Бул изилдөө, анаэробдук түрдө алдын ала тазаланган gerçek тиричилик агынды суусуdaki аммиак, жалпы азот жана органикалык затnin tek bir биологиялык реакторde giderilmesi amacıyla кош мембраналуу bir Мембрана менен Аэрацияланган Биофильм Реактору geliştirmiştir. Sistemde bir grup ичи көңдөй булалуу мембрана микроорганизмlara көбүкчөсүз biçimde кычкылтек sторlarken ikinci мембрана grubu тазаланган сууyu filtrelemiş жана yavaş büyüyen нитрификация менен anammox микроорганизмlarının реакторden uzaklaşmasını sınırlandırmıştır.

5,7 litre изилдөө hacmine sahip laboratuvar реакторü, Brezilya’daki bir kentsel агынды суу тазалоо жайыnin dört UASB реакторünden alınan gerçek çıkış suyuyla 180 gün işletilmiştir. Kararlı иштетүү мезгилиnde химиялык кычкылтек керектөөсүnda yüzde 62, аммоний azotunda yüzde 63 жана жалпы азотta болжол менен yüzde 32-35 giderim билдирилген. Arıtılmış suda болжол менен 29 mg/L ХКК, 17 mg/L аммоний azotu жана 32-33 mg/L жалпы азот elde кылынган.

Reaktörde эріген кычкылтек 0,5 mg/L’nin астында tutulmuştur. Oksijenin мембрана үчүнden биофильмe doğru, аммиак жана органикалык затlerin ise sıvı ortamdan биофильмe doğru ters yönlerde taşınması; нитрификация, anammox жана денитрификация үчүн ар башка mikro bölgelerin ошол эле sistemde oluşmasına olanak sторlamış болушу мүмкүн. Mikrobiyal analizlerde аэрация мембранаında Nitrospira, Candidatus Brocadia жана Limnobacter; асма биомассаde ise Nitrospira жана Deнитратisoma öne çıkmıştır.

Amonyak gideriminin sınırlı kalması, изилдөөчүлөр tarafından төмөн аэрация мембранаı alanına bторlanmıştır. Kinetik жанаrмененrden yapılan эсептөө, аэрация мембранаı alanının 1,47 kat artırılarak özgül alanın 21 m²/m³’ten болжол менен 31 m²/m³’e çıkarılması hâlinde аммиак gideriminin yüzde 91’e yaklaşabмененceğini öngörmektedir. Bu değer yeni bir реакторde эксперименталдык катары doğrulanmamış bir tasarım tahminidir.

Изилдөө, кош мембраналуу MABR yaklaşımının gerçek UASB çıkış suyunda çalışabildiğini көрсөтөт; ancak ticari же tam ölçekli uygulanabilirliği далилдебейт. Tek реактор kullanılması, kontrol sisteminin bulunmaması, мембрана булганышы, kinetik жыйынтыктарdaki birim tutarsızlıkları жана төмөн температураlardaki performansın sınanmaması негизги чектөөлөрdır. Изилдөө ayrıca рецензиядан өтө элек bir preprinttir.

Изилдөөнүн негизги sorusu nedir?

Изилдөөнүн негизги sorusu, anaerobik реакторlerden çıkan жана hâlâ маанилүү miktarda аммоний менен çözünmüş органикалык зат içeren gerçek тиричилик агынды суусуyun, аэрация жана фильтрация мембранаlarını ошол эле biyolojik hacimde birleştiren tek bir sistemle мененri düzeyde arıtılıp arıtılamayacторıdır.

UASB gibi anaerobik реакторler, тиричилик агынды суусуdaki органикалык затnin маанилүү bir bölümünü төмөн enerji gereksinimiyle uzaklaştırabilir. Buna karşılık azotun büyük kısmı аммоний biçiminde çıkış suyunda kalır. Изилдөөnın kullandığı gerçek UASB çıkışında аммоний azotu болжол менен 46 mg/L, жалпы азот болжол менен 51 mg/L жана химиялык кычкылтек керектөөсү болжол менен 77 mg/L düzeyindedir.

Bu su doğrudan кабыл алуучу чөйрөa жанаrildiğinde azot yükü эвтрофикацияa katkıda bulunabilir. Изилдөөчүлөр bu nedenle mevcut anaerobik tesislerin arkasına eklenebмененcek, az miktarda кычкылтек kullanan жана азотту алып салууni tek tankta yoğunlaştıran bir son arıtma sistemi geliştirmeyi amaçlamıştır.

Çift мембранаlı MABR nedir?

Изилдөөda geliştirмененn sistem, ошол эле реактор үчүнde iki ар башка işlev боюнчаn ичи көңдөй булалуу PVDF мембранаlardan oluşmaktadır:

• Аэрация мембранаı: Atmosferik havayı liflerin үчүнden биофильмe taşımaktadır. Hava suya kabarcık катары жанаrilmemekte, кычкылтек мембрана дубалından биофильмe difüze olmaktadır.
• Фильтрация мембранаı: Arıtılmış suyu vakum etkisiyle ayırırken асма биомассаyi жана parçacıkları реактор үчүнde tutmaktadır.

Bu iki işlevin ayrılması, аэрация мембранаının үстүндө kararlı bir биофильм gelişmesine жана фильтрация işleminin sürekli катары ayrı liflerde yürütülmesine olanak жанаrmektedir. Daha мурда bildirмененn benzer bir tasarımda ошол эле мембрана dönüşümlü катары аэрация жана фильтрация үчүн колдонулган. Изилдөөчүлөр bu dönüşümlü işletimin биофильм kararlılığını sınırlayabмененceğini belirtmektedir.

SNAD süreci nasıl изилдөөktadır?

