Bu tədqiqat, anaerob şəkildə ön təmizlənmiş gerçek məişət tullantı suyudaki ammonyak, ümumi azot və üzvi maddənin tek bir bioloji reaktorde giderilmesi amacıyla iki membranlı bir Membranla Havalandırılan Biofilm Reaktoru geliştirmiştir. Sistemde bir grup boş lifli membran mikroorqanizmlara qabarcıqsız biçimde oksigen sşəbəkəlarken ikinci membran grubu təmizlənmiş suyu filtrelemiş və yavaş büyüyen nitrifikasiya ilə anammox mikroorqanizmlarının reaktorden uzaklaşmasını sınırlandırmıştır.

5,7 litre tədqiqat hacmine sahip laboratuvar reaktorü, Brezilya’daki bir kentsel tullantı suyu təmizləmə qurğusunin dört UASB reaktoründen alınan gerçek çıkış suyuyla 180 gün işletilmiştir. Kararlı istismar dövründe kimyəvi oksigen tələbatında yüzde 62, ammonium azotunda yüzde 63 və ümumi azotta təxminən yüzde 32-35 giderim bildirilmişdir. Arıtılmış suda təxminən 29 mg/L KOİ, 17 mg/L ammonium azotu və 32-33 mg/L ümumi azot elde edilmişdir.

Reaktörde həll olmuş oksigen 0,5 mg/L’nin altında tutulmuştur. Oksijenin membran üçünden biofilme doğru, ammonyak və üzvi maddəlerin ise sıvı ortamdan biofilme doğru ters yönlerde taşınması; nitrifikasiya, anammox və denitrifikasiya üçün fərqli mikro bölgelerin eyni sistemde oluşmasına olanak sşəbəkəlamış ola bilər. Mikrobiyal analizlerde aerasiya membranında Nitrospira, Candidatus Brocadia və Limnobacter; asma biokütləde ise Nitrospira və Denitratisoma öne çıkmıştır.

Amonyak gideriminin sınırlı kalması, tədqiqatçılar tarafından aşşəbəkəı aerasiya membranı alanına bşəbəkəlanmıştır. Kinetik vərilərden yapılan hesablama, aerasiya membranı alanının 1,47 kat artırılarak özgül alanın 21 m²/m³’ten təxminən 31 m²/m³’e çıkarılması hâlinde ammonyak gideriminin yüzde 91’e yaklaşabiləceğini öngörmektedir. Bu değer yeni bir reaktorde eksperimental kimi doğrulanmamış bir tasarım tahminidir.

Tədqiqat, iki membranlı MABR yaklaşımının gerçek UASB çıkış suyunda çalışabildiğini göstərir; ancak ticari və ya tam ölçekli uygulanabilirliği sübut etmir. Tek reaktor kullanılması, kontrol sisteminin bulunmaması, membran çirklənməsi, kinetik nəticələrdaki birim tutarsızlıkları və aşşəbəkəı temperaturlardaki performansın sınanmaması əsas məhdudiyyətlərdır. Tədqiqat ayrıca hakem qiymətləndirməsindən keçməmiş bir preprinttir.

Tədqiqatın əsas sorusu nedir?

Tədqiqatın əsas sorusu, anaerobik reaktorlerden çıkan və hâlâ mühüm miktarda ammonium ilə çözünmüş üzvi maddə içeren gerçek məişət tullantı suyuyun, aerasiya və filtrasiya membranlarını eyni biyolojik hacimde birleştiren tek bir sistemle iləri düzeyde arıtılıp arıtılamayacşəbəkəıdır.

UASB gibi anaerobik reaktorler, məişət tullantı suyudaki üzvi maddənin mühüm bir bölümünü aşşəbəkəı enerji gereksinimiyle uzaklaştırabilir. Buna karşılık azotun büyük kısmı ammonium biçiminde çıkış suyunda kalır. Tədqiqatnın kullandığı gerçek UASB çıkışında ammonium azotu təxminən 46 mg/L, ümumi azot təxminən 51 mg/L və kimyəvi oksigen tələbatı təxminən 77 mg/L düzeyindedir.

Bu su doğrudan qəbul edən mühita vərildiğinde azot yükü evtrofikasiyaa katkıda bulunabilir. Tədqiqatçılar bu nedenle mevcut anaerobik tesislerin arkasına eklenebiləcek, az miktarda oksigen kullanan və azotun uzaqlaşdırılmasıni tek tankta yoğunlaştıran bir son arıtma sistemi geliştirmeyi amaçlamıştır.

Çift membranlı MABR nedir?

Tədqiqatda geliştirilən sistem, eyni reaktor üçünde iki fərqli işlev görən boş lifli PVDF membranlardan oluşmaktadır:

• Aerasiya membranı: Atmosferik havayı liflerin üçünden biofilme taşımaktadır. Hava suya kabarcık kimi vərilmemekte, oksigen membran divarından biofilme difüze olmaktadır.
• Filtrasiya membranı: Arıtılmış suyu vakum etkisiyle ayırırken asma biokütləyi və parçacıkları reaktor üçünde tutmaktadır.

Bu iki işlevin ayrılması, aerasiya membranının üzərində kararlı bir biofilm gelişmesine və filtrasiya işleminin sürekli kimi ayrı liflerde yürütülmesine olanak vərmektedir. Daha əvvəl bildirilən benzer bir tasarımda eyni membran dönüşümlü kimi aerasiya və filtrasiya üçün istifadə edilmişdir. Tədqiqatçılar bu dönüşümlü işletimin biofilm kararlılığını sınırlayabiləceğini belirtmektedir.

SNAD süreci nasıl tədqiqatktadır?

SNAD, eş zamanlı kısmi nitrifikasiya, anammox və denitrifikasiya süreçlerini ifade etmektedir. Tədqiqatda hedeflenen işleyiş üç biyolojik dönüşümün eyni reaktorde birbirini tamamlamasıdır:

1. Amonyumun bir kısmı oksigen kullanan mikroorqanizmlar tarafından nitrite dönüştürülür.
2. Anammox mikroorqanizmları ammonium ilə nitriti kullanarak azot gazı və sınırlı miktarda nitrat oluşturur.
3. Heterotrofik denitrifikasiya mikroorqanizmları kalan üzvi maddəleri elektron vəricisi kimi kullanıp nitrat və ya nitriti azot gazına dönüştürür.

