AKTİF ÇAMUR SÜRECİNİN TASARIMI
Prof.Dr.Hikmet TOPRAK
Dokuz Eylül Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Mühendisliği Bölümü
Tınaztepe Kampüsü, Buca 35160 İzmir
E-Mail : hikmet.toprak@deu.edu.tr
BİYOLOJİK ARITMA
BİYOLOJİK ARITIM GEREKSİNİMİ
Atıksu Arıtımı
Arıtılmış su bir üründür. Bu ürün ya fiziksel-kimyasal ya da biyolojik arıtım sonucu oluşur. Bu iki yöntemin arasındaki fark, belirli oranda organik madde giderme yetenekleridir. Fiziksel-kimyasal süreç, adsorblanamayan organik maddeleri giderememesinden dolayı daha düşük arıtma verimine sahiptir. Biyolojik süreç ise, biyolojik olarak ayrışamayan organik maddelerin varlığında düşük verime sahiptir. Gerçekte, her iki sürecin de kendine özgü kullanım amaçları vardır. Birim işlemler ve giderim mekanizmaları Tablo 1'de sunulmuştur. Bunların kullanımı, arıtılması istenen kirleticiler tarafından belirlenir. Tüm atıkların giderilme esası benzer ise arıtma işlemi de o kadar basittir. Atıksu özellikleri bilinse bile, bileşenlerin değişimleri süreci karmaşık hale getirir.
Tablo 1. Belirli kirleticiler için uygulanan birim işlemler ve süreçler (Toprak, 2000)
Birim işlem / süreç
|
Giderim mekanizması
|
Atık özellikleri
|
Çökeltme ve yüzdürme
|
Yerçekimi etkisi
|
Katı fazdaki organik ve inorganikler
|
Koagülasyon ve çökeltme
|
- Taneciklerin birbirlerine tutunması ve yerçekimi
- Kimyasal bağlanma
|
- Katı fazdaki organik ve inorganikler
- Kolloidal fazdaki organikler ve inorganikler
|
Biyolojik arıtma
|
Taneciklerin birbirlerine tutunması, biyolojik metabolizma ve yerçekimi
|
Katı, kolloidal ve çözünmüş fazdaki organik ve inorganikler
|
Filtrasyon
|
Tutma, taneciklerin birbirine tutunması ve absorbsiyon
|
Katı ve kolloidal fazdaki organik ve inorganikler
|
Aktif karbon
|
Adsorbsiyon ve tutma
|
Katı, kolloidal ve çözünmüş fazdaki organik ve inorganikler
|
Atıksu içerisindeki toplam organik madde miktarı saptanmış ve bunların çözünmüş ve tanecikli fraksiyonları hakkında bilgi sahibi olunmuş ise, alıcı ortam standartlarını sağlayacak süreç belirlenebilir.
Tablo 2'de evsel atıksular için tipik bileşenlerin konsantrasyonları, Tablo 3’te ise bunların arıtımında kullanılan süreçler sunulmuştur. Tablo 4'te biyolojik süreci aktif çamur veya damlatmalı filtreden oluşan sistemlere ilave olarak uygulanan üçüncül arıtma seçeneklerinin özellikleri sunulmuştur. Tablo 5'te fiziksel arıtım sonrası uygulanan işlemlerin özellikleri verilmiştir.