SNAD, eş zamanlı kısmi нитрификация, anammox жана денитрификация süreçlerini ifade etmektedir. Изилдөөda hedeflenen işleyiş üç biyolojik dönüşümün ошол эле реакторde birbirini tamamlamasıdır:

1. Amonyumun bir kısmı кычкылтек kullanan микроорганизмlar tarafından нитритe dönüştürülür.
2. Anammox микроорганизмları аммоний менен нитритi kullanarak azot gazı жана sınırlı miktarda нитрат oluşturur.
3. Heterotrofik денитрификация микроорганизмları kalan органикалык затleri elektron жанаricisi катары kullanıp нитрат же нитритi azot gazına dönüştürür.

MABR биофильмinde кычкылтек мембранаın iç бетinden dışa doğru мененrlemektedir. Amonyum, нитрат жана органикалык затler ise реактор sıvısından биофильмe doğru taşınmaktadır. Bu karşı yönlü madde aktarımı nedeniyle мембранаa yakın bölgede кычкылтекli, dış katmanlarda ise кычкылтекi sınırlı же anoksik mikro bölgeler oluşabмененceği düşünülmektedir.

Bu düzenleme, кычкылтек kullanan нитрификация микроорганизмlarıyla кычкылтекe duyarlı anammox микроорганизмlarının ошол эле биофильмde bulunmasını açıklayabмененcek bir mekanizmadır. Ancak изилдөөda биофильм үчүнdeki кычкылтек profili mikroelektrotla ölçülmemiştir. Dolayısıyla katmanlaşma mekanizması mikrobiyal dторılımla uyumlu olmakla birlikte doğrudan doğrulanmış эмес.

Deney düzeneği nasıl kurulmuştur?

Şekil 1’de gösterмененn тажрыйба düzeneği; besleme tankı, besleme pompası, seviye сенсорü, akrilik biyoреактор, аэрация жана фильтрация мембранаları, hava pompası, manyetik karıştırıcı, vakum tankı, vakum pompası, пермеат tankı, кайра жуу pompası, basınç göstergeleri, rotametreler жана otomatik vanalardan oluşmaktadır.

Her iki мембрана grubu da ичи көңдөй булалуу poliviniliden florür ultraфильтрация мембранаlarından hazırlanmıştır. Аэрация lifleri açık lümenli çapraz агым düzeninde sürekli hava almıştır. Изилдөөчүлөр kesikli аэрация yerine төмөн debili sürekli аэрацияyı seçerek kontrol sistemini basitleştirmeyi жана kısmi нитрификацияu destekleyecek kadar sınırlı кычкылтек sторlamayı amaçlamıştır.

Фильтрация мембранаı nasıl işletilmiştir?

Membran кайра жууsı her 15 dakikada bir, 15 saniye süreyle uygulanmıştır. Geri yıkama debisi пермеат debisinin 1,5 katı, basıncı ise 1 bar катары ayarlanmıştır.

Transмембрана basıncı 0,5 barı geçtiğinde фильтрация модулу dışarı alınarak 1000 ppm натрий гипохлорити çözeltisinde 20 dakika химиялык temizliğe tabi tutulmuştur. Kimyasal temizlikler işletimin 50. жана 91. günlerinde gerçekleştirilmiştir. Аэрация мембранаları işletme boyunca temizlenmemiştir.

Bu ayrım маанилүүdir. Аэрация мембранаındaki биофильм prosesin işlevsel bir parçasıyken фильтрация мембранаındaki birikim su geçirgenliğini azaltan kirlenme катары бааланган.

Reaktör hangi биомассаyle başlatılmıştır?

Aşılama çamuru, laboratuvar ölçekli bir реакторden alınan zenginleştirilmiş anammox çamuru менен belediye агынды суу тазалоо жайыnin 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, реакторün etkili hacminin yüzde 30’unu doldurmuştur. Böylece sisteme hem anammox микроорганизмları hem de нитрификация, денитрификация жана органикалык зат parçalanmasında боюнчаv alabмененcek daha çeşitli bir aktif çamur topluluğu жанаrilmiştir.

Gerçek агынды суу nereden alınmıştır?

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

Toplanan композит numune 4 °C’de saklanmış, реакторe жанаrilmeden мурда oda sıcaklığına getirilmiştir. Böylece sentetik bir laboratuvar çözeltisi yerine, bмененşimi zamanla değişen gerçek тиричилик агынды суусу колдонулган.

Gerçek агынды суу kullanılması изилдөөnın маанилүү күчтүү жактарыnden biridir. Buna karşılık soğuk depolama жана daha кийин oda sıcaklığına getirme işlemi, tam ölçekli tesiste sürekli akan taze агынды суу koşullarını bütünüyle temsil etmemektedir.

Hangi su kalitesi parametreleri ölçülmüştür?

UASB çıkışında жана кош мембраналуу реактор пермеатında aşторıdaki parametreler izlenmiştir:

• Kimyasal кычкылтек ihtiyacı
• Toplam Kjeldahl azotu
• Amonyum azotu
• Nitrit
• Nitrat
• Çözünmüş кычкылтек
• pH
• Toplam колиформ
• Escherichia coli

Analizler APHA Standart Ыкмаleri негизги alınarak gerçekleştirilmiştir. Çözünmüş кычкылтек lüminesans probuyla, колиформ жана E. coli ise Colмененrt ыкмаiyle ölçülmüştür.

İstatistiksel analiz nasıl yapılmıştır?

Verмененrin dторılımı Shapiro-Wilk testiyle изилденген. Normal dторılım gösteren karşılaştırmalar үчүн Student t testi, normal dторılım göstermeyenler үчүн Mann-Whitney testi öngörülmüştür. İşletme жанаrмененrinin normal dторılmadığı belirlendiğinden başlangıç жана туруктуу иштетүү dönemlerinin karşılaştırılmasında Mann-Whitney testi колдонулган.

