Investigation of the biological phosphorus removal in anoxic conditions


Thesis Type: Postgraduate

Institution Of The Thesis: Marmara Üniversitesi, Turkey

Approval Date: 2010

Thesis Language: English

Student: Nevin Bakıcı

Consultant: NESLİHAN SEMERCİ

Abstract:

ANOKSİK ORTAMDA BİYOLOJİK FOSFOR GİDERİMİNİN İNCELENMESİ Bu çalışmada, oksik ve anoksik ortamda biyolojik fosfor giderimi 300 gün boyunca araştırılmıştır. Çalışma süresince, oksik ve anoksik tank hacimlerindeki biyolojik fosfor giderimi ve hızı üzerindeki etkilerini görmek için, anaerobik, oksik ve anoksik faz süreleri ile giriş karbon, amonyak ve fosfor konsantrasyonları değiştirilmiştir. Oksik ve anoksik ortamda biyolojik fosfor giderim veriminin incelenmesi için sürekli ve kesikli deneyler yapılmıştır. Yapılan deneyler sonucunda, ardışık kesikli reaktör sisteminde sonda denitrifikasyon prosesi ile anoksik ortama düşük miktarda PHB transferinden dolayı verimli anoksik fosfor giderimi gerçekleşmemiştir. Anoksik ortama PHB taşınmasını engelleyen çeşitli faktörler olduğu tespit edilmiştir. Bunlardan en önemlisi anaerobik faza NO2-N ve NO3-N girişidir. NO2-N ve NO3-N anaerobik ortamda düşük PHB depolanmasına neden olmuş ve anoksik ortama yeterli miktarda PHB taşınmasını engellemişlerdir. Anaerobik tanka NO2-N ve NO3-N girişinin fosfor salınımını ciddi oranlarda etkilediği ve bunun sonucunda salınım hızının 8.82 mg P/gVSS.s den 0.32 mg P /g VSS.s’e yaklaşık %95 oranlarında düştüğü tespit edilmiştir. Anaerobik fazda düşük fosfor salınımı, düşük PHB oluşumuna işarettir ve PHB nin az depolanması fosfor giderim verimini azaltmıştır. Ayrıca, anaerobik fosfor salınımı için başlangıç pH değeri de oldukça önemli bir faktör olup bir biyolojik aşırı fosfor giderim sisteminde fosfor depolayan organizmaların birikimi için pH 7 ile 8 arasında olmalıdır. Oksijen konsantrasyonu nitrifikasyon ve fosfor giderimini etkilediğinden anahtar faktördür, 6 mg/L nin altında sistemi olumsuz etkilemiştir. Yüksek amonyak girişi sistemde NO2-N birikimine neden olmuştur ve 5 mg/L oksik ortamda etkileyici sınır konsantrasyon olarak bulunmuştur. Oksik ortamdaki fosfor gideriminin aksine, anoksik ortamda fosfor gideriminin 10 mg/L nitrit konsantrasyonunda etkilenmediği gözlenmiştir. Nitrit inhibisyonu nedeniyle oksik fazda PHB düşük miktarda kullanılmış, buna bağlı olarak anoksik fosfor giderim oranı artmış ve toplam fosfor gideriminin %50 sine ulaşmıştır. Çalışmanın bir bölümünde, glikojen depolayan organizmaların baskın hale geldiği ve bu organizmaların substratı kullanmasından dolayı biyolojik fosfor giderim verimini düşürdüğü düşünülmüştür. ABSTRACT INVESTIGATION OF THE BIOLOGICAL PHOSPHORUS REMOVAL IN ANOXIC CONDITIONS In the scope of this study, biological phosphorus removal in oxic and anoxic conditions was investigated over 300 days. Throughout the study, time lengths of anaerobic, oxic, anoxic phases and influent carbon, ammonium and phosphorus concentration were changed to see the effects of anoxic and oxic volume retention times and phosphorus removal efficiencies in oxic and anoxic conditions. Continuous and batch experiments were carried out to investigate oxic and anoxic phosphorus removal efficiencies. The experimental results showed that, efficient anoxic phosphorus uptake could not occurred with post denitrification system in the sequencing batch reactor (SBR) due to low polyhydroxybutyrate (PHB) levels in anoxic phase. Several factors prevented PHB transfer to the anoxic phase. Presence of NO2-N and NO3-N in anaerobic phase was the most important factor. It caused lower PHB uptakes in anaerobic phase which in turn prevents having enough PHB in oxic and anoxic conditions. Presence of NO2-N and NO3-N in anaerobic phase influenced phosphorus release rate seriously and decreased it from 8.82 mg P/gVSS.h to 0.32 mg P/gVSS.h, which was 95% lower. Low released phosphorus in anaerobic phase indicated lower PHB generation which causes decrease of phosphorus uptakes at oxic and anoxic phases. In addition, initial pH was also an important factor and must be between 7.0 and 8.0 for the accumulation of PAOs in an EBPR system. Oxygen concentration was a key factor and influenced both nitrification and phosphorus uptake processes when it was below 6 mg/L. At high influent ammonium concentrations nitrite accumulation was observed. Threshold NO2-N concentration was found as 5 mg/L. Unlike oxic phosphorus uptake, anoxic phosphorus uptake was not affected with nitrite concentrations around 10 mg/L. High anoxic phosphorus uptakes, around 50% of total phosphorus removed, was observed when oxic phosphorus uptake was inhibited due to high nitrite. In a period of the study, glycogen accumulating organisms (GAOs) might be dominated and deteriorated BPR efficiency due to consumed substrate without making any contribution to phosphorus removal.