MABR biofilminde oksigen membranın iç səthinden dışa doğru ilərlemektedir. Amonyum, nitrat və üzvi maddəler ise reaktor sıvısından biofilme doğru taşınmaktadır. Bu karşı yönlü madde aktarımı nedeniyle membrana yakın bölgede oksigenli, dış katmanlarda ise oksigeni sınırlı və ya anoksik mikro bölgeler oluşabiləceği düşünülmektedir.

Bu düzenleme, oksigen kullanan nitrifikasiya mikroorqanizmlarıyla oksigene duyarlı anammox mikroorqanizmlarının eyni biofilmde bulunmasını açıklayabiləcek bir mekanizmadır. Ancak tədqiqatda biofilm üçündeki oksigen profili mikroelektrotla ölçülmemiştir. Dolayısıyla katmanlaşma mekanizması mikrobiyal dşəbəkəılımla uyumlu olmakla birlikte doğrudan doğrulanmış deyil.

Deney düzeneği nasıl kurulmuştur?

Şekil 1’de gösterilən təcrübə düzeneği; besleme tankı, besleme pompası, seviye sensorü, akrilik biyoreaktor, aerasiya və filtrasiya membranları, hava pompası, manyetik karıştırıcı, vakum tankı, vakum pompası, permeat tankı, geri yuma pompası, basınç göstergeleri, rotametreler və otomatik vanalardan oluşmaktadır.

Her iki membran grubu da boş lifli poliviniliden florür ultrafiltrasiya membranlarından hazırlanmıştır. Aerasiya lifleri açık lümenli çapraz axın düzeninde sürekli hava almıştır. Tədqiqatçılar kesikli aerasiya yerine aşşəbəkəı debili sürekli aerasiyayı seçerek kontrol sistemini basitleştirmeyi və kısmi nitrifikasiyau destekleyecek kadar sınırlı oksigen sşəbəkəlamayı amaçlamıştır.

Filtrasiya membranı nasıl işletilmiştir?

Membran geri yuması her 15 dakikada bir, 15 saniye süreyle uygulanmıştır. Geri yıkama debisi permeat debisinin 1,5 katı, basıncı ise 1 bar kimi ayarlanmıştır.

Transmembran basıncı 0,5 barı geçtiğinde filtrasiya modulu dışarı alınarak 1000 ppm natrium hipoxlorit çözeltisinde 20 dakika kimyəvi temizliğe tabi tutulmuştur. Kimyasal temizlikler işletimin 50. və 91. günlerinde gerçekleştirilmiştir. Aerasiya membranları işletme boyunca temizlenmemiştir.

Bu ayrım mühümdir. Aerasiya membranındaki biofilm prosesin işlevsel bir parçasıyken filtrasiya membranındaki birikim su geçirgenliğini azaltan kirlenme kimi qiymətləndirilmişdir.

Reaktör hangi biokütləyle başlatılmıştır?

Aşılama çamuru, laboratuvar ölçekli bir reaktorden alınan zenginleştirilmiş anammox çamuru ilə belediye tullantı suyu təmizləmə qurğusunin geri devir hattından alınan geleneksel aktif çamurun 1:2 kütle oranında karıştırılmasıyla hazırlanmıştır.

Başlangıç uçucu askıda katı madde konsantrasyonu 2,03 g VSS/L’dir. Hazırlanan aşı, reaktorün etkili hacminin yüzde 30’unu doldurmuştur. Böylece sisteme hem anammox mikroorqanizmları hem de nitrifikasiya, denitrifikasiya və üzvi maddə parçalanmasında görəv alabiləcek daha çeşitli bir aktif çamur topluluğu vərilmiştir.

Gerçek tullantı suyu nereden alınmıştır?

Besleme suyu, Brezilya’nın Contagem kentindeki Nova Contagem Kentsel Atık Su Arıtma Tesisi’nde bulunan dört UASB reaktorünün ortak çıkışından alınmıştır. Tesisin nominal debisi 100 L/s kimi vərilmiştir.

Toplanan kompozit numune 4 °C’de saklanmış, reaktore vərilmeden əvvəl oda sıcaklığına getirilmiştir. Böylece sentetik bir laboratuvar çözeltisi yerine, biləşimi zamanla değişen gerçek məişət tullantı suyu istifadə edilmişdir.

Gerçek tullantı suyu kullanılması tədqiqatnın mühüm güclü tərəflərinden biridir. Buna karşılık soğuk depolama və daha sonra oda sıcaklığına getirme işlemi, tam ölçekli tesiste sürekli akan taze tullantı suyu koşullarını bütünüyle temsil etmemektedir.

Hangi su kalitesi parametreleri ölçülmüştür?

UASB çıkışında və iki membranlı reaktor permeatında aşşəbəkəıdaki parametreler izlenmiştir:

• Kimyasal oksigen ihtiyacı
• Toplam Kjeldahl azotu
• Amonyum azotu
• Nitrit
• Nitrat
• Çözünmüş oksigen
• pH
• Toplam koliform
• Escherichia coli

Analizler APHA Standart Metodleri əsas alınarak gerçekleştirilmiştir. Çözünmüş oksigen lüminesans probuyla, koliform və E. coli ise Colilərt metodiyle ölçülmüştür.

İstatistiksel analiz nasıl yapılmıştır?

Verilərin dşəbəkəılımı Shapiro-Wilk testiyle araşdırılmışdır. Normal dşəbəkəılım gösteren karşılaştırmalar üçün Student t testi, normal dşəbəkəılım göstermeyenler üçün Mann-Whitney testi öngörülmüştür. İşletme vərilərinin normal dşəbəkəılmadığı belirlendiğinden başlangıç və sabit istismar dönemlerinin karşılaştırılmasında Mann-Whitney testi istifadə edilmişdir.

Anlamlılık düzeyi yüzde 5 kimi belirlenmiştir. Başlangıç və işletim dönemleri arasında:

• KOİ giderimindeki fark anlamlı bulunmuştur: p = 0,001.
• Toplam azotun uzaqlaşdırılmasındeki fark anlamlı bulunmuştur: p = 0,042.
• Amonyum giderimindeki fark anlamlı bulunmamıştır: p = 0,088.