Fiziksel-kimyasal veya biyolojik arıtıma karar verirken şu hususlar göz önünde tutulmalıdır:
(a) Fiziksel-kimyasal arıtım organik madde konsantrasyonu düşük olan atıksular için caziptir (BOİ5 konsantrasyonu 100 mg/L'den az)
(b) Fiziksel-kimyasal arıtım partiküler organik madde konsantrasyonu yüksek olan atıksular için caziptir (kimyasal koagülasyon, çökeltme ve filtrasyon sonucu çözünmüş BOİ5 konsantrasyonu 50 mg/L'den az)
(c) Fiziksel-kimyasal arıtım kesikli atıksu boşaltımı yapan tesisler için caziptir
(d) Fiziksel-kimyasal arıtım nispeten daha az arazi ihtiyacı gerektirirler ve özellikle toksik madde içeren atıksular için caziptir
(e) Fiziksel-kimyasal arıtım orta ve şiddetli kirli BOİ5 konsantrasyonu 200 mg/L'den fazla) atıksulara uygulanırken pilot tesis çalışmaları yapılmalı ve çıkış suyu kalitesi önceden bilinmelidir
Tablo 2. Evsel atıksudaki tipik kirleticilerin konsantrasyonları (Toprak, 2000)
Bileşen
|
Tipik konsantrasyon (mg/L)
|
Çözünmüş
|
Kolloidal
|
Katı
|
Toplam
|
Toplam askıda katı madde (TAKM)
|
-
|
-
|
200
|
200
|
Biyokimyasal oksijen ihtiyacı (BOİ)
|
80
|
40
|
80
|
200
|
Kimyasal oksijen ihtiyacı (KOİ)
|
160
|
80
|
160
|
400
|
Fosfor (P)
|
9
|
-
|
1
|
10
|
Tablo 3. Tipik kirleticilerin arıtımında kullanılan arıtım yöntemleri (Toprak, 2000)
Bileşen
|
Birincil arıtım
|
İkincil arıtım
|
Üçüncül arıtım
|
İşlem
Süreç
|
Çıkış (mg/L)
|
İşlem
Süreç
|
Çıkış (mg/L)
|
İşlem
Süreç
|
Çıkış (mg/L)
|
TAKM
|
Ç
|
80 - 100
|
AÇ
|
10 - 30
|
F
|
3 – 7
|
|
K + Ç
|
10 - 30
|
AÇ
|
10 - 30
|
F
|
3 – 7
|
|
K + Ç
|
10 - 30
|
F
|
3 - 7
|
-
|
-
|
|
AÇ
|
10 - 30
|
F
|
3 - 7
|
-
|
-
|
BOİ
|
Ç
|
130 - 150
|
AÇ
|
10 - 30
|
F
|
1 – 3
|
|
K + Ç
|
80 - 100
|
AÇ
|
10 - 30
|
F
|
1 – 3
|
|
K + Ç
|
80 - 100
|
F
|
80 - 90
|
A
|
5 – 15
|
|
AÇ
|
10 - 30
|
F
|
1 - 3
|
A
|
0 – 2
|
KOI
|
Ç
|
240 - 300
|
AÇ
|
50 - 100
|
F
|
40 – 60
|
|
K + Ç
|
160 - 200
|
AÇ
|
50 - 100
|
F
|
40 – 60
|
|
K + Ç
|
160 - 200
|
F
|
160 - 180
|
A
|
20 – 30
|
|
AÇ
|
50 - 100
|
F
|
40 - 60
|
A
|
5 – 10
|
P
|
K + Ç
|
2 - 5
|
F
|
0 - 1
|
-
|
-
|
|
K + Ç
|
2 - 5
|
AÇ
|
1 - 5
|
F
|
0 – 2
|
Ç : Çökeltme, K : Koagülasyon, AÇ : Aktif çamur, A : Adsorpsiyon, F : Filtrasyon
|
Tablo 4. Biyolojik arıtımdan geçirilmiş atıksuya uygulanan üçüncül arıtım (Toprak, 2000)
Süreç
|
Üçüncül arıtım
|
Çıkış suyu kalitesi (mg/L)
|
BOİ5
|
KOİ
|
TAKM
|
P
|
Bulanıklık (JTU)
|
Aktif çamur
|
F
|
1 - 3
|
40 - 60
|
3 - 7
|
20 - 30
|
2 – 8
|
|
K+Ç
|
3 - 7
|
30 - 50
|
3 - 12
|
1 - 3
|
2 – 8
|
|
K+Ç+F
|
1 - 2
|
25 - 45
|
1
|
1
|
1
|
|
K+Ç+F+A
|
0 - 2
|
5 - 10
|
1
|
1
|
1
|
Damlatmalı filtre
|
F
|
10 - 20
|
35 - 60
|
10 - 20
|
20 - 30
|
2 - 15
|
|
K+Ç
|
10 - 15
|
35 - 55
|
4 - 12
|
1 - 3
|
2 - 10
|
|
K+Ç+F
|
7 - 12
|
30 - 50
|
1
|
1
|
1
|
|
K+Ç+F+A
|
1 - 2
|
10 - 25
|
1
|
1
|
1
|
Ç : Çökeltme, K : Koagülasyon, A : Adsorpsiyon, F : Filtrasyon
|
Tablo 5. Fiziksel arıtımdan geçirilmiş atıksuya uygulanan üçüncül arıtım (Toprak, 2000)
İşlem
|
Üçüncül arıtım
|
Çıkış suyu kalitesi (mg/L)
|
BOİ5
|
KOİ
|
TAKM
|
P
|
Bulanıklık (JTU)
|
Izgara+kum tut.