Anlamlılık düzeyi yüzde 5 катары belirlenmiştir. Başlangıç жана işletim dönemleri ортосунда:

• ХКК giderimindeki fark anlamlı bulunmuştur: p = 0,001.
• Toplam азотту алып салууndeki fark anlamlı bulunmuştur: p = 0,042.
• Amonyum giderimindeki fark anlamlı bulunmamıştır: p = 0,088.

Изилдөөчүлөр bu жыйынтыктарı денитрификация жана anammox topluluklarının нитрификация topluluğuna боюнча daha geç yerleşmiş olabмененceği şeklinde yorumlamıştır. Ancak mikrobiyal topluluk yalnızca başlangıçta жана işletim sonunda dizмененndiğinden toplulukların zamana bторlı gelişimi doğrudan izlenmemiştir.

Reaktörün başlangıç dönemi ne kadar sürmüştür?

Metin үчүнde ilk 50 gün биомасса uyum dönemi катары tanımlanmıştır. Tablo 1 жана izleme grafiğinde ise başlangıç dönemi 0-55 gün, иштетүү мезгили 56-180 gün катары ayrılmıştır.

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

Organik madde giderimi nasıl gelişmiştir?

Başlangıç döneminde UASB çıkışındaki ortalama ХКК 68 ± 4 mg/L, тазаланган сууdaki ХКК ise 44 ± 3 mg/L olmuştur. Giderim жанаrimi yüzde 32 ± 5 düzeyindedir.

Kararlı иштетүү мезгилиnde giriş ХКК’si 77 ± 2 mg/L’ye yükselmesine rторmen çıkış konsantrasyonu 29 ± 1 mg/L’ye düşmüş жана giderim yüzde 62 ± 1’e ulaşmıştır.

Giriş suyunun көмүртек/азот катышы болжол менен 1,7 катары эсептелген. Organik madde düzeyinin төмөн olması, hızlı büyüyen heterotrofik bakterмененrin sisteme hâkim olmasını sınırlandırmış жана yavaş büyüyen нитрификация менен anammox topluluklarına alan sторlamış болушу мүмкүн.

Çıkıştaki болжол менен 29 mg/L ХКК’nin büyük ölçüde biyolojik катары zor parçalanan органикалык затlerden oluştuğu бааланган. Bu bмененşimin ayrıntılı химиялык kimliği belirlenmemiştir.

Amonyum gideriminde hangi жыйынтыктар elde кылынган?

Kararlı иштетүү мезгилиnde ortalama аммоний 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 аммонийunun Brezilya’nın Minas Gerais eyaletinde belirtмененn 20 mg/L sınırının астында kaldığı билдирилген. Bu uygunluk yalnızca ilgili Brezilya düzenlemesine ilişkindir жана Түркия’deki разряд же кайра колдонуу mevzuatına uygunluk anlamına gelmemektedir.

Изилдөөnın 8 L/saatlik аба чыгымы, изилдөөчүлөрın karşılaştırdığı bazı MABR изилдөөlarındaki 80-600 L/saat değerlerinden çok төмөнүрөөкtür. Düşük аба чыгымы жана төмөн мембрана alanı enerji жана yatırım maliyetini sınırlamak amacıyla seçilmiş; ancak реакторde giderмененmeyen аммоний kalmasına neden olmuştur.

Toplam азотту алып салуу neden аммоний gideriminden төмөнүрөөкtür?

Amonyumun нитритe же нитратa dönüşmesi, azotun sudan tamamen uzaklaştırıldığı anlamına gelmez. Toplam azotun giderмененbilmesi үчүн oksitlenmiş azot түрлөрinin anammox же денитрификация yoluyla azot gazına dönüştürülmesi керек.

Kararlı dönemde çıkış suyunda болжол менен 18 mg/L Kjeldahl azotu же indirgenmiş azot, 4,9 mg/L нитрит жана 10,3 mg/L нитрат билдирилген. Bu bмененşenlerin toplamı болжол менен 33 mg/L’ye ulaşmaktadır.

Özet жана жыйынтык bölümü toplam азотту алып салууni yüzde 32, Tablo 1’in son sütunu ise yüzde 35 ± 2 катары жанаrmektedir. Fark, ortalama konsantrasyonlardan yeniden эсептөө менен günlük giderim yüzdelerinin ortalamasının ошол эле olmamasından булакlanabilir; ancak изилдөө bu farkı açıklamamaktadır.

Tablo 1’de indirgenmiş azot жана жалпы азот sütunlarının adlandırılması açık эмес. Bir sütun “TN eff” катары etiketlenmesine rторmen нитрит жана нитратın ayrıca жанаrilmesi, bu sütunun gerçekte toplam Kjeldahl azotunu temsil ettiğini düşündürmektedir. Bu, изилдөө жанаrмененrinden yapılan bir yorumdur жана yazarların nihai sürümde tablo başlıklarını düzeltmesi керек.

142-154. günler ортосундаki kazara кычкылтекlenme ne көрсөткөн?

İşletimin 142. жана 154. günleri ортосунда киргизүүчү сууnun эріген кычкылтекi kazara болжол менен 3,0 mg/L’ye yükselmiştir. Bu dönemde аммоний giderimi artarken жалпы азот жана ХКК giderimleri azalmıştır.

Изилдөөчүлөр bu değişimi daha fazla кычкылтекin нитрификацияu hızlandırması, fakat кычкылтекe duyarlı anammox sürecini baskılamasıyla açıklamıştır. Olay sona erdikten кийин giderim oranları kademeli катары мурдаki düzeylerine yaklaşmıştır.

Bu gözlem, yalnızca аммоний konsantrasyonunu düşürmenin yeterli olmadığını көрсөтөт. Oksijen fazla olduğunda аммоний нитрат же нитритe dönüşebilir; fakat azot gazı катары sistemden uzaklaştırılmadığı үчүн toplam азотту алып салуу düşebilir.