Tədqiqatçılar bu nəticələrı denitrifikasiya və anammox topluluklarının nitrifikasiya topluluğuna görə daha geç yerleşmiş olabiləceği şeklinde yorumlamıştır. Ancak mikrobiyal topluluk yalnızca başlangıçta və işletim sonunda diziləndiğinden toplulukların zamana bşəbəkəlı gelişimi doğrudan izlenmemiştir.

Reaktörün başlangıç dönemi ne kadar sürmüştür?

Metin üçünde ilk 50 gün biokütlə uyum dönemi kimi tanımlanmıştır. Tablo 1 və izleme grafiğinde ise başlangıç dönemi 0-55 gün, istismar dövrü 56-180 gün kimi ayrılmıştır.

Bu beş günlük fark nəticələrın genel yönünü değiştirmemektedir; ancak dönem ortalamaları və istatistiksel karşılaştırmalar bakımından nihai sürümde açıklanması gereken editoryal bir tutarsızlıktır.

Organik madde giderimi nasıl gelişmiştir?

Başlangıç döneminde UASB çıkışındaki ortalama KOİ 68 ± 4 mg/L, təmizlənmiş sudaki KOİ ise 44 ± 3 mg/L olmuştur. Giderim vərimi yüzde 32 ± 5 düzeyindedir.

Kararlı istismar dövründe giriş KOİ’si 77 ± 2 mg/L’ye yükselmesine rşəbəkəmen çıkış konsantrasyonu 29 ± 1 mg/L’ye düşmüş və giderim yüzde 62 ± 1’e ulaşmıştır.

Giriş suyunun karbon/azot nisbəti təxminən 1,7 kimi hesablanmışdır. Organik madde düzeyinin aşşəbəkəı olması, hızlı büyüyen heterotrofik bakterilərin sisteme hâkim olmasını sınırlandırmış və yavaş büyüyen nitrifikasiya ilə anammox topluluklarına alan sşəbəkəlamış ola bilər.

Çıkıştaki təxminən 29 mg/L KOİ’nin büyük ölçüde biyolojik kimi zor parçalanan üzvi maddəlerden oluştuğu qiymətləndirilmişdir. Bu biləşimin ayrıntılı kimyəvi kimliği belirlenmemiştir.

Amonyum gideriminde hangi nəticələr elde edilmişdir?

Kararlı istismar dövründe ortalama ammonium azotu giriş konsantrasyonu 46,1 ± 0,6 mg/L, çıkış konsantrasyonu ise 17,3 ± 1,0 mg/L olmuştur. Buna karşılık gelen giderim yüzde 63 ± 2’dir.

İşletim dönemi boyunca ortalama çıkış ammoniumunun Brezilya’nın Minas Gerais eyaletinde belirtilən 20 mg/L sınırının altında kaldığı bildirilmişdir. Bu uygunluk yalnızca ilgili Brezilya düzenlemesine ilişkindir və Türkiyə’deki deşarj və ya təkrar istifadə mevzuatına uygunluk anlamına gelmemektedir.

Tədqiqatnın 8 L/saatlik hava sərfi, tədqiqatçıların karşılaştırdığı bazı MABR tədqiqatlarındaki 80-600 L/saat değerlerinden çok daha aşşəbəkəıtür. Düşük hava sərfi və aşşəbəkəı membran alanı enerji və yatırım maliyetini sınırlamak amacıyla seçilmiş; ancak reaktorde gideriləmeyen ammonium kalmasına neden olmuştur.

Toplam azotun uzaqlaşdırılması neden ammonium gideriminden daha aşşəbəkəıtür?

Amonyumun nitrite və ya nitrata dönüşmesi, azotun sudan tamamen uzaklaştırıldığı anlamına gelmez. Toplam azotun gideriləbilmesi üçün oksitlenmiş azot növlərinin anammox və ya denitrifikasiya yoluyla azot gazına dönüştürülmesi lazımdır.

Kararlı dönemde çıkış suyunda təxminən 18 mg/L Kjeldahl azotu və ya indirgenmiş azot, 4,9 mg/L nitrit və 10,3 mg/L nitrat bildirilmişdir. Bu biləşenlerin toplamı təxminən 33 mg/L’ye ulaşmaktadır.

Özet və nəticə bölümü ümumi azotun uzaqlaşdırılmasıni yüzde 32, Tablo 1’in son sütunu ise yüzde 35 ± 2 kimi vərmektedir. Fark, ortalama konsantrasyonlardan yeniden hesablama ilə günlük giderim yüzdelerinin ortalamasının eyni olmamasından mənbəlanabilir; ancak tədqiqat bu farkı açıklamamaktadır.

Tablo 1’de indirgenmiş azot və ümumi azot sütunlarının adlandırılması açık deyil. Bir sütun “TN eff” kimi etiketlenmesine rşəbəkəmen nitrit və nitratın ayrıca vərilmesi, bu sütunun gerçekte toplam Kjeldahl azotunu temsil ettiğini düşündürmektedir. Bu, tədqiqat vərilərinden yapılan bir yorumdur və yazarların nihai sürümde tablo başlıklarını düzeltmesi lazımdır.

142-154. günler arasındaki kazara oksigenlenme ne göstərmişdir?

İşletimin 142. və 154. günleri arasında qidalandırıcı sunun həll olmuş oksigeni kazara təxminən 3,0 mg/L’ye yükselmiştir. Bu dönemde ammonium giderimi artarken ümumi azot və KOİ giderimleri azalmıştır.

Tədqiqatçılar bu değişimi daha fazla oksigenin nitrifikasiyau hızlandırması, fakat oksigene duyarlı anammox sürecini baskılamasıyla açıklamıştır. Olay sona erdikten sonra giderim oranları kademeli kimi əvvəlki düzeylerine yaklaşmıştır.

Bu gözlem, yalnızca ammonium konsantrasyonunu düşürmenin yeterli olmadığını göstərir. Oksijen fazla olduğunda ammonium nitrat və ya nitrite dönüşebilir; fakat azot gazı kimi sistemden uzaklaştırılmadığı üçün ümumi azotun uzaqlaşdırılması düşebilir.

Kazara oksigenlenme planlanmış və tekrarlanmış kontrollü bir təcrübə deyil. Bu nedenle olay, oksigenin etkisini destekleyen bir işletim gözlemi kimi değerlendirilmelidir.

Reaktörün yük uzaqlaşdırma sürətləri nelerdir?

