BİYOLOJİK AZOT GİDERİM PROSESLERİ Doç. Dr. Özer ÇINAR Kahramanmaraş 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 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

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

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

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

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

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

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

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)

Azot Döngüsü N-Formu Bileşik Oksidasyon Durumu Organik-N -3 NH4+ Amonyum N2 Azot Gazı NO2- Nitrit +3 NO3- Nitrat +5

BİYOLOJİK AZOT GİDERİM SİSTEMLERİ KONVENSİYONEL NİTRİFİKASYON-DENİTRİFİKASYON SHARON ANAMMOX CANON

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 - - -

Hidroliz & Amonifikasyon Amonifikasyon bakterileri Organik azot bileşikleri NH3

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

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

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

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:

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

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