Kükürt Bazlı Miksotrofik Denitrifikasyon ProsesindeAzot/Fosfor (A/F) Oranının Nitrat Giderimine Etkisi

Tüm dünyada olduğu gibi Türkiye’de de tarımsal sulama, yoğun gübreleme, atıksuların uygunsuz deşarjı gibi nedenlerle sularda nitratın arttığı görülmektedir. Sağlığa zararları nedeniyle nitratın giderimi için pek çok arıtma teknolojileri geliştirilmiştir. Bu çalışmada mevcut nitrat giderim yöntemlerine alternatif, etkin ve avantajlı bir yöntem olan miksotrofik denitrifikasyon kullanılmıştır. Bu yöntem ototrofik ve heterotrofik denitrifikasyonun birlikte kullanılması esasına dayanır. Bu nedenle miksotrofik denitrifikasyonu etkileyen elektron verici kaynağı, karbon/azot (K/A) oranı, azot/fosfor (A/F) oranı, sıcaklık, Hidrolik Bekleme Süresi (HBS), pH, alkalinite, girişte verilen organik maddenin cinsi gibi pek çok parametre bulunmaktadır. Bu çalışma ile miksotrofik denitrifikasyonun etkin bir şekilde gerçekleşmesi için gerekli optimum A/F oranının tespit edilmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla kurulan laboratuvar ölçekli kolon reaktörlerde elektron vericinin kükürt ve metanol, elektron alıcının nitrat olduğu bir sistem kurulmuştur. Literatür incelenerek 5/1, 5/0.5, 5/0.25, 5/0.1 A/F oranları seçilmiş ve bu oranlarda reaktörler işletilmiştir. İşletme koşullarının belirlenmesinde motivasyon, besine eklenecek fosfat miktarı için optimum miksotrofik koşulları sağlayacak minumum miktarın tespiti olmuştur. Reaktör sıcaklığının 20±5 C0 olduğu koşullarda miksotrofik denitrifikasyonun ÇOK/NO3-N 0.66 oranında gerçekleştiği bulunurken, optimum A/F oranın 5/0.5 olarak bulunmuştur. Böylece hem ÇOK/NO3-N oranı hem de A/F oranı literatürde bildirilen değerlerden daha düşük olduğu halde miksotrofik denitrifikasyonun başarılı bir şekilde gerçekleştiği görülmüştür.

The Effect of Nitrogen / Phosphorus (N/F) Ratio on Nitrate Removal in Sulfur Based Mixotrophic Denitrification Process

As in the whole world, nitrate is increasing in water resources in Turkey. Many treatment technologies have been developed for nitrate removal due to their health hazards. In this study, mixotrophic denitrification, which is an effective and advantageous alternative to existing nitrate removal methods, was used. This method is based on the combined use of autotrophic and heterotrophic denitrification. In this study, it was aimed to determine the optimum N/P ratio required for mixotrophic denitrification. For this purpose, a system in which the electron donor is sulfur and methanol and the electron acceptor is nitrate has been established. According to the literature, 5/1, 5/0,5, 5/0,25, 5/0,1 N/P ratios were selected and reactors were operated at these ratios. The motivation in determining the operating conditions was the determination of the minimum amount of phosphate to be added to the food. While mixotrophic denitrification was found to occur at a ratio of DOC/NO3-N of 0,66, the optimum N/P ratio was found to be 5/0,5. Although these values were lower than the values reported in the literature, it was observed that the mixotrophic denitrification was successful.

