Biyolojik nütrient giderimi genel modeli (Barker ve Dold, 1997)

Model, fosfor depolamayan heterotroflar ve ototrof mikroorganizmalar ile fosfor depolayan heterotrof mikroorganizmalar bölümlerinden oluşur.

2.3.4.1 Genel modelde fosfor depolamayan heterotroflar ve ototroflar

Fosfor depolamayan heterotrofların hızlı biyobozunur KOİ fraksiyonu üzerinden büyümesi: bu mikroorganizmaların büyümesi Monod eşitliği ile modellenmiştir. Büyümenin oksik ya da anoksik koşullarda gerçekleşmesine, ya da büyümenin nitrat ya da amonyağın azot kaynağı olduğu durumdaki hücre sentezine bağlı olarak fosfor depolamayan mikroorganizmaların büyümesi için 4 proses eşitliği tanımlanmıştır. Çözünmüş oksijen yokluğunda, fosfor depolamayan mikroorganizmaların belirli bir kısmı, eğer ortamda mevcutsa, organik maddenin oksidasyonu için elektron alıcısı olarak nitratı kullanabilme yeteneğine sahiptir. Proses hızı, susbtratın anoksik ortamda indirgenme hızının açıklanabilmesi için bir faktör ile düzeltilir. Oksik ve anoksik büyüme için farklı ürün faktörleri kullanılır. Evsel atıksu arıtımında, fosfor

depolamayan heterotrofların hızlı bozunur KOİ fraksiyonu üzerinden büyümesi sonucunda, organik maddenin büyük bir kısmı giderilir.

Fosfor depolamayan heterotrofların KOİ’nin kısa zincirli yağ asitleri fraksiyonu üzerinden büyümesi: oksik ya da anoksik koşullarda gerçekleşmesine, ya da büyümenin nitrat ya da amonyağın azot kaynağı olması durumuna bağlı olarak 4 proses eşitliği tanımlanmıştır. Normal şartlarda, kısa zincirli uçucu yağlar anoksik ve oksik bölgelerde çok az bulunduğu için, bu büyüme prosesleri nadiren gerçekleşir. Heterotrof mikroorganizmaların ölümü: bu proses ölüm-rejenerasyon teorisine göre modellenmiştir. Bu organizmaların belirli bir hızda öldüğü, bir kısım ölü hücrelerin içsel hücre kalıntılarına eklendiği, kalan kısmının çözünmeyen biyobozunur KOİ fraksiyonunda toplandığı kabul edilir. Çözünmeyen biyobozunur KOİ fraksiyonuna ölüm prosesinden gelen hücresel azot ve fosfor, çözünmemiş organik azot ve çözünmüş fosfat olarak yer almış olur. Ölüm prosesinin oksik, anoksik ve anaerobik şartların tümünde gerçekleştiği kabul edilir.

Yavaş biyobozunur KOİ hidrolizi: yavaş biyobozunur KOİ’nin çamur kütlesi tarafından ağ gibi hapsedildiği kabul edilir ve bu fraksiyon hücre dışında parçalandığında oluşan ürünler hızlı bozunur KOİ fraksiyonuna dahil edilirler. Bu proses, Levenspiel’in yüzeysel reaksiyon kinetikleri baz alınarak ve oksik, anoksik, anaerobik tüm şartlarda gerçekleştiği kabul edilerek modellenmiştir. Anoksik ve anaerobik ortamlardaki hidroliz hızı, oksik ortamdaki hidroliz hızının bir fraksiyonu olarak kabul edilir. Bu nedenle, anoksik ve anaerobik ortamdaki hidroliz hızı, her zaman oksik ortamdakinden daha düşüktür. Anoksik ve anaerobik ortamlardaki hidroliz ürünleri sistemde kaybolur.

Çözünmeyen organik azotun hidrolizi: biyobozunur çözünmemiş organik azotun çözünmüş organik azota parçalanması, karbonlu yavaş bozunur maddelerin hidroliz hızıyla aynı kabul edilir.

Çözünmüş organik azotun amonyağa dönüşümü (amonifikasyon): çözünmüş organik azot, fosfor depolayan ve depolamayan heterotrofik mikroorganizmaların gerçekleştirdiği bir prosestir. Proses hızı, heterotrof mikroorganizmaların toplam konsantrasyonu ve çözünmüş biyobozunur organik azot konsantrasyonuna bağlı olarak birinci mertebede gerçekleştiği kabul edilir.