|
K+Ç
|
50-100
|
80-180
|
10-30
|
2-4
|
5-20
|
Ön çökeltme
|
K+Ç+F
|
30-70
|
50-150
|
2-4
|
0.5-2
|
1-4
|
|
K+Ç+F+A
|
10-25
|
30-45
|
2-4
|
0.5-2
|
1-2
|
Ç : çökeltme, K : koagülasyon, A : adsorpsiyon, F : filtrasyon
|
Atıksuyun Araziye Uygulanması
Atıksuyun araziye uygulanması, bazılarına göre üçüncül arıtım, bazılarına göre ise ikincil arıtım sınıfına girmektedir. Atıksuyun araziye uygulanmasında, yüzey ve yüzey altı sızdırma ve derin kuyu enjeksiyon yöntemleri uygulanmaktadır. Araziye uygulama ve arıtılmış sudan yeniden yararlanma, sızdırma, yüzeyde akıtma ve yeraltı suyuna karıştırma ile gerçekleştirilir. Ayrıca, arıtılmış su belirli bitkilerin sulanmasında da kullanılmaktadır.
Süreç Seçiminde Önemli Olan Faktörler
Bir atıksu arıtma tesisindeki birim işlem ve süreçlerin değişik kombinasyonları bir “sistem” gibi çalıştığından tasarım mühendisi planlamada “sistemler” yaklaşımını kullanmalıdır. Seçim prosedürünün en önemli kısmı değişik birim işlem ve süreçlerin ve birbirleri ile olan içsel ilişkilerin geliştirilmesidir. Geliştirme süreci atıksuyun kendisi ile sınırlandırılamaz, sıvının çamur ile olan ilişkisi de dikkate alınmalı ve çamur bertaraf alternatifleri de bir bütün içerisinde değerlendirilmelidir. Tablo 6’da birim işlem ve süreçlerin seçiminde dikkat edilmesi gereken hususlar özetlenmiştir. Her faktör kendi içinde doğru olabilir, ancak bazıları daha büyük bir dikkat ve “ilgi” gerektirir. Birinci faktör olan sürecin uygulanabilirliği diğerlerine kıyasla en önemli faktör olup tasarım mühendisinin beceri ve deneyimini doğrudan yansıtır. Geçmişteki benzer uygulamaların sonuçları tasarım mühendisi için en önemli donelerdir. Tablo 7’de verim değerleri sunulmuştur. Arıtma tesisinin performansı, gerek çıkış suyu kalitesi ve gerekse giderim verimi bazında olsun, tasarımın başarısını gösterir. İkincil arıtım amacı ile kullanılan biyolojik sistemlerin verimini birçok faktör etkiler.
