,038 0,107 0,081

6 MEMBRAN SENTEZİ Bu özelliklere sahip atıksuyun arıtılabilirliğini sağlamak amacıyla 4 farklı membran sentezlenmiştir. Membran sentezi için termal yöntem uygulanmıştır. Bu kapsamda; Polivinilden florür (PVDF) Polisülfon (PS) Polieterimid (PEİ) Poliakrilonitril (PAN), membranların sentezi gerçekleştirilmiştir.

7 Polimerin Polimerler için çözücü olarak N-Metil-2- molekül Polimer Çözücü Polimer Sıcaklık ( Pirolidon ağırlığı (M (NMP) w, miktarı çözücüsü (g) miktarı kullanılmıştır. (ml) o C) g/mol) Polimerler belirli bir süre ve sıcaklıkta PVDF karıştırılarak homojen 16 viskoz 80 bir çözelti 80 elde PS edildiğinde, çözeltiler 18 teflon 85 kalıplara dökülmüş ardından etüvde bekletilmiştir PEİ Etüvden çıkarılan 16 kalıp soğutulduktan 80 sonra membran kalıptan ayrılarak modüllere PAN takılmıştır Süre (saat) 110 8

8 Arıtım için; 3 farklı organik yükleme KOİ giriş = 500 mg/l, KOİ giriş = 1000 mg/l ve KOİ giriş = 2000 mg/l ile 2 farklı çamur yaşında Ө c =15 gün, Ө c =30 gün çalışılmıştır.

9 İŞLETME KOŞULLARI

10 Sıcaklık (oc) SICAKLIK KOI = 2000 mg/l KOI = 1000 mg/l KOI = 500 mg/l Zaman, gün MBR deki İşletme Sürecinde Sıcaklığın Zamanla Değişimi (Өc=15 gün, KOİ=500,1000 ve 2000 mg/l)

11 Sıcaklık, oc SICAKLIK KOI = 500 mg/l KOI = 1000 mg/l KOI = 2000 mg/l Zaman, gün MBR deki İşletme Sürecinde Sıcaklığın Zamanla Değişimi (Өc=30 gün, KOİ=500,1000 ve 2000 mg/l)

12 ph ph KOI = 500 mg/l KOI = 1000 mg/l KOI = 2000 mg/l Zaman, gün MBR deki İşletme Sürecinde Sıcaklığın Zamanla Değişimi (Өc=15 gün, KOİ=500,1000 ve 2000 mg/l)

13 ph ph KOI = 2000 mg/l KOI = 1000 mg/l KOI = 500 mg/l Zaman, gün MBR deki İşletme Sürecinde Sıcaklığın Zamanla Değişimi (Өc=30 gün, KOİ=500,1000 ve 2000 mg/l)

14 Çözünmüş Oksijen, mg/l Çözünmüş Oksijen KOI = 2000 mg/l KOI = 1000 mg/l KOI = 500 mg/l Zaman, gün MBR deki İşletme Sürecinde Çözünmüş Oksijen Konsantrasyonunun Zamanla Değişimi (Өc=15 gün, KOİ=500,1000 ve 2000 mg/l)

15 Çözünmüş Oksijen, mg/l Çözünmüş Oksijen 10 9 KOI = 500 mg/l KOI = 1000 mg/l KOI = 2000 mg/l Zaman, gün MBR deki İşletme Sürecinde Çözünmüş Oksijen Konsantrasyonunun Zamanla Değişimi (Өc=30 gün, KOİ=500,1000 ve 2000 mg/l)

16 Askıda Katı Madde AKM (mg/l) UAKM (mg/l) KOI = 2000 mg/l KOI = 1000 mg/l KOI = 500 mg/l Zaman, gün MBR deki İşletme Sürecinde Askıda Katı Madde Konsantrasyonunun Zamanla Değişimi (Өc=15 gün, KOİ=500,1000 ve 2000 mg/l)

17 Askıda Katı Madde AKM (mg/l) UAKM (mg/l) KOI = 500 mg/l KOI = 1000 mg/l KOI = 2000 mg/l Zaman, gün MBR deki İşletme Sürecinde Askıda Katı Madde Konsantrasyonunun Zamanla Değişimi (Өc=30 gün, KOİ=500,1000 ve 2000 mg/l)