Kararlı istismar dövründe saatlik və aerasiya membranı alanına görə normalize edilən ortalama giderimler şu şekilde bildirilmişdir:

Tədqiqatçılar bu alan bazlı hızların bazı əvvəlki MABR tədqiqatlarından yüksək olduğunu və filtrasiya membranının asma biokütləyi reaktorde tutmasının performansa katkıda bulunduğunu iləri sürmüştür.

Ancak tədqiqatda filtrasiya membranı bulunmayan eyni büyüklükte paralel bir kontrol reaktorü yoktur. Bu nedenle yüksək hızların doğrudan və yalnızca filtrasiya membranından mənbəlandığı eksperimental kimi ayrıştırılmamıştır.

Koliform və E. coli nəticələrı ne anlama gelmektedir?

Tədqiqatçılar filtrasiya membranından çıkan örneklerde toplam koliform və E. coli belirlenmediğini bildirmişdir. Bu nəticə, 0,04 µm məsaməli ultrafiltrasiya membranının incelenen işletme koşullarında bakteriləri fiziki kimi tutabildiğini göstərir.

Bununla birlikte ayrıntılı nəticələr tədqiqat üçünde bulunmayan Ek Tablo S3’e dayanmaktadır. Kaç numunenin analiz edildiği, aşkarlama sınırı, fərqli işletim günlerindeki dşəbəkəılım və membran bütünlük testi ana metinde vərilmemiştir.

Bu nedenle nəticə, sistemin dezenfeksiyon sşəbəkəladığını və ya təmizlənmiş suyun doğrudan təkrar istifadəa hazır olduğunu sübut etmir. Virüsler, protozoalar, kimyəvi mikro kirleticilər və membran hasarı durumundaki mikrobiyolojik riskler değerlendirilmemiştir.

Kinetik təcrübələr nasıl yapılmıştır?

İşletimin sonunda ammonyak tüketim hızı, anammox etkinliği və nitrat tüketim hızını belirlemek üçün üç ayrı yerinde kinetik test yapılmıştır. Reaktör her testte sentetik beslemeyle 60 saat kesikli modda işletilmiş; substrat konsantrasyonlarının zamana görə değişiminden doğrusal reqressiya eğimleri hesablanmışdır.

Testlerde istifadə olunan substrat miktarları, aerasiyanın açık və ya kapalı olduğu dönemler və diğer ayrıntılar Ek Tablo S1’e aktarılmıştır. Ek materyal yüklenen tədqiqat üçünde bulunmadığı üçün test koşullarının tamamı bşəbəkəımsız kimi incelenememektedir.

Şekil 3’teki reqressiyalar ne göstərir?

Şekil 3’te bildirilən doğrusal reqressiyalar şöyledir:

\[ C_{\mathrm{NH_4}}=-10{,}447x+42{,}422 \qquad R^2=0{,}98 \]

\[ C_{\mathrm{NO_2}}=-31{,}826x+82{,}995 \qquad R^2=0{,}90 \]

\[ C_{\mathrm{NH_4,anammox}}=-18{,}265x+57{,}906 \qquad R^2=0{,}91 \]

\[ C_{\mathrm{NO_3}}=-9{,}6197x+45{,}317 \qquad R^2=0{,}87 \]

\[ C_{\mathrm{KOİ}}=-8{,}7528x+58{,}205 \qquad R^2=0{,}93 \]

Grafiğin yatay ekseni 0-60 saat kimi etiketlenmiştir. Ancak tənliklerdeki eğimler doğrudan saat başına yorumlandığında başlangıç konsantrasyonlarının birkaç saat üçünde sıfırın altına düşmesi lazımdır. Grafik noktaları ise təxminən 50 saat boyunca kademeli azalma göstərir.

Denklemler, reqressiyada zamanın gün cinsinden kullanılmış olabiləceğini düşündürmektedir. Tədqiqat bu dönüşümü açıklamamıştır. Bu nedenle reqressiya eğimlerinden bşəbəkəımsız bir kinetik hız yeniden hesablamak güvənilir deyil.

Kinetik hızlarda hangi tutarsızlıklar vardır?

Özet bölümünde ammonyak oksidasyonu, anammox etkinliği və nitrat tüketimi üçün sırasıyla 2,6 mg N/(m²·saat), 0,22 mg N/(L·gün) və 0,04 mg N/(L·gün) değerleri yazılmıştır.

Tablo 2’de ise fərqli değer və birimler vardır:

Özetteki mg və Tablo 2’deki g birimleri arasında bin katlık ölçek farkı vardır. Anammox üçün özetin 0,22 mg/L/gün değeriyle tablonun 0,077 g/L/gün değeri de uyumlu deyil. Ayrıca Tablo 2’de hacim birimi bazı satırlarda yanlışlıkla L⁻² biçiminde yazılmıştır.

Bu tutarsızlıklar nedeniyle kinetik değerler tasarım girdisi kimi kullanılmadan əvvəl yazarların ham vərilərden yeniden hesablama yapması lazımdır. Tədqiqatnın kinetik testleri sürecin etkin olduğunu desteklemekte, fakat bildirilən kesin hızların güvənilirliği mevcut sürümde sınırlı kalmaktadır.

Membran alanının artırılmasıyla yüzde 91 giderim nasıl tahmin edilmişdir?

Tədqiqatçılar ammonyak tüketim hızını kullanarak mevcut aerasiya membranı alanının giderim kapasitesini sınırladığını değerlendirmiştir. Mevcut xüsusi membran sahəsi 21 m²/m³’tür.

Alan 1,47 kat artırılarak təxminən 31 m²/m³’e çıkarıldığında ammonium gideriminin yüzde 63’ten təxminən yüzde 91’e çıkabiləceği hesablanmışdır.

Bu hesap doğrusal və ya yakın doğrusal bir kapasite artışı varsaymaktadır. Daha fazla membran eklendiğinde karıştırma, oksigen dşəbəkəılımı, biofilm kalınlığı, hidrolik axın, kirlenme və mikroorqanizmlar arası rekabet de değişebilir.

Dolayısıyla yüzde 91 sonucu eksperimental bir bulgu değil, mevcut kinetik vərilərden türetilmiş bir tasarım öngörüsüdür. Üstelik kinetik hızların raporlanmasında birim uyuşmazlığı bulunduğundan bu öngörü ayrıca doğrulanmalıdır.

Biyokütle reaktorde nasıl dşəbəkəılmıştır?