Tablo 6. Birim işlem ve süreç seçiminde dikkat edilmesi gereken faktörler (Toprak, 2000)
Faktör
|
Açıklama
|
Sürecin uygulanabilirliği
|
Uygulanabilirlik; geçmişteki deneyimler, literatürde basılı veriler, arazi ölçekli tesislerin verileri ve pilot tesis çalışmalarının verileri bazında geliştirilir. Yeni veya alışılagelmedik bir durum karşısında pilot tesis çalışmalarının yürütülmesinde yarar vardır.
|
Uygulanabilir debi aralığı
|
Süreç gelmesi öngörülen tüm atıksu debilerine uyum gösterebilmelidir. Örneğin, çok büyük debilerde stabilizasyon havuzlarının kullanımı uygun değildir.
|
Uygulanabilir debi değişimi
|
Tüm birim işlem ve süreçler geniş bir debi aralığında çalışabilecek şekilde tasarımlanmalıdır. Birçok süreç sabit bir debide en verimli bir şekilde çalışır. Debinin oldukça değişken olması durumunda debinin dengelenmesi gerekir.
|
Atıksuyun özellikleri
|
Atıksuyun özellikleri kullanılacak süreçlerin tipini (kimyasal veya biyolojik) ve işletim özelliklerini belirler.
|
İnhibe edici maddeler
|
Atıksuda bulunan maddeler ve hangilerinin inhibe edici özellik taşıdığı saptanmalıdır. Hangi maddelerin arıtma sürecini girdiği gibi terk edeceği belirlenmelidir.
|
İklimsel kısıtlamalar
|
Sıcaklık kimyasal ve biyolojik süreçlerin reaksiyon kinetiğini etkiler. Sıcaklık ayrıca bazı fiziksel arıtma işlemlerinin (çökeltme) de performansını etkiler. Sıcak hava koku oluşumunu hızlandırır ve atmosferik dispersiyonu engeller.
|
Reaksiyon kinetiği
|
Reaktörün boyutlandırılması reaksiyon kinetiği bazında yürütülür. Kinetik veriler; geçmişteki deneyimlerden, literatürdeki basılı verilerden ve pilot tesis çalışmalarının sonuçlarından elde edilir.
|
Verim
|
Verim genelde çıkış suyu kalitesinin bir ölçüsüdür. Çıkış suyu alıcı ortam standartlarını sağlamalıdır.
|
Kalıntılar
|
Arıtma işlemi sonucunda oluşacak katı, sıvı ve gaz artıkların tipi ve miktarları kestirilmelidir.
|
Çamurun bertarafı
|
Oluşan çamurun bertarafını ekonomik kılmayacak faktörlerin olup olmadığı belirlenmelidir. Çamur bertaraf ünitelerinin geri çevrim sularının birim işlem ve süreçleri nasıl etkileyeceği saptanmalıdır. Seçilecek çamur bertaraf sistemi sıvı arıtma sistemi ile tam bir uyum içinde olmalıdır.
|
Çevresel kısıtlamalar
|
Hakim rüzgar yönü, özellikle koku üretme potansiyeline sahip bazı işlemlerin / süreçlerin kullanımını kısıtlar. Gürültü ve trafik tesis için yer seçimini etkiler. Alıcı ortamlar, nutrientler gibi bazı atıksu bileşenlerinin giderimini gerekli kılabileceğinden bazı kısıtlamalara sahiptir.
|
Tablo 6. (Devam)
Faktör
|
Açıklama
|
Kimyasal gereksinimler
|
Uzun süreli bir arıtım için hangi kaynakların ne miktarlarda kullanılacağı saptanmalıdır. Kimyasal maddelerin ilave edilmesi, arıtma kalıntılarının özelliklerini ve arıtım maliyetini ne derece etkiler?
|
Enerji gereksinimi
|
Maliyet etkin bir arıtım işlemi için enerji gereksinimi ve gelecekteki enerji birim fiyatı saptanmalıdır.
|
Diğer kaynak gereksinimleri
|
Uygulanması düşünülen birim işlem ve süreçlerin verimini ve verimli bir şekilde işletimini etkileyebilecek ilave kaynaklar belirlenmelidir.
