Arsenik İçeren Asidik Maden Sızıntı Sularının Sıralı Olarakİşletilen Anaerobik Sülfat-İndirgeyen ve Aerobik Sülfür Oksitleyen Membran Biyoreaktörlerle Arıtımı ve MembranTıkanma Özelliklerinin İncelenmesi

Abstract

Tamamlanan projenin temel amacı; arsenik içeren asidik maden sızıntısuları (AMS) nın etkin bir şekilde biyolojik arıtımı için yenilikçi bir proses geliştirmektir. Projede iki aşamalı sülfidojenik anaerobik MBR (AnMBR) ve sülfür-oksitleyen aerobik MBR (AeMBR) kullanılmış olup, ilk aşamada sülfat indirgeyen bakteriler kullanılarak AMS deki sülfatın sülfüre indirgenmesi ve oluşan sülfürle metallerin çöktürülmesi, ikinci aşamada ise kalan sülfürün aerobik koşullarda oksidasyonu gerçekleştirilmiştir. Projede, gerçek bir AMS simüle edilerek As, Fe, Cu, Zn, Ni, Co ve Mn içeren sentetik bir atıksu kullanılmıştır. MBR sistemi ilk olarak ağır metal içermeyen atıksu ile daha sonra ise gerçek AMS de bulunan metal konsantrasyonları dikkate alınarak 4 kat seyreltilmiş, 2 kat seyreltilmiş ve seyreltilmemiş atıksu ile beslenmiştir. Yapılan çalışmalarda anaerobik proseste yüksek performansta sülfat ve metal giderimi gözlenmiş olup, aerobik proseste ise sülfür tamamen oksitlenmiştir. Özellikle AMS deki metallerden Fe, Cu, Zn, Co, Ni ve As %99 un üzerinde giderilirken, Mn giderimi ise maksimum %85-90 seviyelerine ulaşmıştır. Yüksek sülfür (HS-) konsantrasyonlarında arsenik gideriminin sınırlı olduğu (%40-60) belirlenmiştir. Bunun nedeni ise As2S3 (orpiment) çökeleğinin yüksek sülfür konsantrasyonlarında tekrar çözünmesidir. Arsenik giderimini arttırmak amacıyla reaktör işletim koşulları optimize edilmiştir. Bu amaçla, girişteki organik madde konsantrasyonu kademeli olarak düşürülmüştür. Böylece, reaktör içerisindeki sülfür konsantrasyonu 20 mg/L seviyelerine kadar düşmüştür. Netice olarak düşük sülfür konsantrasyonlarında (20-50 mg/L), arsenik giderim performansının oldukça yüksek (95-99%) olabileceği gösterilmiştir. Reaktörde arsenik giderim performansının optimizasyonunu takiben, giriş arsenik konsantrasyonu kademeli olarak 20 mg/L seviyesine kadar yükseltilmiştir. Proje önerisinde taahhüt edilen metal konsantrasyonlarının 2 katı, arseniğin ise 4 katı (20 mg/L) sisteme beslenmiş olsa da oldukça yüksek metal giderim performansları elde edilmiştir. AnMBR ye beslenen AMS pH değeri 2,5 değerlerine kadar düşürülmüş olsa da, dışarıdan kimyasal ilave edilmeden, üretilen alkalinite ile çıkış pH değeri nötral seviyelere getirilebilmiştir. Organik madde dozajının düşürülmesiyle arsenik giderim performansının arttırılması oldukça önemli bir sonuçtur. Bu yaklaşımım üç önemli avantajı olacaktır; (1) dışarıdan ilave edilen organik madde miktarı azaldığından proses işletim maliyeti düşecektir, (2) arsenik giderim performansı artacaktır, (3) anaerobik reaktör çıkışında sülfür konsantrasyonu düşeceği için bir sonraki aerobik proseste daha az havalandırma gerekecek ve işletme maliyeti düşecektir. MBR lerde giderim performanslarının yanı sıra filtrasyon performansları da detaylı olarak çalışılmış olup, her iki MBRde de yüksek akılarda uzun süreli işletim gerçekleştirilmiştir. Projemizin en önemli kazanımlarından biri ise; metal varlığında filtrasyon performanslarının düşmeyip, aksine yükseldiğinin tespit edilmesidir. AnMBR nin metal ile beslenmesi durumunda çöken metal-sülfür bileşikleri koagülant olarak davranmış ve sıvı içerisindeki organik maddeleri ve partikül maddeleri gidermiştir. Dolayısıyla, AMS içerisinde doğal olarak bulunan metaller önerilen proses ile giderilirken aynı zamanda çöken metaller kirlenme azaltıcı ajan olarak görev yapmıştır. Bu durum önerilen prosesin gerçek sistemlerde uygulanabileceğini göstermektedir. AnMBR yi takiben kullanılan AeMBR de ise tüm çalışma süresince oldukça yüksek KOİ ve sülfür giderimi gözlenmiş, olup genel olarak permatta sülfür ve KOİ, sırasıyla, 1 mg/L ve 30 mg/L nin altında kalmıştır. Her iki reaktör için de moleküler biyolojik çalışmalar yapılarak dominant türler de belirlenmiştir. Yapılan çalışmalar neticesinde, sülfidojenik AnMBR ve sülfür-oksitleyen AeMBR nin AMS arıtımında başarılı bir şekilde kullanılabileceği gösterilmiştir.