Kazara кычкылтекlenme planlanmış жана tekrarlanmış kontrollü bir тажрыйба эмес. Bu nedenle olay, кычкылтекin etkisini destekleyen bir işletim gözlemi катары değerlendirilmelidir.

Reaktörün жүктү алып салуу ылдамдыктары nelerdir?

Kararlı иштетүү мезгилиnde saatlik жана аэрация мембранаı alanına боюнча normalize edмененn ortalama giderimler şu şekilde билдирилген:

Изилдөөчүлөр bu alan bazlı hızların bazı мурдаki MABR изилдөөlarından жогорку olduğunu жана фильтрация мембранаının асма биомассаyi реакторde tutmasının performansa katkıda bulunduğunu мененri sürmüştür.

Ancak изилдөөda фильтрация мембранаı bulunmayan ошол эле büyüklükte paralel bir kontrol реакторü yoktur. Bu nedenle жогорку hızların doğrudan жана yalnızca фильтрация мембранаından булакlandığı эксперименталдык катары ayrıştırılmamıştır.

Koliform жана E. coli жыйынтыктарı ne anlama gelmektedir?

Изилдөөчүлөр фильтрация мембранаından çıkan örneklerde toplam колиформ жана E. coli belirlenmediğini билдирген. Bu жыйынтык, 0,04 µm тешикчеli ultraфильтрация мембранаının incelenen işletme koşullarında bakterмененri физикалык катары tutabildiğini көрсөтөт.

Bununla birlikte ayrıntılı жыйынтыктар изилдөө үчүнde bulunmayan Ek Tablo S3’e dayanmaktadır. Kaç numunenin analiz edildiği, табуу sınırı, ар башка işletim günlerindeki dторılım жана мембрана bütünlük testi ana metinde жанаrilmemiştir.

Bu nedenle жыйынтык, sistemin dezenfeksiyon sторladığını же тазаланган сууyun doğrudan кайра колдонууa hazır olduğunu далилдебейт. Virüsler, протозоаlar, химиялык mikro kirleticмененr жана мембрана hasarı durumundaki mikrobiyolojik riskler değerlendirilmemiştir.

Kinetik тажрыйбалар nasıl yapılmıştır?

İşletimin sonunda аммиак tüketim hızı, anammox etkinliği жана нитрат tüketim hızını belirlemek үчүн üç ayrı yerinde кинетикалык тест yapılmıştır. Reaktör her testte sentetik beslemeyle 60 saat kesikli modda işletilmiş; substrat konsantrasyonlarının zamana боюнча değişiminden doğrusal регрессия eğimleri эсептелген.

Testlerde колдонулган substrat miktarları, аэрацияnın açık же kapalı olduğu dönemler жана diğer ayrıntılar Ek Tablo S1’e aktarılmıştır. Ek materyal yüklenen изилдөө үчүнde bulunmadığı үчүн test koşullarının tamamı bторımsız катары incelenememektedir.

Şekil 3’teki регрессияlar ne көрсөтөт?

Şekil 3’te bildirмененn doğrusal регрессияlar şöyledir:

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

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

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

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

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

Grafiğin yatay ekseni 0-60 saat катары etiketlenmiştir. Ancak теңдемеlerdeki eğimler doğrudan saat başına yorumlandığında başlangıç konsantrasyonlarının birkaç saat үчүнde sıfırın altına düşmesi керек. Grafik noktaları ise болжол менен 50 saat boyunca kademeli azalma көрсөтөт.

Denklemler, регрессияda zamanın gün cinsinden kullanılmış olabмененceğini düşündürmektedir. Изилдөө bu dönüşümü açıklamamıştır. Bu nedenle регрессия eğimlerinden bторımsız bir kinetik hız yeniden эсептөөk güжанаnilir эмес.

Kinetik hızlarda hangi tutarsızlıklar vardır?

Özet bölümünde аммиак oksidasyonu, anammox etkinliği жана нитрат tüketimi үчүн sırasıyla 2,6 mg N/(m²·saat), 0,22 mg N/(L·gün) жана 0,04 mg N/(L·gün) değerleri yazılmıştır.

Tablo 2’de ise ар башка değer жана birimler бар:

Özetteki mg жана Tablo 2’deki g birimleri ортосунда bin katlık ölçek farkı бар. Anammox үчүн özetin 0,22 mg/L/gün değeriyle tablonun 0,077 g/L/gün değeri de uyumlu эмес. Ayrıca Tablo 2’de hacim birimi bazı satırlarda yanlışlıkla L⁻² biçiminde yazılmıştır.

Bu tutarsızlıklar nedeniyle kinetik değerler tasarım girdisi катары kullanılmadan мурда yazarların ham жанаrмененrden yeniden эсептөө yapması керек. Изилдөөnın кинетикалык тестleri sürecin etkin olduğunu desteklemekte, fakat bildirмененn kesin hızların güжанаnilirliği mevcut sürümde sınırlı kalmaktadır.

Membran alanının artırılmasıyla yüzde 91 giderim nasıl tahmin кылынган?

Изилдөөчүлөр аммиак tüketim hızını kullanarak mevcut аэрация мембранаı alanının giderim kapasitesini sınırladığını değerlendirmiştir. Mevcut өздүк мембрана аянты 21 m²/m³’tür.

Alan 1,47 kat artırılarak болжол менен 31 m²/m³’e çıkarıldığında аммоний gideriminin yüzde 63’ten болжол менен yüzde 91’e çıkabмененceği эсептелген.

Bu hesap doğrusal же yakın doğrusal bir kapasite artışı varsaymaktadır. Daha fazla мембрана eklendiğinde karıştırma, кычкылтек dторılımı, биофильм kalınlığı, hidrolik агым, kirlenme жана микроорганизмlar arası rekabet de değişebilir.

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

Biyokütle реакторde nasıl dторılmıştır?

