Dünyada bir yandan atıksu arıtımında MBR teknolojileri daha çok uygulama alanı bulurken diğer yandan da başta membran kirlenmesi ve enerji ihtiyacı olmak üzere ortaya çıkan sorunlar da daha yoğun bir şekilde araştırma konusu olmaktadır. Ülkemizde de MBR uygulamalarının sayısı son yıllarda giderek artış göstermektedir. Yakından bakıldığında bu tesislerde genel MBR sorunlarının yanında, ülkemize özgün farklı sıkıntıların da yaşandığı kolayca farkedilmektedir. Bu bildiride MBR işletmelerindeki ortak „yerli“ problemlere değinilirken, bunların aşılması ve kurulu MBR tesislerinin optimum işletimi için de önerilerde bulunulmaktadır.
MBR tesisleri, klasik atıksu arıtma tesislerine göre çok önemli avantajlar sunmaktadır: Yüksek kaliteli ve hemen hemen dezenfekte niteliklerde çıkış suyu (permeat), çok az yer kaplama, 8-15 g/L gibi yüksek MLSS konsantrasyonlarında işletilebilme, yüksek çamur yaşı, daha az çamur oluşumu, özel ve etkin biyokütle yapısı.
Bu avantajlarına karşılık MBR’nin geniş kapsamlı uygulanmasının önündeki en büyük engellerin başında membran kirlenmesi (fouling) gelmektedir. Mikroorganizmalar ve ölü hücre kalıntıları gibi askıdaki partiküller, kolloidler, çözünmüş maddeler ve çamur flokları membran kirlenmesine sebep olurlar. Bunlar, membran yüzeyinde ve porlarında birikerek porları tıkarlar ve membranın permeabilitesinde azalmaya yol açarlar. Askıda katıların heterojen yapısı ve MLSS içindeki aktif mikroorganizmalar, uzun süreli MBR uygulamalarında kontrolü son derece zor bir membran kirlenmesini kaçınılmaz kılarlar.
Membran kirlenmesi, membran performansını ve ömrünü önemli ölçüde azaltabilmekte ve ayrıca bakım/işletme maliyetlerinde artışlara neden olmaktadır. Diğer taraftan MBR tesislerinin ilk yatırım (CAPEX) ve işletme (OPEX) giderleri, son yıllarda membran fiyatlarındaki düşüşlere rağmen klasik sistemlere göre yüksek olduğu gibi belirli sürelerde membran değişimi de fazladan gider oluşturabilmektedir.
Tüm bu nedenlerle, MBR teknolojisinin getirdiği üstün/farklı avantajlardan yararlanabilmek için, MBR tesislerinde maliyetleri düşürmek gerekmektedir. Bunu sağlayabilmek için de tesisin optimum şartlarda işletimi, önleyici kontrol stratejileri uygulanarak membran ömrünün olabildiğince uzatılması ve gereksiz maliyetlerin oluşumunun engellenmesi büyük önem taşımaktadır.
Membran kirliliğinin azaltılmasıyla ilgili olarak bir yandan koagülant ilavesi (alum, demir klorür, PACl, PFS, PAFC, vb), adsorban ilavesi (PAC), mekanik temizleme prosesleri (MCP) ve yetersayı etkisini azaltma (Quorum Quenching) gibi yeni yöntemler üzerinde çalışmalar sürerken, kirlenme ve tıkanma kontrolü için pratikte genellikle aşağıdaki stratejiler öne çıkmaktadır:
Uygun ve etkin bir ön arıtmanın uygulanması, uygun fiziksel ve kimyasal temizleme işlemlerinin gerçekleştirilmesi, akının azaltılması, havalandırmanın artırılması, biyolojik karışık sıvının kimyasal veya biyokimyasal olarak değişime uğratılması, membran yüzeyinin değişime uğratılması.
MBR tesislerinin optimum işletimi ve kontrolü için „permeabilite izlenmesi esaslı bir yaklaşım“ ile tesiste oluşabilecek olumsuzlukların önüne geçilebilir. Permeabilite (geçirgenlik/geçirimlilik), işletme akısının (brüt akı) normalize TMP’ye bölünmesi ile hesaplanır ve MBR tesislerinin performansının izlenmesi için ideal bir parametredir. Permeabilitenin yüksekliği, iyi bir filtrasyon performansının göstergesidir. Permeabilite izlemesi ve kontrolü yapılmadığında permeabilite hızlı bir şekilde düşebilir ve permeabiliteyi tekrar optimum işletme aralığına çekmek için için sarfedilen çaba, bir MBR tesisini başlangıçtan itibaren optimum permeat aralığında çalıştırmaktan çok daha fazla olacaktır. Permeabilite seviyesini optimum aralıkta tutmak için düzenli temizleme stratejileri uygulanmaktadır.