|
Personel gereksinimi
|
Birim işlem ve süreçlerin işletimi için gerekli personel sayısı ve bunların deneyim ve beceri seviyeleri ortaya konulmalıdır. Ayrıca, çalıştırılması düşünülen halihazırdaki personelin mevcut beceri ve deneyimleri saptanarak ilave eğitim programına tabi tutulup tutulmayacakları saptanmalıdır.
|
İşletme ve bakım gereksinimi
|
Hangi özel işletme ve bakım programının uygulanacağı belirlenmelidir. Yedek parça gereksinimi, stoklanması, bulunabilirliği ve maliyeti saptanmalıdır.
|
Yardımcı süreçler
|
Yardımcı (destek) süreçlerin gerekli olup olmadığı, gerekli ise hangilerinin uygulanması gerektiği belirlenmelidir. Bunların çıkış suyu kalitesini, özellikle ana ünitelerin verimsiz çalışması durumunda, ne yönde etkileyecekleri saptanmalıdır.
|
Güvenilirlik
|
Uygulanması düşünülen birim işlem ve süreçlerin uzun vadeli güvenilirliği saptanmalıdır. Birim işlem veya sürecin kolaylıkla devre dışı kalıp kalmayacağı ortaya konulmalıdır. Birim işlem ve süreçlerin periyodik şok yükler karşısındaki olası davranışları kestirilmelidir. Bu tür bir durum karşısında çıkış suyu kalitesinin ne şekilde değişeceği belirlenmelidir.
|
Karmaşıklık
|
Süreç normal ve olağanüstü durumlar karşısında basit bir şekilde işletilebiliyor mu? Karmaşıklığı ne mertebede? Süreci işletebilmek için gerekli personelin deneyim ve becerisi ne düzeyde olmalı? Personelin tabi tutulacağı eğitim programı ve kapsamı ne olmalı?
|
Uyumluluk
|
Birim işlem ve süreçlerin mevcut üniteler ile uyum içinde işletilip işletilemeyecekleri saptanmalıdır. Gelecekteki kapasite artırımı kolaylıkla gerçekleştirilebilecek midir?
|
Arazi durumu
|
Gelecekteki kapasite artırımı için gerekli arazinin bulunup bulunmadığı saptanmalıdır. Atıksu arıtma tesisi için seçilen yerin yerleşim birimlerine olan mesafesi ve aradaki “tampon bölgenin” genişliği görsel ve diğer etkiler açısından belirlenmelidir.
|
Aktif çamur süreci, damlatmalı filtre ve dönen biyolojik reaktörlerin verimini etkileyen faktörler Tablo 8’de sunulmuştur. Tasarımda dikkat edilmesi gereken diğer bir önemli husus debinin ünitelere eşit olarak verilmesi ve pik debi durumunda “by-pass” hattının kullanılmasıdır.
Tablo 7. Birim işlem ve süreçlerin genel arıtım verimleri (%) (Toprak, 2000)
İşlem / Süreç
|
BOİ
|
KOİ
|
AKM
|
P
|
NORG
|
NH3-N
|
Izgara
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
Kum tutucu
|
0-5
|
0-5
|
0-10
|
-
|
-
|
-
|
Ön çökeltme havuzu
|
30-40
|
30-40
|
50-65
|
10-20
|
10-20
|
0
|
Klasik aktif çamur süreci
|
80-95
|
80-85
|
80-90
|
10-25
|
15-50
|
8-15
|
Yüksek hızlı, kaya dolgu ortamlı damlatmalı filtre
|
65-80
|
60-80
|
60-85
|
8-12
|
15-50
|
8-15
|
Süper hızlı, plastik dolgu ortamlı damlatmalı filtre
|
65-85
|
65-85
|
65-85
|
8-12
|
15-50
|
8-15
|
Biyodisk
|
80-85
|
80-85
|
80-85
|
10-25
|
15-50
|
8-15
|
Klorlama havuzu
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
Dostları ilə paylaş: |