PDF

___

[1] Liu Y., Ngo H.H., Guo W., Zhou J., Peng L., Wang D., Chen X., Sun J., Ni B.J. 2017. Optimizing sulfur-driven mixotrophic denitrification process: System performance and nitrous oxide emission. Chemical Engineering Science, 172: 414-422.
[2] Karanasios K.A., Vasiliadou I.A., Pavlou S., Vayenas D.V. 2010. Hydrogenotrophic denitrification of potable water: A review. Journal of Hazardous Materials, 180: 20-37.
[3] Yesilnacar I., Sahinkaya E., Naz M., Ozkaya B. 2008. Neural network prediction of nitrate in groundwater of Harran Plain, Turkey. Environ. Geol., 56: 19-25.
[4] Uçmaklıoğlu S. 2011. Aydın'da İçme Suyu Nitrit ve Nitrat Düzeylerinin Yüksek Basınçlı Sıvı Kromatografisi (YBSK) ile Belirlenmesi. Yüksek Lisans Tezi. Adnan Menderes Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Aydın, 1-51.
[5] Hınıs M. 2007. Aksaray İli İçme Suyu Kaynaklarının Arıtma Öncesi Organik Madde Miktarı Bakımından İncelenmesi ve Değerlendirilmesi. Yüksek lisans Tezi. Selçuk Üniversitesi, Konya.
[6] Kavurmacı M., Altaş L., Kurmaç Y., Işık M., Elhatip H. 2010. Tuz Gölü'nün Aksaray ili yeraltı sularına etkisinin coğrafi bilgi sistemi kullanılarak değerlendirilmesi. Ekoloji, 19(77): 29-33.
[7] Rocca C.D., Belgiorno V., Meriç S. 2007. Heterotrophic/autotrophic denitrification (HAD) of drinking water: prospective use for permeable reactive barrier. Desalination, 210: 194–204.
[8] Sahinkaya E, Dursun N. 2012. Sulfur-oxidizing autotrophic and mixotrophic denitrification processes for drinking water treatment: Elimination of excess sulfate production and alkalinity requirement. Chemosphere, 89:144-149.
[9] Sierra-Alvarez R., Beristan-Cardoso R., Salazar M., Gomez J., Razo-Flores E., Field A. 2007. Chemolithotrophic denitrification with elemental sulfur for groundwater treatment”. Water Research, 41: 1253- 1262.
[10] Zhang C. 2004. Development of sulfur-limestone autotrophic denitrification processes for treatment of nitrate-contaminated groundwater in small communities. Department of Civil Engineering, University of Nebraska-Lincoln, Omaha, USA, Project report,
[11] Oh E., Yoo B., Young C., Kim S. 2001. Effect of organics on sulfur-utilizing autotrophic denitrification under mixotrophic conditions. Journal of Biotechnology, 92: 1-8.
[12] Öztürk A, Şahinkaya E, Çınar Ö. 2018. Sulfur-Based Mixotrophic Denitrification Process for Drinking Water Treatment and Community Fingerprinting. International Symposium on Urban Water and Wastewater Management, 25-27 October, Denizli, 1173-1180.
[13] Kim E.W., Bae J.H. 2000. Alkalinity requirements and the possibility of simultaneous heterotrophic denitrification during sulfur-utilizing autotrophic denitrification. Water science and technology, 42(3-4): 233-238.
[14] Carrera J., Vicent T., Lafuente F.J. 2003. Influence of temperature on denitrification of an industrial high-strength nitrogen wastewater in a two-sludge system. Water Sa., 29(1): 11-16.
[15] Su J. F., Shi J.X., Huang T.L., Ma F., Lu J.S., Yang S.F. 2016. Effect of nitrate concentration, pH, and hydraulic retention time on autotrophic denitrification efficiency with Fe (II) and Mn (II) as electron donors”. Water science and technology, 74(5): 1185-1192.
[16] Demirel S., Uyanık S., Yurtsever A., Çelikten H., Uçar D. 2014. Simultaneous Bromate and Nitrate Reduction in Water Using Sulfur‐Utilizing Autotrophic and Mixotrophic Denitrification Processes in a Fixed Bed Column Reactor. CLEAN–Soil, Air, Water, 42(9): 1185-1189.
[17] Fan C., Wang, Z., Wu S., He, Huang J., Cao L. 2018. The influence of phosphorus on the autotrophic and mixotrophic denitrification. Science of the Total Environment, 643: 127-133.
[18] Boltz P., Morgenroth E., Daigger G.T., DeBarbadillo C., Murthy S., Sørensen K.H., Stinson B. 2012. Method to identify potential phosphorus rate-limiting conditions in post-denitrification biofilm reactors within systems designed for simultaneous low-level effluent nitrogen and phosphorus concentrations. Water Research, 46(19): 6228-6238.
[19] APHA AWWA WEF, W. E. F. 2005. Standard Methods for The Examination of Water and Wastewater. American Public Health Association, American Water Works Association, Washington DC, USA.
[20] Sahinkaya E., Dursun N., Kilic A., Demirel S., Uyanik S., Cinar O. 2011. Simultaneous heterotrophic and sulfur-oxidizing autotrophic denitrification process for drinking water treatment: control of sulfate production. Water research, 45(20): 6661-6667.
[21] Zhou W., Sun B., Zhan Y., Huang M., Miyanaga T., Zhang Z. 2011. Autotrophic denitrification for nitrate and nitrite removal using sulfur-limestone. Journal of Environmental Sciences, 23(11): 1761-1769.
[22] Sahinkaya E., Kilic A., Calimlioglu B., Toker Y. 2013. Simultaneous bioreduction of nitrate and chromate using sulfur-based mixotrophic denitrification process. Journal of hazardous materials, 262: 234-239.
[23] Tang L., Li J., Li Y., Zhang X., Shi X. 2021. Mixotrophic denitrification processes based on composite filler for low carbon/nitrogen wastewater treatment. Chemosphere, 286 (2): 131781.
[24] Georg S., Antoine D. 1982. Denitrification potential of a salt marsh soil: effect of temperature, pH and substrate concentration. Soil Biology and Biochemistry, 14(2): 117-125.