BİYOLOJİK AZOT GİDERİM PROSESLERİ

Doç. Dr. Özer ÇINARKahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi

Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Çevre Mühendisliği Bölümü

BİYOLOJİK ARITMADA BİYOKİMYASAL İŞLEMLER

Atıksu Arıtımı:

Mikroorganizmalar

Kimyasal reaksiyonlar

Enzimler

BİYOKİMYASAL İŞLEMLER

BİYOLOJİK ARITMADA BİYOKİMYASAL İŞLEMLER

Redoks reaksiyonları

Elektron alıcılar

Elektron vericiler Arıtmada rol alan mikrobiyal topluluklar ve

sınıflandırılması

Elektronların taşınması (ETC; elektron taşıma zinciri)

Redoks Reaksiyonları

Redoks Reaksiyonu

Elektron Alıcılar

Elektron Taşıma Zinciri

BİYOLOJİK ARITMADA BİYOKİMYASAL İŞLEMLER

1. Biyokimyasal Dönüşüm Çözünmüş organik madde giderimi Çözünmemiş organik maddelerin stabilizasyonu Çözünmüş inorganik maddenin dönüşümü

2. Biyokimyasal Çevre Oksijen İnorganik bileşikler Organik bileşikler

3. Biyoreaktör Konfigürasyonu Askıda Çoğalan Sistemler Tutunarak Çoğalan Sistemler

Karbon oksidasyonu

C0 C+4 O2-2

Yeni hücre C5H7O2N

CO2 gazı havaya karışarak ayrılır

Sedimantasyon ile uzaklaştırılır

Çözünmüş Organik Madde Giderimi

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

1. BİYOKİMYASAL DÖNÜŞÜM

2. BİYOKİMYASAL ÇEVRE

Elektron alıcılarına göre:

1. Oksijen: AEROBİK2. Nitrit/nitrat:ANOKSİK

3. CO2, Sülfat veya Organik maddeler: ANAEROBİK

Aerobik ve anoksik çevre koşulları

Anaerobik çevre koşulları

Respirasyon (ETC) CO2, Fermantasyon, vb.

2. BİYOKİMYASAL ÇEVRE

BİYOKİMYASAL İŞLEMLERDE AZOT DÖNGÜSÜ

MİKROORGANİZMALARIN SINIFLANDIRILMASI

Bakteri Arke

Ökaryo

Prokaryotik

Ökaryotik

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

SU KİRLİLİĞİ VE KONTROLÜ

Organik Kirliliğin Alıcı Ortama Etkileri

Ötrofikasyon

Alg= C106H263O110N16P

1 g N :16 g alg;

1 g P :114 g alg OLUŞUMU…

Ötrofikasyon

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)

Azot Döngüsü

Atıksularda azot formları:

Amonyak azotu Organik azot (amino asit, protein, nükleotid) İnorganik azot (nitrat ve nitrit)

N-Formu Bileşik Oksidasyon Durumu

Organik-N -3

NH4+ Amonyum -3

N2 Azot Gazı 0

NO2- Nitrit +3

NO3- Nitrat +5

Azot Döngüsü

BİYOLOJİK AZOT GİDERİM SİSTEMLERİ

1. KONVENSİYONEL NİTRİFİKASYON-DENİTRİFİKASYON

2. SHARON

3. ANAMMOX

4. CANON

1. Konvensiyonel Nitrifikasyon & Denitrifikasyon

Toplam Azot Gideriminde 3 Basamak:

1. Hidroliz & Amonifikasyon

Üre & organik Azot NH4-N

2. Nitrifikasyon

NH4-N + O2 NO3 –N / NO2-N

3. Denitrifikasyon

NO3-N N2

- -

-

Hidroliz & Amonifikasyon

Organik azot bileşikleri NH3

Amonifikasyon bakterileri

Nitrifikasyon

Elektron alıcı : oksijen (aerobik koşullar) Bakteri türü: zorunlu aeroblar

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

Nitrifikasyonu Etkileyen Parametreler

Denitrifikasyon

Elektron alıcı : nitrat (anoksik koşullar) Elektron verici: organik bileşikler (karbon kaynağı

yetersizliği) Bakteri türü: heterotroflar

Denitrifikasyon

Denitrifikasyon bakterileri + yeni hücre

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)

“MLE” azot giderim prosesi

“BARDENPHO” azot giderim prosesi

Yüksek azot içeren atıksularda gerekli ek karbon kaynağı ve maliyet artışı…

Yüksek miktarda amonyak içeren atıksular için alternatif azot giderme prosesleri araştırılmıştır. Bunlar:

AZOT GİDERİMDE SON TRENDLER……

Yüksek amonyum içeren atıksular Yüksek sıcaklık 35 ºC, pH

1- SHARON PROSESİ

1- SHARON PROSESİ

Bakteriyel Büyüme Hızı

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

2- ANOMMOX PROSESİ

Mikroorganizma türü, anaerobik kemolitoototroflardır

Elektron alıcı olarak nitriti kullanırlar

(anobolik faaaliyetlerde elektron verici)

Hidrazin (N2H4) ve hidroksilamin (NH2OH)

2- ANOMMOX PROSESİ

Anahtar enzim= hidroksilamin oksidaredüktaz

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

2- ANAMMOX PROSESİ

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)

3- CANON PROSESİ

Özet Reaksiyonlar

Biyolojik azot giderme proseslerinin karşılaştırılması

Biyolojik azot giderme proseslerinin karşılaştırılması