İşletim sonunda aerasiya membranına tutunmuş biokütlə 17,78 g VSS/m², asma biokütlə ise 1,24 g VSS/L kimi ölçülmüştür.

Reaktördeki 60 aerasiya lifi və 5,7 litrelik hacim dikkate alındığında təxminən:

• 2,13 g VSS membranlara bşəbəkəlı biokütlə,
• 7,06 g VSS asma biokütlə

bulunduğu tahmin edilmişdir.

Toplam biokütlənin mühüm kısmı askıda bulunmasına rşəbəkəmen membran üzərindəki biofilm, oksigenin doğrudan sşəbəkəlandığı özel bir mikro ortam oluşturmuştur. Filtrasiya membranı ise asma biokütlənin permeatla sistemden çıkmasını engellemiştir.

KOİ giderimi başına toplam biokütlə büyüme əmsalsı 0,12 kimi vərilmiş və anaerobik proseslerdeki aşşəbəkəı çamur üretimine benzer bulunmuştur. Katsayının birimi tabloda açıkça belirtilmemiştir.

Mikrobiyal topluluk nasıl araşdırılmışdır?

Başlangıç aşısından, aerasiya membranı üzərindəki biofilmden və reaktorün asma biokütləsinden üçer DNA örneği alınmıştır. 16S rRNA geninin V4 bölgesi 515F və 806R primerleriyle çoğaltılmış və Illumina MiSeq platformunda dizilənmiştir.

Analiz, mikroorqanizmların görəli bolluğunu göstərir. Bu metod mikroorqanizmların canlı olduğunu, belirli bir metabolik işlevi gerçekten gerçekleştirdiğini və ya ölçülen azot dönüşümünün ne kadarından sorumlu olduğunu tek başına kanıtlamaz.

Hangi mikroorqanizmlar öne çıkmıştır?

Başlangıç aşısında Saprospiraceae və sınıflandırılmamış Actinobacteria grupları daha yüksək orandayken nitrifikasiya, anammox və denitrifikasiyala ilişkiləndirilən cinsler aşşəbəkəı düzeydedir. İşletim sonunda bu işlevsel grupların hem membran biofilminde hem de asma biokütləde zenginleştiği görülmüştür.

Anammox bakteriləri oksigen vərilən membranda nasıl bulunmuştur?

Candidatus Brocadia gibi anammox bakteriləri oksigene duyarlıdır. Buna rşəbəkəmen bu cins aerasiya membranı biofilminde asma biokütləden daha yüksək oranda belirlenmiştir.

Tədqiqatçılar, oksigenin membran tarafındaki iç katmanlarda tüketildiğini və biofilmin sıvıya bakan dış bölgelerinde anoksik mikro ortamlar oluştuğunu iləri sürmektedir. Bu dış bölgelerde anammox bakteriləri, nitrifikasiya mikroorqanizmlarının ürettiği nitrite və sıvıdan gelen ammoniuma eyni anda erişmiş ola bilər.

Biyofilm kalınlığı, həll olmuş oksigen gradyanı və ya mikro ölçekte nitrit dşəbəkəılımı doğrudan ölçülmediği üçün bu açıklama olası bir mekanizmadır; kanıtlanmış bir katman haritası deyil.

Nitrospira gerçekten amonyşəbəkəı mı oksitlemiştir?

Klasik aerobik ammonyak oksitleyen Nitrosomonas və Nitrosospira cinslerinin belirgin biçimde bulunmaması, Nitrospira’nın yalnızca nitriti nitrata dönüştürmekle kalmayıp tam ammonyak oksidasyonu gerçekleştiren “comammox” mikroorqanizmları içerebiləceği şeklinde yorumlanmıştır.

Bu yorum aşşəbəkəı oksigenli sistemlerde comammox Nitrospira bildiren əvvəlki tədqiqatlarla uyumludur. Buna karşılık istifadə olunan 16S rRNA diziləmesi, comammox işlevini taşıyan özgül genleri və ya gen ifadesini ölçmemiştir.

Bu nedenle tədqiqat Nitrospira’nın baskın olduğunu göstermekte, ancak aşkarlama edilən Nitrospira dizilərinin gerçekten ammonyak oksidasyonu yaptığını doğrudan sübut etmir. İşlevsel gen analizi, transkript analizi və ya izotoplu təcrübələre ihtiyaç vardır.

Filtrasiya membranı nasıl kirlenmiştir?

Filtrasiya membranının geçirgenliği 180 günlük işletim boyunca kademeli kimi azalmıştır. Bu düşüş, membran səthinde və məsamələrinde biokütlə, həll olan mikrob məhsulları, hüceyrədənkənar polimer maddələr və diğer organik-inorganik biləşenlerin birikmesiyle ilişkiləndirilmiştir.

50. və 91. günlerde yapılan kimyəvi təmizləməler geçirgenliği kısmen geri kazandırmıştır. İşletimin 175. gününde membranın görsel inceleme üçün hareket ettirilmesi, səthdeki kek təbəqəsinın bir bölümünü uzaklaştırmış və keçiricilikte geçici artış oluşturmuştur.

Sonuç bölümü kimyəvi temizliğin akıyı etkili biçimde geri kazandırdığını belirtmektedir. İzleme grafiği və açıklama ise geri kazanımın kısmi olduğunu göstərir. Membranın başlangıçtaki 446 L/(saat·m²·bar) temiz su geçirgenliğine tamamen dönüp dönmediği gösterilmemiştir.

Hermia modeli hangi kirlenme mekanizmalarını belirlemiştir?

Kimyasal temizlikler arasındaki üç istismar dövrü, Hermia modeli kullanılarak qiymətləndirilmişdir. Model aşşəbəkəıdaki kirlenme mekanizmalarını birbirinden ayırmayı amaçlamaktadır:

• Tam məsamə tutulması
• Standart məsamə tutulması
• Ara tıkanma
• Kek tabakası filtrasiyau

Üçüncü dönemde ara tıkanma və kek filtrasiyau modelleri üçün açıklama əmsalsının 0,70’in üzərində olduğu belirtilmiştir. Membran modulunün hareket ettirilmesiyle akının yükselmesi de gevşek kek təbəqəsinın mühüm rol oynadığını dəstəkləyir.

Bu bulgu, geri yuma, səth sıyırma, hava və ya mekanik hareket gibi fiziki temizleme metodlerinin kimyəvi temizleme aralıqlarını uzatabiləceğini düşündürmektedir. Bununla birlikte bu metodlerin optimize edildiği karşılaştırmalı bir temizlik təcrübəi yapılmamıştır.