MBR tesisinde permeabilitenin sıkı bir şekilde izlenebilmesi ve kontrolü amacıyla üç ayrı permeabilite alanı önerilebilir:
Optimum İşletme Aralığı (standart permeabilite: > 130 L/m2.h.bar) : MBR tesisinin optimum işletme aralığıdır ve temizleme stratejileri ile sürdürülebilir.
Düşük Permeabilite Aralığı (90 L/m2.h.bar < standart permeabilite > 130 L/m2.h.bar) : Permeabilitenin tekrar optimum işletme aralığına yükseltilebilmesi için karşı önlemlerin uygulanması şarttır.
Alarm Permeabilite Aralığı (<90 L/m2.h.bar) : Tesis durdurulur ve permeabilitenin tekrar optimum işletme aralığına getirilebilmesi için temizleme stratejileri uygulanmalıdır.
Permeabilite izleme ve kontrolüne, MBR tesisi işletmeye alınıp kararlı proses şartlarına yani proje MLSS ve F/M oranı değerlerine ulaşıldığında başlanılmalıdır. Ayrıca en az 2 çamur yaşı kadar işletme yapılmış olmalıdır. İşletmeye alma sürecinde de permeat seviyesini belli değerlerde tutmak için bakım temizliği ihmal edilmemelidir.
Ülkemizdeki MBR tesislerinde ilk bakışta ön arıtma eksiklikleri dikkati çekmektedir. Ön arıtmaya gereken önemin verilmemesi özellikle ilk birkaç yıldaki işletme sonunda bile membranlarda önemli hasarlara yol açabilmektedir. Boşluklu elyafların (HF) ya da plakaların (FS) arası giderilmesi son derece zor kirliliklerle dolmaktadır. Sonuçta membranlarda kırılmalar ve tıkanmalar oluşabilmektedir. Bu yüzden MBR için gerekli olan ince eleklerin (0,75-2 mm) doğru bir şekilde yerleştirilmesi, bakımının düzenli bir şekilde yapılması ve gerekli diğer tüm önlemlerin alınması gerekmektedir.
Tesisi işleten personel özellikle membran, MBR ve tesis işletimi konularında etkili bir şekilde eğitilmeli ve daha derin bilgilendirilmelidir. MBR tesislerinin klasik tesis anlayışıyla işletilmesi mümkün değildir. Ülkemizde bu alandaki eksikliği gidermek için tesisin işletmeye alınmasından sonraki ilk yıl boyunca özel bir program uygulanmalıdır: MBR firması teknik yetkilisinin her 2-3 ayda bir tesisi ziyaret ederek MBR modüllerini ve tesisin genel işleyişini kontrol etmesi sağlanmalıdır. Ayrıca işletmeye alma sırasındaki eğitim, işletme kitapçığı esas alınarak, ilk işletme yılı boyunca her 3 ayda bir tekrarlanmalıdır. Aksi taktirde tesis işletiminden kaynaklanan hatalar ve eksiklikler, bugüne kadar sıklıkla yaşandığı gibi, daha ilk yılın sonunda garanti maddelerinin geçersiz hale gelmesine ve ek maliyetlere sebep olabilir. Bu anlamda MBR firmalarının ülkemizdeki yerel organizasyonlarının da MBR tesisine yakın ve etkin destek verebilecek teknik bilgi düzeyine ve gerekli alt yapıya sahip olmaları büyük önem taşımaktadır.
Referanslar
[1] Jyoti,J., Alka, D., Jitendra, S., (2013). Application of Membrane-Bio-Reactor in Waste-Water Treatment: A Review. International Journal of Chemistry and Chemical Engineering. 2, 115-122.
[2] Jiang, W., Xia, S., Liang, J., Zhang, Z., Hermanowicz, S.W., (2013). Effect of quorum quenching on the reactor performance, biofouling and biomass characteristics in membrane bioreactors. Water Res., 47, 187–196.
[3] Wang, Z., Mei, X., Ma, J., Grasmick, A., Wu, Z.,(2013). Potential Foulants and Fouling Indicators in MBRs: A Critical Review. Sep. Sci. Technol., 48, 22–50.
[4] Gkotsis, P.K, Banti, D.C., Peleka, E.N., Xouboulis, A.I., Samaras, P.E., (2014). Fouling Issues in Membrane Bioreactors (MBRs) for Wastewater Treatment: Major Mechanisms, Prevention and Control Strategies, Processes, 2, 795-866
[5] Ökotek Çevre Teknolojisi ve Kimya Sanayi Limited Şirketi, MBR Tesisleri İşletmeye Alma ve İşletim Deneyimleri, 2011-2017.
Hulusi Barlas ve Burcu Kaleli Öztürk