İşletim sonunda аэрация мембранаına tutunmuş биомасса 17,78 g VSS/m², асма биомасса ise 1,24 g VSS/L катары ölçülmüştür.

Reaktördeki 60 аэрация lifi жана 5,7 litrelik hacim dikkate alındığında болжол менен:

• 2,13 g VSS мембранаlara bторlı биомасса,
• 7,06 g VSS асма биомасса

bulunduğu tahmin кылынган.

Toplam биомассаnin маанилүү kısmı askıda bulunmasına rторmen мембрана үстүндөгү биофильм, кычкылтекin doğrudan sторlandığı özel bir mikro ortam oluşturmuştur. Фильтрация мембранаı ise асма биомассаnin пермеатla sistemden çıkmasını engellemiştir.

ХКК giderimi başına toplam биомасса büyüme коэффициентsı 0,12 катары жанаrilmiş жана anaerobik proseslerdeki төмөн çamur üretimine benzer bulunmuştur. Katsayının birimi tabloda açıkça belirtilmemiştir.

Mikrobiyal topluluk nasıl изилденген?

Başlangıç aşısından, аэрация мембранаı үстүндөгү биофильмden жана реакторün асма биомассаsinden üçer DNA örneği alınmıştır. 16S rRNA geninin V4 bölgesi 515F жана 806R primerleriyle çoğaltılmış жана Illumina MiSeq platformunda dizмененnmiştir.

Analiz, микроорганизмların боюнчаli bolluğunu көрсөтөт. Bu ыкма микроорганизмların canlı olduğunu, belirli bir metabolik işlevi gerçekten gerçekleştirdiğini же ölçülen azot dönüşümünün ne kadarından sorumlu olduğunu tek başına kanıtlamaz.

Hangi микроорганизмlar öne çıkmıştır?

Başlangıç aşısında Saprospiraceae жана sınıflandırılmamış Actinobacteria grupları жогорураак orandayken нитрификация, anammox жана денитрификацияla ilişkмененndirмененn cinsler төмөн düzeydedir. İşletim sonunda bu işlevsel grupların hem мембрана биофильмinde hem de асма биомассаde zenginleştiği görülmüştür.

Anammox bakterмененri кычкылтек жанаrмененn мембранаda nasıl bulunmuştur?

Candidatus Brocadia gibi anammox bakterмененri кычкылтекe duyarlıdır. Buna rторmen bu cins аэрация мембранаı биофильмinde асма биомассаden жогорураак oranda belirlenmiştir.

Изилдөөчүлөр, кычкылтекin мембрана tarafındaki iç katmanlarda tüketildiğini жана биофильмin sıvıya bakan dış bölgelerinde anoksik mikro ortamlar oluştuğunu мененri sürmektedir. Bu dış bölgelerde anammox bakterмененri, нитрификация микроорганизмlarının ürettiği нитритe жана sıvıdan gelen аммонийa ошол эле anda erişmiş болушу мүмкүн.

Biyofilm kalınlığı, эріген кычкылтек gradyanı же mikro ölçekte нитрит dторılımı doğrudan ölçülmediği үчүн bu açıklama olası bir mekanizmadır; kanıtlanmış bir katman haritası эмес.

Nitrospira gerçekten amonyторı mı oksitlemiştir?

Klasik aerobik аммиак oksitleyen Nitrosomonas жана Nitrosospira cinslerinin belirgin biçimde bulunmaması, Nitrospira’nın yalnızca нитритi нитратa dönüştürmekle kalmayıp tam аммиак oksidasyonu gerçekleştiren “comammox” микроорганизмları içerebмененceği şeklinde yorumlanmıştır.

Bu yorum төмөн кычкылтекli sistemlerde comammox Nitrospira bildiren мурдаki изилдөөlarla uyumludur. Buna karşılık колдонулган 16S rRNA dizмененmesi, comammox işlevini taşıyan özgül genleri же gen ifadesini ölçmemiştir.

Bu nedenle изилдөө Nitrospira’nın baskın olduğunu göstermekte, ancak табуу edмененn Nitrospira dizмененrinin gerçekten аммиак oksidasyonu yaptığını doğrudan далилдебейт. İşlevsel gen analizi, transkript analizi же izotoplu тажрыйбаларe ihtiyaç vardır.

Фильтрация мембранаı nasıl kirlenmiştir?

Фильтрация мембранаının geçirgenliği 180 günlük işletim boyunca kademeli катары azalmıştır. Bu düşüş, мембрана бетinde жана тешикчелерinde биомасса, эріген микробдук продуктулар, клеткадан тышкаркы полимердик заттар жана diğer organik-inorganik bмененşenlerin birikmesiyle ilişkмененndirilmiştir.

50. жана 91. günlerde yapılan химиялык тазалооler geçirgenliği kısmen geri kazandırmıştır. İşletimin 175. gününde мембранаın görsel inceleme үчүн hareket ettirilmesi, бетdeki кек катмарыnın bir bölümünü uzaklaştırmış жана өткөрүмдүүлүкte geçici artış oluşturmuştur.

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

Hermia modeli hangi kirlenme mekanizmalarını belirlemiştir?

Kimyasal temizlikler ортосундаki üç иштетүү мезгили, Hermia modeli kullanılarak бааланган. Model aşторıdaki kirlenme mekanizmalarını birbirinden ayırmayı amaçlamaktadır:

• Tam тешикче бүтөлүшү
• Standart тешикче бүтөлүшү
• Ara tıkanma
• Kek tabakası фильтрацияu

Üçüncü dönemde ara tıkanma жана kek фильтрацияu modelleri үчүн açıklama коэффициентsının 0,70’in үстүндө olduğu belirtilmiştir. Membran модулуnün hareket ettirilmesiyle akının yükselmesi de gevşek кек катмарыnın маанилүү rol oynadığını колдойт.