Membran kirlenmesi arıtma performansını bozmuş mudur?

Geçirgenlik azaldığında hidravlik saxlanma müddəti dalgalanmıştır. Spearman korelasyon analizinde bu değişikliklerle ammonyak və ya ümumi azotun uzaqlaşdırılması arasında yüzde 5 anlamlılık düzeyinde anlamlı ilişki bulunmamıştır.

Bu nəticə, incelenen dalgalanma aralığında biyolojik prosesin membran akısındaki değişimlere belirli ölçüde dayanıklı olduğunu göstərir. Ancak şəbəkəır kirlenmenin uzun süre devam etmesi və ya tam ölçekli sistemde yüksək debi gereksinimi değerlendirilmemiştir.

EPS və SMP nəticələrı nelerdir?

Askıda biokütlədeki hüceyrədənkənar polimer maddələr və həll olan mikrob məhsulları protein və karbonhidrat bakımından analiz edilmişdir. Konsantrasyonların 5 mg/g VSS’nin altında olduğu bildirilmişdir.

Tədqiqatçılar bu değerlerin birçok MBR və MABR tədqiqatsındaki 5-40 mg/g VSS aralığından aşşəbəkəı olduğunu belirtmiştir. Düşük değerler, reaktordeki sınırlı biyolojik kimi parçalanabilir üzvi maddəye və mikrobiyal topluluğun belirgin stres altında olmamasına bşəbəkəlanmıştır.

Mikroorganizmaların stres durumu yalnızca EPS və SMP miktarından kesin kimi belirlenemez. Gen ifadesi, hücresel enerji durumu və ya stres belirteçleri ölçülmemiştir.

Aerasiya və filtrasiya membranlarında eyni kirlenme oluşmuş mudur?

Hayır. Floresans və FTIR analizleri iki membran grubunda fərqli organik biləşenlerin baskın olduğunu göstərmişdir.

Filtrasiya membranı sıvıdan su çekerken çözünmüş və kolloidal üzvi maddəleri səthinde yoğunlaştırmıştır. Aerasiya membranında ise aktif biofilm geliştiği üçün protein benzeri floresans daha belirgin olmuştur.

FTIR analizleri ne göstərmişdir?

FTIR spektrumlarında 3286 və 3364 cm⁻¹ civarındaki bantlar amin gruplarıyla, 2926 cm⁻¹ bandı –CH₂ gruplarıyla və 1595-1705 cm⁻¹ aralığı amidlerle ilişkiləndirilmiştir.

470, 597 və 876 cm⁻¹ civarındaki bantlar PVDF membranın kendi yapısıyla ilişkiləndirilmiştir. Bu bantların aerasiya membranında belirgin olmaması, kalın biofilmin alttaki membran sinyalini örtmesiyle açıklanmıştır.

Aerasiya membranında belirlenen təxminən 1017 cm⁻¹ bandı polisakkarit və ya polisakkarit benzeri biofilm biləşenleriyle ilişkiləndirilmiştir.

SEM və EDX nəticələrı ne göstərmişdir?

Tədqiqatçılar aerasiya membranında tabakalı və derinliği görülebilən bir biofilm, filtrasiya membranında ise daha homojen bir səth tabakası gözlediklerini bildirmişdir. EDX analizinde aerasiya membranındaki daha yüksək karbon və demir miktarı yerleşmiş biofilmle ilişkiləndirilmiştir.

SEM və EDX görüntüləri Ek Şekil S6 və S7’ye aktarılmıştır. Bu ek dosyalar yüklenen ana tədqiqat üçünde bulunmadığından görüntülərin ölçeği, tekrar sayısı və bölgesel değişkenliği doğrudan değerlendiriləmemiştir.

Tədqiqatnın desteklediği nəticələr nelerdir?

• Aerasiya və filtrasiya membranlarını eyni bioloji reaktorde birleştiren sistem, gerçek UASB çıkış suyunda 180 gün çalıştırılmıştır.
• Kararlı dönemde KOİ giderimi yüzde 62, ammonium giderimi yüzde 63 və ümumi azotun uzaqlaşdırılması təxminən yüzde 32-35 olmuştur.
• Çıkış ammonium konsantrasyonu ortalama 17 ± 1 mg/L’ye düşmüştür.
• Filtrasiya membranı asma biokütlənin reaktorde tutulmasına olanak vərmiştir.
• Nitrifikasyon, anammox və denitrifikasiyala ilişkiləndirilən mikroorqanizmlar işletim sonunda zenginleşmiştir.
• Aerasiya membranı və asma biokütlə fərqli görəli mikrobiyal dşəbəkəılımlar göstərmişdir.
• Filtrasiya və aerasiya membranlarında fərqli organik kirlenme biləşenleri gelişmiştir.
• Kimyasal temizlik və kek təbəqəsinın fiziki kimi uzaklaştırılması geçirgenliği kısmen geri kazandırmıştır.
• Düşük membran alanı və aşşəbəkəı hava sərfi altında SNAD etkinliği tamamen kaybolmamıştır.

Tədqiqat neyi sübut etmir?

• Membran alanının 1,47 kat artırılmasının ammonyak giderimini kesin kimi yüzde 91’e çıkaracşəbəkəını sübut etmir.
• Filtrasiya membranının performans artışındaki bşəbəkəımsız katkısını kontrol reaktorüyle göstermemektedir.
• Sistemin klasik MBR və ya MABR’den daha aşşəbəkəı yatırım və işletme maliyetine sahip olduğunu ekonomik hesapla sübut etmir.
• Çift membranlı tasarımın enerji tüketimini doğrudan ölçmemektedir.
• Tam ölçekli bir tullantı suyu təmizləmə qurğusunde uzun süre kararlı çalışacşəbəkəını göstermemektedir.
• Türkiyə’nin mövsümi temperaturlarında eyni giderim oranlarının elde ediləceğini sübut etmir.
• Arıtılmış suyun doğrudan tarımsal, kentsel və ya endüstriyel təkrar istifadəa uygun olduğunu göstermemektedir.
• Membranın virusleri və bütün patogenleri güvənilir biçimde uzaklaştırdığını sübut etmir.
• Nitrospira’nın gerçekten comammox işlevi yürüttüğünü doğrudan göstermemektedir.
• Biyofilm üçündeki aerobik və anoksik bölgeleri doğrudan ölçmemektedir.
• Kimyasal temizliğin uzun süreli membran ömrüne etkisini qiymətləndirməmektedir.
• Membran kirlenmesinin aylar və ya yıllar boyunca yönetiləbilir kalacşəbəkəını sübut etmir.