Kompleks hızlı biyobozunur KOİ’nin kısa zincirli uçucu yağ asitlerine fermentasyonu: Fosfos depolamayan fakültatif heterotrof mikroorganizmalar anaerobik şartlarda kompleks hızlı biyobozunur KOİ’nin kısa zincirli uçucu yağ asitlerine fermentasyonunu gerçekleştirirler. Bu fermentasyon, Monod büyümesi ile modellenir. Fermentasyon ürünlerinin belirli bir kısmının kısa zincirli uçucu yağ asitlerine dönüştüğü, kalan kısmının KOİ olarak sistemde kaybolduğu kabul edilir. Bu proses, evsel atıksularda ileri biyolojik fosfor giderim siteminin fosfor depolayan ve fosfor depolamayan heterotrofik mikroorganizmalar arasındaki asıl ilişkiyi açıklar.

Ototrofların büyümesi: Ototrof mikroorganizmalar amonyum azotunun nitrata okside olmasından (nitrifikasyon) sorumludurlar. Ototrofların büyümesi sadece oksik ortamda gerçekleşen ve tek adımlı proses olarak modellenir. Bu prosesin oksijen ihtiyacı tahmini üzerinde önemli etkisi vardır. Heterotrofların büyümesi ile, amonyum azotu ve çözünmüş fosfor yeni hücrelerde kullanılır.

Ototrof mikroorganizmaların ölümü: Bu proses heterotrof mikroorganizmaların ölümüyle aynı şekilde modellenir. Fakat ototrofların ölüm hızı çok daha yavaş gerçekleşir.

2.3.4.2 Genel modelde fosfor depolayan heterotroflar

Fosfor depolayan heterotrofların poli--hidroksibütirat (PHB, poli-- hydroxybutyrate) ile oksik ortamda büyümesi: çözünmüş fosfor kısıtlayıcı ya da olmaması ve amonyak ya da nitratın hücre sentezinde azot kaynağı olması durumuna bağlı olarak fosfor depolayan heterotrofların depolanmış PHB ile büyümesi 4 proses eşitliği tanımlanmıştır. Monod ifadeleriyle formülüze edilmiş büyüme hızı, birim fosfor gideren organizma kütlesi başına depolanmış substrat miktarına bağlıdır. Fosfor depolayan heterotrofların PHB ile anoksik ortamda büyümesi: Model, fosfor depolayan organizmaların bir kısmının depolanmış PHB’nin oksidasyonu için ve bünyesine fosfor alabilmesi için nitratı elektron alıcısı olarak kullanabildiğini varsayar. Organizma bünyesine fosfor alınım sitokiyometrisi oksik büyüme sitokiyometrisinden farklıdır.

Fosfor depolayan heterotrofların ölümü: bu proses elektron alıcılarının fosfor depolayan organizmalar üzerindeki etkisinin hesaba katılması ile hücre ölümü nedeniyle salınan azot, fosfor ve depolanmış PHB’nin salınımının hesaba katılması

yönüyle fosfor depolamayan heterotrofların ölüm modeline göre az da olsa farklı olarak modellenmiştir. Fosfor depolayan organizmaların oksik, anoksik ve anaerobik ortamlardaki ölümü ve polifosfat, PHB, hücresel azot ve hücresel fosforla ilişkili hücre yok olması simülasyonları ile 12 ölüm prosesi hız denklemi kullanılmaktadır. Anaerobik ortamda idame için polifosfat kırılması: fosfor depolayan organizmalar anaerobik ortamda bazal enerji ihtiyaçlarını sağlayabilmek için polifosfat polimerleri depolarlar. Anaerobik ortamda polifosfatın enerji sağlanması için kırılması fosfor depolayan organizmalarına bağlı birinci derece proses olarak modellenmiştir.

Kısa zincirli yağ asitlerinin fosfor depolayan organizmalar tarafından ayrılması: fosfor depolayan heterotroflarda kısa zincirli yağ asitlerinin PHB olarak depolanması sırasında ihtiyaç duyulan enerji polifosfat polimerlerinin kırılması ile sağlanır. Kısa zincirli yağ asitlerinin organizma bünyesine alınımı kısa zincirli yağ asidi konsantrasyonuna bağlı olarak sıfırıncı dereceden, fosfor depolayan organizma konsantrasyonuna bağlı olarak birince dereceden kabul edilir. Polifosfat kırılması nedeniyle salınan fosfor, kısa zincirli yağ asitlerinin bünyeye alınımıyla doğrudan orantılı olarak kabul edilir. Polifosfat ya da kısa zincirli yağ asitleri bu proseste limitleyici faktörlerdir.

3. MATERYAL VE YÖNTEM