Bu bulgu, кайра жуу, бет sıyırma, hava же mekanik hareket gibi физикалык temizleme ыкмаlerinin химиялык temizleme аралыкlarını uzatabмененceğini düşündürmektedir. Bununla birlikte bu ыкмаlerin optimize edildiği karşılaştırmalı bir temizlik тажрыйбаi yapılmamıştır.

Membran kirlenmesi arıtma performansını bozmuş mudur?

Geçirgenlik azaldığında гидравликалык кармоо убактысы dalgalanmıştır. Spearman korelasyon analizinde bu değişikliklerle аммиак же toplam азотту алып салуу ортосунда yüzde 5 anlamlılık düzeyinde anlamlı ilişki bulunmamıştır.

Bu жыйынтык, incelenen dalgalanma аралыктынda biyolojik prosesin мембрана akısındaki değişimlere belirli ölçüde dayanıklı olduğunu көрсөтөт. Ancak торır kirlenmenin uzun süre devam etmesi же tam ölçekli sistemde жогорку debi gereksinimi değerlendirilmemiştir.

EPS жана SMP жыйынтыктарı nelerdir?

Askıda биомассаdeki клеткадан тышкаркы полимердик заттар жана эріген микробдук продуктулар protein жана karbonhidrat bakımından analiz кылынган. Konsantrasyonların 5 mg/g VSS’nin астында olduğu билдирилген.

Изилдөөчүлөр bu değerlerin birçok MBR жана MABR изилдөөsındaki 5-40 mg/g VSS аралыктынdan төмөн olduğunu belirtmiştir. Düşük değerler, реакторdeki sınırlı biyolojik катары parçalanabilir органикалык затye жана mikrobiyal topluluğun belirgin stres астында olmamasına bторlanmıştır.

Mikroorganizmaların stres durumu yalnızca EPS жана SMP miktarından kesin катары belirlenemez. Gen ifadesi, hücresel enerji durumu же stres belirteçleri ölçülmemiştir.

Аэрация жана фильтрация мембранаlarında ошол эле kirlenme oluşmuş mudur?

Hayır. Floresans жана FTIR analizleri iki мембрана grubunda ар башка organik bмененşenlerin baskın olduğunu көрсөткөн.

Фильтрация мембранаı sıvıdan su çekerken çözünmüş жана kolloidal органикалык затleri бетinde yoğunlaştırmıştır. Аэрация мембранаında ise aktif биофильм geliştiği үчүн protein benzeri floresans daha belirgin olmuştur.

FTIR analizleri ne көрсөткөн?

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

470, 597 жана 876 cm⁻¹ civarındaki bantlar PVDF мембранаın kendi yapısıyla ilişkмененndirilmiştir. Bu bantların аэрация мембранаında belirgin olmaması, kalın биофильмin alttaki мембрана sinyalini örtmesiyle açıklanmıştır.

Аэрация мембранаında belirlenen болжол менен 1017 cm⁻¹ bandı polisakkarit же polisakkarit benzeri биофильм bмененşenleriyle ilişkмененndirilmiştir.

SEM жана EDX жыйынтыктарı ne көрсөткөн?

Изилдөөчүлөр аэрация мембранаında tabakalı жана derinliği görülebмененn bir биофильм, фильтрация мембранаında ise daha homojen bir бет tabakası gözlediklerini билдирген. EDX analizinde аэрация мембранаındaki жогорураак karbon жана demir miktarı yerleşmiş биофильмle ilişkмененndirilmiştir.

SEM жана EDX сүрөттөрi Ek Şekil S6 жана S7’ye aktarılmıştır. Bu ek dosyalar yüklenen ana изилдөө үчүнde bulunmadığından сүрөттөрin ölçeği, tekrar sayısı жана bölgesel değişkenliği doğrudan değerlendirмененmemiştir.

Изилдөөnın desteklediği жыйынтыктар nelerdir?

• Аэрация жана фильтрация мембранаlarını ошол эле биологиялык реакторde birleştiren sistem, gerçek UASB çıkış suyunda 180 gün çalıştırılmıştır.
• Kararlı dönemde ХКК giderimi yüzde 62, аммоний giderimi yüzde 63 жана toplam азотту алып салуу болжол менен yüzde 32-35 olmuştur.
• Çıkış аммоний konsantrasyonu ortalama 17 ± 1 mg/L’ye düşmüştür.
• Фильтрация мембранаı асма биомассаnin реакторde tutulmasına olanak жанаrmiştir.
• Nitrifikasyon, anammox жана денитрификацияla ilişkмененndirмененn микроорганизмlar işletim sonunda zenginleşmiştir.
• Аэрация мембранаı жана асма биомасса ар башка боюнчаli mikrobiyal dторılımlar көрсөткөн.
• Фильтрация жана аэрация мембранаlarında ар башка organik kirlenme bмененşenleri gelişmiştir.
• Kimyasal temizlik жана кек катмарыnın физикалык катары uzaklaştırılması geçirgenliği kısmen geri kazandırmıştır.
• Düşük мембрана alanı жана төмөн аба чыгымы астында SNAD etkinliği tamamen kaybolmamıştır.

Изилдөө neyi далилдебейт?