18 SENTEZLENEN MEMBRANLARIN PERFORMANS VE KARAKTERİZASYONU

19 TEMAS AÇISI ANALİZİ Membranlar Temiz membranlar ( o ) Kullanılmış membranlar ( o ) PVDF PS PEİ PAN 81 65

20 FTIR ANALİZİ

21 PVDF MEMBRAN

22 PS MEMBRAN

23 PEİ MEMBRAN

24 PAN MEMBRAN

25 AKI GRAFİKLERİ

26 Tablo: Çamur yaşının 15 gün olduğu koşullarda farklı KOİ konsantrasyonlarında membran tipine göre elde edilen süzüntü hacimleri, başlangıç ve denge akıları. Çamur yaşı KOİ giriş = 2000 mg/l KOİ giriş =1000 mg/l KOİ giriş =500 mg/l Membran tipi V t J d J o V t J d J o V t J d J o PVDF , ,22 13 PS 118 0, , ,4 110 PEİ 118 0, , ,4 197 PAN 779 0, , ,4 28

27 Tablo: Çamur yaşının 30 gün olduğu koşullarda farklı KOİ konsantrasyonlarında membran tipine göre elde edilen süzüntü hacimleri, başlangıç ve denge akıları. Çamur yaşı KOİ giriş = 2000 mg/l KOİ giriş =1000 mg/l KOİ giriş =500 mg/l Membran tipi V t J d J o V t J d J o V t J d J o PVDF 351 0, , PS 47 0, , ,44 1,7 PEİ 37 0, , , PAN , ,7 128

28 J (L/m 2.saat) J (L/m2.saat) PVDF PS PEİ PAN KOİ = 2000 mg/l, Өc=15 gün Zaman (dk) PVDF PS PEİ PAN KOİ = 2000 mg/l, Өc=30 gün Zaman (dk)

29 J (L/m 2..saat) J (L/m 2.saat) PVDF PS PEİ PAN KOİ = 1000 mg/l, Өc=15 gün Zaman (dk) PVDF PS PEİ PAN KOİ = 1000 mg/l, Өc=30 gün Zaman (dk)

30 J (L/m 2.saat) J (L/m 2.saat) PVDF PS PEİ PAN KOİ = 500 mg/l, Өc=15 gün Zaman (dk) PVDF PS PEİ PAN Zaman (dk) KOİ = 500 mg/l, Өc=30 gün

31 GİDERİM VERİMLERİ

32 Askıda Katı Madde Giderim Verimleri Tüm membranlardan tüm çamur yaşı ve organik yükleme koşullarında, % oranında giderim verimi elde edilmiştir.

33 Membran % Karbonhidrat Giderim Verimleri KOİ giriş =500 mg/l, Ө c =15 gün KOİ giriş =1000 mg/l, Ө c =15 gün KOİ giriş =2000 mg/l, Ө c =15 gün SMPc EPSc SMPc EPSc SMPc EPSc PVDF PS PEİ PAN ,1 78 Membran KOİ giriş =500 mg/l, Ө c =30 gün KOİ giriş =1000 mg/l, Ө c =30 gün KOİ giriş =2000 mg/l, Ө c =30 gün SMPc EPSc SMPc EPSc SMPc EPSc PVDF PS PEİ PAN

34 Membran % Protein Giderim Verimleri KOİ giriş =500 mg/l, Ө c =15 gün KOİ giriş =1000 mg/l, Ө c =15 gün KOİ giriş =2000 mg/l, Ө c =15 gün SMPp EPSp SMPp EPSp SMPp EPSp PVDF PS PEİ PAN Membran KOİ giriş =500 mg/l, Ө c =30 gün KOİ giriş =1000 mg/l, Ө c =30 gün KOİ giriş =2000 mg/l, Ө c =30 gün SMPp EPSp SMPp EPSp SMPp EPSp PVDF ,7 PS PEİ PAN

35 % KOİ Giderim Verimleri Membran KOİ giriş =500 mg/l, Ө c =15 gün KOİ giriş =1000 mg/l, Ө c =15 gün KOİ giriş =2000 mg/l, Ө c =15 gün PVDF PS PEİ PAN Membran KOİ giriş =500 mg/l, Ө c =30gün KOİ giriş =1000 mg/l, Ө c =30 gün KOİ giriş =2000 mg/l, Ө c =30 gün PVDF PS PEİ PAN

36 SONUÇ Sonuç olarak; Tüm çamur yaşları ve KOİ giriş konsantrasyonları incelendiğinde 30 günlük çamur yaşı ve 1000 mg/l KOİgiriş konsantrasyonunun optimum şartı sağladığı, Toplam süzüntü hacmi ile kimyasal oksijen ihtiyacı, protein ve karbonhidrat giderim verimi arasında ters orantı olduğu, En iyi giderim verimini termal yöntemle sentezlenmiş PEİ membranın sağladığı tespit edilmiştir.

37 TEŞEKKÜRLER