Anaerobik süzüntü sularından azot giderimi için kısmi nitrifikasyon ve anammox proseslerinin uygulanabilirliğinin araştırılması

Bu çalışmada laboratuar ölçekli ardışık kesikli reaktörlerle KOSKİ Kentsel Atıksu Arıtma Tesisi'nden alınan ve yüksek amonyak azotu ve fosfat içeriğine sahip anaerobik çamur çürütücü süzüntü sularından azot giderimi için kısmi nitrifikasyon ve anaerobik amonyak oksidasyonu (Anammox) proseslerinin ardışık uygulanabilirliği araştırılmıştır. Aerobik ve anaerobik şartlarda ardışık kesikli reaktörlerle haftalık beslemeler yapılarak çalışılmıştır. Çalışma, KOSKİ Atıksu Arıtma Tesisi'nin Aktif Çamur Ünitesi'nden, anaerobik çürütücüsünden ve Başarakavak Atıksu Arıtma Tesisi'nden alınan aktif çamur kültürleri kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Çalışma süresince KOİ, NH4+-N, NO2--N, NO3--N, PO43--P, UYA, Bikarbonat Alkalinitesi, ÇO, pH, sıcaklık değerleri günlük ve UKM haftalık bazda izlenmiştir. 19 haftalık süreç sonunda kısmi nitrifikasyon ve Anammox reaktörlerinde toplam azot giderimi yaklaşık %58-72, toplam fosfor giderimi %71-82 ve toplam KOİ giderimi %84-97 aralığında elde edilmiştir. İkinci kademe anaerobik reaktörlerde azot giderimini arttırmak için ilk kademe kısmi nitrifikasyonda iki farklı hidrolik bekletme süresi uygulanarak oksitlenen amonyak ve oluşan nitrit oranları değiştirilmiştir. İlk kademe kısmi nitrifikasyon basamağında NO3--N 14-27 mg/L seviyesinde oluşmuş ve pH 7.16?8.32 seviyesinde gerçekleşmiştir. Bikarbonat seviyesi nitrifikasyon sürecinde 167-587 mg/L seviyelerine düşmüş, ama prosesin ototrofik özelliğine rağmen tüketilen bikarbonata ilave gerekmemiştir. Bunun sebebi, bu basamakta gerçekleşen heterotrofik organik madde gideriminin ortama yeterli karbon dioksit sağlamış ve atıksudaki UYA'ların giderimi ile mevcut asiditeyi düşürmüş olmasıdır. Ayrıca, organik madde giderimi ikinci basamakta da devam etmiş ve pH dengesinin 7.18-7.54 seviyesinde gerçekleşmesini ve ortama besi kaynağı olarak karbon dioksit üretimini sağlamıştır. Elde edilen fosfor giderimi de heterotrofik büyüme reaksiyonları ile ilişkilendirilmiştir. Anammox reaktöründe 1/12 oranında nitrat:amonyum oluşumu elde edilmiştir. Çalışılan iki basamaklı sistem heterotrofik organik madde/fosfor giderimi ve ototrofik azot giderimi sağlamıştır. Bu iki bakteriyel faaliyet sisteme kimyasal ilavesi gerektirmeden birbirlerini desteklemişlerdir. Özellikle hem organik madde hem de yüksek miktarda amonyak azotu içeren ve orta/büyük ölçekli kentsel AAT'lerinde ilave enerji sarfiyatı ve işletim problemlerine yol açan anaerobik çamur çürütücü süzüntü suyunun arıtımında uygulanabilirliği yüksek bir sistem olduğu gözlenmiştir.

In this study, the feasibility of sequential partial nitrification and anaerobic ammonia oxidation processes was investigated for anaerobic digester filtrate from KOSKİ WWTP in laboratory scale sequential batch reactors. Weekly feeding batch periods were applied as aerobic and anaerobic treatment processes. The study was conducted with active seed sludges from KOSKİ WWTP?s anaerobic digesters Bardenpho Unit ve Başarakavak WWTP. During the study, system parameters as COD, NH4+-N, NO2--N, NO3--N, PO43--P, VFA, bicarbonate alkalinity, D.O., pH, temperature were monitored in daily and PO43--P and volatile suspended solids in weekly base. At the end of 19 weekly periods, total nitrogen, fosfate and COD removal were obtained at 58-72%, 71-82 and 84-97%, respectively. Two different hydraulic retention times were experimented in the first stage partial nitrification to maximize the nitrogen removal in the second ammonia oxidation step. NO3--N was produced at 14-27 mg/L concentration level and pH at 7.16-8.32. Bicarbonate alkalinity dropped to 167-587 mg/L concentration range in the partial nitrification stage, but did not necessitate any alkali addition, due to heterotrophic organic matter degradation as it supplied carbon dioxide to the process and degraded VFA in the wastewater reducing acidity. Besides, organic matter removal proceeded in the second stage too, providing inorganic carbon source to the process and keeping pH above 7.0. Fosfate removal obtained was also correlated to heterotrophic growth. A ratio of 1/12 for nitrate:ammonia was obtained in the Anammox process. The sequential reactor system studied provided both heterotrophic organic matter/fosfate removal and ototrophic nitrogen removal. These two bacterial activities supported each other without necessitating alkali addition to the system. The system proved itself as an efficient and high feasibility process for the side stream treatment of anaerobic digester filtrate containing high levels of organic matter, ammonia and fosfate in medium/large scale WWTP as it will eliminate operational problems and extra energy costs in the main stream.