• Membran alanının 1,47 kat artırılmasının аммиак giderimini kesin катары yüzde 91’e çıkaracторını далилдебейт.
• Фильтрация мембранаının performans artışındaki bторımsız katkısını kontrol реакторüyle göstermemektedir.
• Sistemin klasik MBR же MABR’den төмөнүрөөк yatırım жана işletme maliyetine sahip olduğunu ekonomik hesapla далилдебейт.
• Çift мембранаlı tasarımın enerji tüketimini doğrudan ölçmemektedir.
• Tam ölçekli bir агынды суу тазалоо жайыnde uzun süre kararlı çalışacторını göstermemektedir.
• Түркия’nin мезгилдик температураlarında ошол эле giderim oranlarının elde edмененceğini далилдебейт.
• Arıtılmış suyun doğrudan tarımsal, kentsel же endüstriyel кайра колдонууa uygun olduğunu göstermemektedir.
• Membranın вирусleri жана bütün патогенleri güжанаnilir biçimde uzaklaştırdığını далилдебейт.
• Nitrospira’nın gerçekten comammox işlevi yürüttüğünü doğrudan göstermemektedir.
• Biyofilm үчүнdeki aerobik жана anoksik bölgeleri doğrudan ölçmemektedir.
• Kimyasal temizliğin uzun süreli мембрана ömrüne etkisini баалооmektedir.
• Membran kirlenmesinin aylar же yıllar boyunca yönetмененbilir kalacторını далилдебейт.

Түркия açısından ne ifade etmektedir?

Изилдөө, anaerobik ön arıtma kullanan же төмөн karbonlu агынды сууlarda азотту алып салууni geliştirmek isteyen tesisler үчүн yoğunlaştırılmış bir biyolojik son arıtma seçeneği sunmaktadır. Аэрация жана биомасса ayırmanın ошол эле tankta birleştirilmesi, mevcut tesislerde ilaжана tank hacmini sınırlama potansiyeli taşıyabilir.

Түркия’ye aktarım үчүн мурдаlikle gerçek yerel агынды сууyla пилоттук тажрыйбаler yapılmalıdır. Изилдөөdaki реактор 24 ± 1 °C’de işletilmiştir. Түркия’de açık же yarı açık tesislerde görülebмененcek төмөнүрөөк жана değişken температураlar sınanmamıştır.

Yerel uyarlamada şu unsurların birlikte değerlendirilmesi керек:

• Mevsimsel температура жана агынды суу bмененşimi
• Аэрация мембранаı alanı жана аба басымы
• Membran yatırım жана değiştirme maliyeti
• Geri yıkama жана химиялык тазалоо tüketimi
• Çamur üretimi жана bertarafı
• Azot чыгаруу чектери
• Yeniden kullanım үчүн mikrobiyolojik жана химиялык kalite
• Gerçek tesis debisindeki hidrolik davranış

Изилдөө doğrudan kullanıma hazır bir tesis tasarımı değil, gerçek агынды сууda çalışan laboratuvar ölçekli bir kavram тастыктооsıdır.

Изилдөөнүн Ыкмасы жана Жыйынтыктары

Изилдөө tasarımı

Изилдөө; uzun süreli laboratuvar реакторü işletimi, gerçek агынды суу analizi, kesikli кинетикалык тестler, mikrobiyal topluluk dizмененmesi жана мембрана karakterizasyonunu birleştiren эксперименталдык bir экологиялык инженерия изилдөөsıdır.

Temel giriş жана çıkış жыйынтыктарı

Şekillerin bilimsel mesajı

• Şekil 1: Аэрация жана фильтрация liflerinin ошол эле реакторde ayrı боюнчаvlerle çalıştığı; besleme, vakum, пермеат жана кайра жуу hatlarını içeren тажрыйба düzeneğini көрсөтөт.
• Şekil 2: Amonyum, нитрит, нитрат жана ХКК konsantrasyonlarının 180 gün boyunca маанилүү dalgalanmalar gösterdiğini; başlangıç döneminden кийин ХКК gideriminin yükseldiğini жана kazara кычкылтекlenme döneminde toplam азотту алып салууnin düştüğünü көрсөтөт.
• Tablo 1: Başlangıç жана işletim dönemlerinin ortalama su kalitesi жыйынтыктарını жанаrmektedir; ancak azot sütunlarının adlandırılmasında жана toplam азотту алып салууnde аныксыздык бар.
• Şekil 3: Kesikli testlerde аммиак, нитрит, нитрат жана ХКК’nin zamanla azaldığını көрсөтөт; регрессия теңдемелерyle zaman ekseninin birimi ортосунда uyuşmazlık vardır.
• Tablo 2: Kinetik hızları VSS, мембрана alanı жана реактор көлөмүne боюнча karşılaştırmaktadır; özetteki hızlarla birim жана büyüklük uyuşmazlığı бар.
• Şekil 4: Nitrospira жана Candidatus Brocadia’nın аэрация мембранаında, Deнитратisoma’nın ise асма биомассаde жогорку bolluğa ulaştığını көрсөтөт.
• Şekil 5: Фильтрация мембранаı geçirgenliğinin kirlenmeyle düştüğünü, химиялык тазалоо жана физикалык hareket кийинsında geçici катары yükseldiğini көрсөтөт.

Изилдөөnın күчтүү жактары

• Sentetik çözelti yerine gerçek UASB çıkış suyu колдонулган.
• Reaktör 180 gün boyunca işletilmiştir.
• Аэрация жана фильтрация işlevleri ayrı мембрана модульlerinde birleştirilmiştir.
• Arıtma performansı yalnızca konsantrasyonlarla değil, yük жана alan bazlı hızlarla da изилденген.
• Bторlı жана асма биомасса ayrı ayrı dizмененnmiştir.
• Azot dönüşümü, mikrobiyal topluluk жана мембрана булганышы birlikte бааланган.
• Kazara кычкылтекlenme olayı prosesin кычкылтек dengesine duyarlılığını görünür kılmıştır.
• Membran kirlenmesi 180 gün boyunca sürekli өткөрүмдүүлүк жанаrмененriyle izlenmiştir.
• Farklı мембрана боюнчаvlerinin ар башка kirlenme химияları oluşturduğu gösterilmiştir.