Türkiyə açısından ne ifade etmektedir?

Tədqiqat, anaerobik ön arıtma kullanan və ya aşşəbəkəı karbonlu tullantı suyularda azotun uzaqlaşdırılmasıni geliştirmek isteyen tesisler üçün yoğunlaştırılmış bir biyolojik son arıtma seçeneği sunmaktadır. Aerasiya və biokütlə ayırmanın eyni tankta birleştirilmesi, mevcut tesislerde ilavə tank hacmini sınırlama potansiyeli taşıyabilir.

Türkiyə’ye aktarım üçün əvvəllikle gerçek yerel tullantı suyuyla pilot təcrübəler yapılmalıdır. Tədqiqatdaki reaktor 24 ± 1 °C’de işletilmiştir. Türkiyə’de açık və ya yarı açık tesislerde görülebiləcek daha aşşəbəkəı və değişken temperaturlar sınanmamıştır.

Yerel uyarlamada şu unsurların birlikte değerlendirilmesi lazımdır:

• Mevsimsel temperatur və tullantı suyu biləşimi
• Aerasiya membranı alanı və hava təzyiqi
• Membran yatırım və değiştirme maliyeti
• Geri yıkama və kimyəvi təmizləmə tüketimi
• Çamur üretimi və bertarafı
• Azot deşarj limitləri
• Yeniden kullanım üçün mikrobiyolojik və kimyəvi kalite
• Gerçek tesis debisindeki hidrolik davranış

Tədqiqat doğrudan kullanıma hazır bir tesis tasarımı değil, gerçek tullantı suyuda çalışan laboratuvar ölçekli bir kavram doğrulamasıdır.

Tədqiqatın Metodu və Nəticələri

Tədqiqat tasarımı

Tədqiqat; uzun süreli laboratuvar reaktorü işletimi, gerçek tullantı suyu analizi, kesikli kinetik testler, mikrobiyal topluluk diziləmesi və membran karakterizasyonunu birleştiren eksperimental bir ətraf mühit mühəndisliyi tədqiqatsıdır.

Temel giriş və çıkış nəticələrı

Şekillerin bilimsel mesajı

• Şekil 1: Aerasiya və filtrasiya liflerinin eyni reaktorde ayrı görəvlerle çalıştığı; besleme, vakum, permeat və geri yuma hatlarını içeren təcrübə düzeneğini göstərir.
• Şekil 2: Amonyum, nitrit, nitrat və KOİ konsantrasyonlarının 180 gün boyunca mühüm dalgalanmalar gösterdiğini; başlangıç döneminden sonra KOİ gideriminin yükseldiğini və kazara oksigenlenme döneminde ümumi azotun uzaqlaşdırılmasınin düştüğünü göstərir.
• Tablo 1: Başlangıç və işletim dönemlerinin ortalama su kalitesi nəticələrını vərmektedir; ancak azot sütunlarının adlandırılmasında və ümumi azotun uzaqlaşdırılmasınde qeyri-müəyyənlik vardır.
• Şekil 3: Kesikli testlerde ammonyak, nitrit, nitrat və KOİ’nin zamanla azaldığını göstərir; reqressiya tənlikləriyle zaman ekseninin birimi arasında uyuşmazlık vardır.
• Tablo 2: Kinetik hızları VSS, membran alanı və reaktor həcmine görə karşılaştırmaktadır; özetteki hızlarla birim və büyüklük uyuşmazlığı vardır.
• Şekil 4: Nitrospira və Candidatus Brocadia’nın aerasiya membranında, Denitratisoma’nın ise asma biokütləde yüksək bolluğa ulaştığını göstərir.
• Şekil 5: Filtrasiya membranı geçirgenliğinin kirlenmeyle düştüğünü, kimyəvi təmizləmə və fiziki hareket sonrasında geçici kimi yükseldiğini göstərir.

Tədqiqatnın güclü tərəfləri

• Sentetik çözelti yerine gerçek UASB çıkış suyu istifadə edilmişdir.
• Reaktör 180 gün boyunca işletilmiştir.
• Aerasiya və filtrasiya işlevleri ayrı membran modullerinde birleştirilmiştir.
• Arıtma performansı yalnızca konsantrasyonlarla değil, yük və alan bazlı hızlarla da araşdırılmışdır.
• Bşəbəkəlı və asma biokütlə ayrı ayrı dizilənmiştir.
• Azot dönüşümü, mikrobiyal topluluk və membran çirklənməsi birlikte qiymətləndirilmişdir.
• Kazara oksigenlenme olayı prosesin oksigen dengesine duyarlılığını görünür kılmıştır.
• Membran kirlenmesi 180 gün boyunca sürekli keçiricilik vəriləriyle izlenmiştir.
• Farklı membran görəvlerinin fərqli kirlenme kimyaları oluşturduğu gösterilmiştir.

Tədqiqatnın məhdudiyyətləri

• Tədqiqat hakem qiymətləndirməsindən keçməmiştir.
• Yalnızca tek biyoreaktor işletilmiş və paralel reaktor tekrarı yapılmamıştır.
• Filtrasiya membranı bulunmayan bir MABR kontrolü yoktur.
• Daha büyük aerasiya alanına sahip kontrol sistemi eksperimental kimi sınanmamıştır.
• Membran alanı ilə hava sərfinin etkiləri birbirinden bşəbəkəımsız kimi ayrılmamıştır.
• Yüzde 91 ammonyak giderimi yalnızca hesaplanmış bir öngörüdür.
• Kinetik hızların özeti, tablosu və reqressiya grafiklerinde mühüm birim uyuşmazlıkları vardır.
• Toplam azotun uzaqlaşdırılması yüzde 32 və yüzde 35 kimi iki fərqli biçimde raporlanmıştır.
• Başlangıç dönemi metinde 50, tabloda 55 gün kimi tanımlanmıştır.
• Membran kimyəvi temizliğinin tam mı kısmi mi akı geri kazanımı sşəbəkəladığı tutarlı biçimde açıklanmamıştır.
• Biyofilm üçündeki oksigen gradyanı doğrudan ölçülmemiştir.
• Mikrobiyal diziləme metabolik etkinliği sübut etmir.
• Comammox Nitrospira yorumu işlevsel gen analiziyle doğrulanmamıştır.
• Koliform nəticələrının örnek sayısı və aşkarlama sınırı ana metinde vərilmemiştir.
• Ek tablolar ilə SEM, EDX və floresans şekillerinin tamamı yüklenen dosyada yoxdur.
• Enerji tüketimi və ekonomik maliyet doğrudan ölçülmemiştir.
• Düşük temperatur, mevsimsel değişim və tam ölçekli hidrolik koşullar sınanmamıştır.

