BİYOLOJİK AZOT GİDERİM PROSESLERİ

1. BİYOLOJİK AZOT GİDERİM PROSESLERİ Doç. Dr. Özer ÇINAR Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Çevre Mühendisliği Bölümü

2. BİYOLOJİK ARITMADA BİYOKİMYASAL İŞLEMLER Atıksu Arıtımı: • Mikroorganizmalar • Kimyasal reaksiyonlar • Enzimler BİYOKİMYASAL İŞLEMLER

3. BİYOLOJİK ARITMADA BİYOKİMYASAL İŞLEMLER • Redoks reaksiyonları • Elektron alıcılar • Elektron vericiler • Arıtmada rol alan mikrobiyal topluluklar ve sınıflandırılması • Elektronların taşınması (ETC; elektron taşıma zinciri)

4. Redoks Reaksiyonları

5. Redoks Reaksiyonu

6. Elektron Alıcılar

7. Elektron Taşıma Zinciri

8. BİYOLOJİK ARITMADA BİYOKİMYASAL İŞLEMLER • Biyokimyasal Dönüşüm • Çözünmüş organik madde giderimi • Çözünmemiş organik maddelerin stabilizasyonu • Çözünmüş inorganik maddenin dönüşümü • Biyokimyasal Çevre • Oksijen • İnorganik bileşikler • Organik bileşikler • Biyoreaktör Konfigürasyonu • Askıda Çoğalan Sistemler • Tutunarak Çoğalan Sistemler

9. 1. BİYOKİMYASAL DÖNÜŞÜM Çözünmüş Organik Madde Giderimi • Karbon oksidasyonu • C0 C+4 O2-2 CO2 gazı havaya karışarak ayrılır Yeni hücre C5H7O2N Sedimantasyon ile uzaklaştırılır

10. 1. BİYOKİMYASAL DÖNÜŞÜM • Kolloidal maddelerin kararlı son ürünlere dönüşmesi Çözünmemiş Organik Madde Stabilizasyonu • Çözünmüş İnorganik Madde Dönüşümü • Azot giderim prosesleri • Nitrifikasyon = amonyum azotu nitrat • Denitrifikasyon= nitrat azot gazı

11. 2. BİYOKİMYASAL ÇEVRE • Elektron alıcılarına göre: • Oksijen: AEROBİK • Nitrit/nitrat:ANOKSİK • CO2, Sülfat veya Organik maddeler: ANAEROBİK

12. 2. BİYOKİMYASAL ÇEVRE Anaerobik çevre koşulları Aerobik ve anoksik çevre koşulları Respirasyon (ETC) CO2, Fermantasyon, vb.

13. BİYOKİMYASAL İŞLEMLERDE AZOT DÖNGÜSÜ

14. MİKROORGANİZMALARIN SINIFLANDIRILMASI • Bakteri • Arke • Ökaryo Prokaryotik Ökaryotik

15. MİKROORGANİZMALARIN SINIFLANDIRILMASI • Bakteriler elektron alıcı kaynağına göre: • Aerobik (oksijen): Nitrifikasyondan sorumlu bakteriler • Fakültatif: Denitrifikasyondan sorumlu bakteriler • Anaerobik • Bakteriler elektron verici kaynağına göre: • Heterotrof : elektron verici ve karbon kaynağı organik bileşikler (denitrifikasyon) • Ototrof: elektron verici kaynağı inorganik maddeler (nitrat, nitrit gibi); karbon kaynağı CO2

16. SU KİRLİLİĞİ VE KONTROLÜ

17. Organik Kirliliğin Alıcı Ortama Etkileri

18. Ötrofikasyon

19. Ötrofikasyon Alg= C106H263O110N16P 1 g N :16 g alg; 1 g P :114 g alg OLUŞUMU…

20. Azot Kirlilik Yüküne Sahip Atıksular • Çöp sızıntı suları (3000 mg/L N) • Hayvancılık (215 mg/L NH3 –N) • Şeker (113,5 mg/L NH3-N)

21. Azot Döngüsü • Atıksularda azot formları: • Amonyak azotu • Organik azot (amino asit, protein, nükleotid) • İnorganik azot (nitrat ve nitrit)