Изилдөөnın чектөөлөрү

• Изилдөө рецензиядан өтө элекtir.
• Yalnızca tek biyoреактор işletilmiş жана paralel реактор tekrarı yapılmamıştır.
• Фильтрация мембранаı bulunmayan bir MABR kontrolü yoktur.
• Daha büyük аэрация alanına sahip kontrol sistemi эксперименталдык катары sınanmamıştır.
• Membran alanı менен аба чыгымыnin etkмененri birbirinden bторımsız катары ayrılmamıştır.
• Yüzde 91 аммиак giderimi yalnızca hesaplanmış bir öngörüdür.
• Kinetik hızların özeti, tablosu жана регрессия grafiklerinde маанилүү birim uyuşmazlıkları бар.
• Toplam азотту алып салуу yüzde 32 жана yüzde 35 катары iki ар башка biçimde raporlanmıştır.
• Başlangıç dönemi metinde 50, tabloda 55 gün катары tanımlanmıştır.
• Membran химиялык temizliğinin tam mı kısmi mi akı geri kazanımı sторladığı tutarlı biçimde açıklanmamıştır.
• Biyofilm үчүнdeki кычкылтек gradyanı doğrudan ölçülmemiştir.
• Mikrobiyal dizмененme metabolik etkinliği далилдебейт.
• Comammox Nitrospira yorumu işlevsel gen analiziyle doğrulanmamıştır.
• Koliform жыйынтыктарının örnek sayısı жана табуу sınırı ana metinde жанаrilmemiştir.
• Ek tablolar менен SEM, EDX жана floresans şekillerinin tamamı yüklenen dosyada жок.
• Enerji tüketimi жана ekonomik maliyet doğrudan ölçülmemiştir.
• Düşük температура, mevsimsel değişim жана tam ölçekli hidrolik koşullar sınanmamıştır.

Gelecekte gerekli тастыктооlar

• Birden fazla bторımsız жана paralel реакторle tekrar тажрыйбаларi
• Фильтрация мембранаlı жана мембранаsız MABR karşılaştırması
• 21, 31 жана жогорураак m²/m³ аэрация alanlarının doğrudan denenmesi
• Hava debisi, basıncı жана мембрана alanının faktöriyel тажрыйбаle ayrıştırılması
• Kış температураlarını içeren uzun süreli pilot işletim
• Biyofilm кычкылтек, аммоний, нитрит жана нитрат profillerinin mikroelektrotla ölçülmesi
• Comammox жана anammox işlevsel genlerinin nicel analizi
• Ham kinetik жанаrмененrin жана эсептөөların yeniden kontrolü
• Virüs жана протозоа giderimi менен мембрана bütünlük testleri
• Enerji, химиялык tüketim, мембрана ömrü жана toplam maliyet analizi
• Tam ölçekli tesiste kirlenme жана temizleme optimizasyonu
• Түркия’deki gerçek UASB же anaerobik çıkış sularıyla pilot тастыктоо

Булак жана Ыкма Жөнүндө Эскертүү

Изилдөөnın 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 жана Míriam Cristina Santos Amaral Moravia.

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

Eş katkı bilgisi: Eş birinci yazarlık же eş katkı beyanı жок.

Sorumlu yazar: Juliana Calabria de Araújo.

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

ORCID bilgмененri:

• 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 үстүндөn doğrulanmamıştır.

Yayın platformu: SSRN.

Platform: Elsevier’in preprint жана erken изилдөө platformu.

Kaynak türü: Gerçek тиричилик агынды суусуyla yürütülen laboratuvar ölçekli эксперименталдык экологиялык инженерия изилдөөsı жана рецензиядан өтө элек preprint.

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

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

Çıkar çatışması: Yüklenen изилдөө үчүнde ayrı жана açık bir çıkar çatışması beyanı жок.

Veri erişimi: Ham işletme жанаrмененri, dizмененme жанаri tabanı numaraları жана ayrı bir açık жанаri deposu bторlantısı жанаrilmemiştir.

Ek materyal durumu: Ana metin Ek Tablo S1-S4 менен Ek Şekil S2-S7’ye atıf yapmaktadır. Bu ek dosyalar yüklenen изилдөө үчүнde bulunmadığından кинетикалык тестlerin ayrıntıları, колиформ жыйынтыктарı, мембрана fotoğrafları, floresans haritaları жана SEM-EDX сүрөттөрinin tamamı değerlendirмененmemiştir.

Editoryal tutarsızlık эскертүү: Özet toplam азотту алып салууni yüzde 32, işletim tablosu yüzde 35 ± 2 катары bildirmektedir. Kinetik hızların özetteki değerleri Tablo 2 менен uyuşmamaktadır. Şekil 3’ün zaman ekseni менен регрессия eğimleri ортосунда birim sorunu vardır. Başlangıç dönemi metinde 50, tabloda 55 gün катары belirtilmiştir. Tablo 1’deki bazı azot sütunları da yanlış же belirsiz biçimde etiketlenmiş görünmektedir.

Bu makale, yüklenen изилдөөnın metni, тажрыйба düzeneği, izleme grafikleri, tabloları, кинетикалык тестleri, mikrobiyal topluluk жыйынтыктарı, мембрана булганышы analizleri жана изилдөөчүлөрın mekanizma yorumları негизги alınarak hazırlanmıştır. Изилдөөda bulunmayan yeni arıtma жанаrisi, maliyet hesabı, tam ölçekli tesis başarısı, mevzuat uygunluğu же кайра колдонуу güжанаnliği iddiası eklenmemiştir.

Изилдөө рецензиядан өтө элек bir preprinttir. Жыйынтыктар, 5,7 litrelik tek bir реакторün 24 ± 1 °C’de жана belirli bir Brezilya UASB çıkış suyuyla işletilmesine dayanmaktadır. Түркия’de uygulama үчүн yerel агынды сууyla пилоттук тажрыйба, мезгилдик температура баалооsi, enerji жана maliyet analizi, патоген тастыктооsı, мембрана ömrü жана yürürlükteki mevzuata боюнча bторımsız инженердик incelemesi gereklidir.