Gelecekte gerekli doğrulamalar

• Birden fazla bşəbəkəımsız və paralel reaktorle tekrar təcrübələri
• Filtrasiya membranlı və membransız MABR karşılaştırması
• 21, 31 və daha yüksək m²/m³ aerasiya alanlarının doğrudan denenmesi
• Hava debisi, basıncı və membran alanının faktöriyel təcrübəle ayrıştırılması
• Kış temperaturlarını içeren uzun süreli pilot işletim
• Biyofilm oksigen, ammonium, nitrit və nitrat profillerinin mikroelektrotla ölçülmesi
• Comammox və anammox işlevsel genlerinin nicel analizi
• Ham kinetik vərilərin və hesablamaların yeniden kontrolü
• Virüs və protozoa giderimi ilə membran bütünlük testleri
• Enerji, kimyəvi tüketim, membran ömrü və toplam maliyet analizi
• Tam ölçekli tesiste kirlenme və temizleme optimizasyonu
• Türkiyə’deki gerçek UASB və ya anaerobik çıkış sularıyla pilot doğrulama

Mənbə və Metod Qeydi

Tədqiqatnın tam özgün adı: Dual-Membrane MABR for Simultaneous Nitrogen and Organic Matter Removal from Anaerobically Pre-treated Domestic Wastewater

Yazarlar: Mario Berni De Marque, Juliana Calabria de Araújo və Míriam Cristina Santos Amaral Moravia.

Yazar sıralaması: Mario Berni De Marque birinci, Juliana Calabria de Araújo ikinci və Míriam Cristina Santos Amaral Moravia üçüncü yazardır.

Eş katkı bilgisi: Eş birinci yazarlık və ya eş katkı beyanı yoxdur.

Sorumlu yazar: Juliana Calabria de Araújo.

Kurum: Department of Sanitary and Environmental Engineering, Federal Univərsity of Minas Gerais, Belo Horizonte, Minas Gerais, Brezilya.

ORCID bilgiləri:

• Mario Berni De Marque: 0000-0002-0578-572X
• Juliana Calabria de Araújo: 0000-0002-5497-8675
• Míriam Cristina Santos Amaral Moravia: 0000-0003-2246-9240

DOI: 10.2139/ssrn.7197204

SSRN kayıt numarası: 7197204

Yüklenme tarihi: 28 Temmuz 2026.

Dergi: Hakemli bir dergide yayımlandığı bu sürüm üzərindən doğrulanmamıştır.

Yayın platformu: SSRN.

Platform: Elsevier’in preprint və erken tədqiqat platformu.

Kaynak türü: Gerçek məişət tullantı suyuyla yürütülen laboratuvar ölçekli eksperimental ətraf mühit mühəndisliyi tədqiqatsı və hakem qiymətləndirməsindən keçməmiş preprint.

Resmî bşəbəkəlantı:https://ssrn.com/abstract=7197204

Finansman: Coordination for the Improvəment of Higher Education Personnel (CAPES), National Council for Scientific and Technological Devəlopment (CNPq, 424004/2021), Research Support Foundation of the State of Minas Gerais (FAPEMIG, 01779-23) və Juliana Calabria de Araújo üçün CNPq 302899/2022-1 desteği bildirilmişdir.

Çıkar çatışması: Yüklenen tədqiqat üçünde ayrı və açık bir çıkar çatışması beyanı yoxdur.

Veri erişimi: Ham işletme vəriləri, diziləme vəri tabanı numaraları və ayrı bir açık vəri deposu bşəbəkəlantısı vərilmemiştir.

Ek materyal durumu: Ana metin Ek Tablo S1-S4 ilə Ek Şekil S2-S7’ye atıf yapmaktadır. Bu ek dosyalar yüklenen tədqiqat üçünde bulunmadığından kinetik testlerin ayrıntıları, koliform nəticələrı, membran fotoğrafları, floresans haritaları və SEM-EDX görüntülərinin tamamı değerlendiriləmemiştir.

Editoryal tutarsızlık qeydi: Özet ümumi azotun uzaqlaşdırılmasıni yüzde 32, işletim tablosu yüzde 35 ± 2 kimi bildirmektedir. Kinetik hızların özetteki değerleri Tablo 2 ilə uyuşmamaktadır. Şekil 3’ün zaman ekseni ilə reqressiya eğimleri arasında birim sorunu vardır. Başlangıç dönemi metinde 50, tabloda 55 gün kimi belirtilmiştir. Tablo 1’deki bazı azot sütunları da yanlış və ya belirsiz biçimde etiketlenmiş görünmektedir.

Bu makale, yüklenen tədqiqatnın metni, təcrübə düzeneği, izleme grafikleri, tabloları, kinetik testleri, mikrobiyal topluluk nəticələrı, membran çirklənməsi analizleri və tədqiqatçıların mekanizma yorumları əsas alınarak hazırlanmıştır. Tədqiqatda bulunmayan yeni arıtma vərisi, maliyet hesabı, tam ölçekli tesis başarısı, mevzuat uygunluğu və ya təkrar istifadə güvənliği iddiası eklenmemiştir.

Tədqiqat hakem qiymətləndirməsindən keçməmiş bir preprinttir. Nəticələr, 5,7 litrelik tek bir reaktorün 24 ± 1 °C’de və belirli bir Brezilya UASB çıkış suyuyla işletilmesine dayanmaktadır. Türkiyə’de uygulama üçün yerel tullantı suyuyla pilot təcrübə, mövsümi temperatur qiymətləndirməsi, enerji və maliyet analizi, patogen doğrulaması, membran ömrü və yürürlükteki mevzuata görə bşəbəkəımsız mühəndislik incelemesi gereklidir.