22. Azot Döngüsü

23. BİYOLOJİK AZOT GİDERİM SİSTEMLERİ • KONVENSİYONEL NİTRİFİKASYON-DENİTRİFİKASYON • SHARON • ANAMMOX • CANON

24. 1. Konvensiyonel Nitrifikasyon & Denitrifikasyon • Toplam Azot Gideriminde 3 Basamak: • Hidroliz & Amonifikasyon • Üre & organik Azot NH4-N • Nitrifikasyon • NH4-N + O2 NO3 –N / NO2-N • Denitrifikasyon • NO3-N N2 - - -

25. Hidroliz & Amonifikasyon • Organik azot bileşikleri Amonifikasyon bakterileri NH3

26. Nitrifikasyon • Elektron alıcı : oksijen (aerobik koşullar) • Bakteri türü: zorunlu aeroblar

27. Nitrifikasyonu Etkileyen Parametreler • Hassas bir süreç • Nitrifikasyon yapan bakteriler çok yavaş büyürler, yüksek SRT gerektirir. • Yüksek çözünmüş oksijen konsantrasyonu, Ç.O > 2mg/L • Sıcaklık • pH; 7,5 - 8,6 • Düşük C:N • İnhibitör bileşikler

28. Denitrifikasyon • Elektron alıcı : nitrat (anoksik koşullar) • Elektron verici: organik bileşikler (karbon kaynağı yetersizliği) • Bakteri türü: heterotroflar

29. Denitrifikasyon Denitrifikasyon bakterileri + yeni hücre

30. Gerekli İşletme Koşulları • Denitrifikasyonu takip eden bir nitrifikasyon ünitesi (anoksik+aerobik) • Nitrifikasyon için aerobik koşullar ve düşük C konsantrasyonu • Denitrifikasyon için anoksik koşullar + karbon kaynağı (KOİ)

31. “MLE” azot giderim prosesi

32. “BARDENPHO” azot giderim prosesi

33. AZOT GİDERİMDE SON TRENDLER…… • Yüksek azot içeren atıksularda gerekli ek karbon kaynağı ve maliyet artışı… • Yüksek miktarda amonyak içeren atıksular için alternatif azot giderme prosesleri araştırılmıştır. Bunlar:

34. 1- SHARON PROSESİ • Yüksek amonyum içeren atıksular • Yüksek sıcaklık 35 ºC, pH

35. 1- SHARON PROSESİBakteriyel Büyüme Hızı

36. 2- ANOMMOX PROSESİ • Amonyumun anaerobik koşullarda azot gazına dönüşmesi • Elektron verici = amonyak; elektron alıcısı= nitrit • İlave karbon kaynağı ihtiyacı yoktur • Karbon kaynağı CO2 • En uygun biyoreaktör tipi: Ardışık Kesikli Reaktör • Dezavantajı, sorumlu mikroorganizmaların büyüme hızı çok yavaş

37. 2- ANOMMOX PROSESİ • Mikroorganizma türü, anaerobik kemolitoototroflardır • Elektron alıcı olarak nitriti kullanırlar (anobolik faaaliyetlerde elektron verici) • Hidrazin (N2H4) ve hidroksilamin (NH2OH)

38. 2- ANOMMOX PROSESİ • Anahtar enzim= hidroksilamin oksidaredüktaz

39. 2- ANOMMOX PROSESİ • Proses oluşan nitrat ile inhibe olmaz, fakat 0,1 g/L’den daha yüksek konsantrasyonlarda nitrit, • Asetilen, fosfat ve oksijen inhibisyona neden olur

40. 2- ANAMMOX PROSESİ

42. 3- CANON PROSESİ • Yüksek miktarda amonyum, düşük konsantrasyonda organik madde içeren atıksular için ekonomik • Proses, kısmi nitrifikasyon ve anoksik amonyum oksidasyonuna dayanır • Oksijen sınırlı şartlar • Nitrosomonas + anammox (ototrof mikroorganizmalar)

43. 3- CANON PROSESİ

44. Özet Reaksiyonlar

45. Biyolojik azot giderme proseslerinin karşılaştırılması

46. Biyolojik azot giderme proseslerinin karşılaştırılması