AktiF Çamur süreciNİn tasarimi
Saf oksijenle havalandırmalı aktif çamur süreci
Yüklə 1,39 Mb.
|
Saf oksijenle havalandırmalı aktif çamur süreci Aktif çamur süreçlerinde hava yerine saf oksijen kullanımı ilk defa 1950'li yıllarda uygulanmıştır. Oksijen transferi için daha düşük enerji gerektirmesi ve daha iyi bir aktif çamur biyokinetiğine sahip olması olumlu yanlarını oluşturur. En yaygın kullanılan süreç tipi, atmosfere kapalı bir havalandırma havuzudur. Havuz kompartmanlara ayrılmıştır (Şekil 8). Atıksu, geri çevrim çamuru ve oksijen girdisi ilk kompartmanda yapılır. Akım diğer kompartmanları katederek son çökeltme havuzuna alınır. Havuzun üzerinin kapatılması sıvı faz üzerinde sabit bir oksijen gazı fazının korunumuna yöneliktir. Kademelendirme, mevcut oksijenden maksimum yararlanmayı amaçlamaktadır. 
Şekil 8. Saf oksijenle havalandırmalı aktif çamur süreci Bu sürecin olumsuz yanı, yanabilir organik madde içeren endüstriyel atıksulara potansiyel patlama tehlikesi nedeniyle uygulanamamasıdır. Sistemin her kompartmanında oksijenin çözünmesi ve biyolojik katıların karışımı ya yüzeysel havalandırıcılar ile ya da batık türbin tipi havalandırıcılar ile sağlanır. Süreçte diğer bir anahtar unsur da oksijen kaynağıdır. Bu amaçla üç tip oksijen besleme sistemi kullanılır; sıvı oksijen tankı, "cryogenic" oksijen üretimi, basınçlı adsorbsiyon sistemi. Bunlardan ilki deponun haricinde başka bir mekanik ekipman gerektirmez. Bu yöntem nispeten küçük tesislerde (atıksu debisi 175 L/sn) oldukça fizibildir. Son iki sistem, tesis içi oksijen üretimini gerektirir. İkincisi büyük, üçüncüsü ise nispeten küçük tesisler için uygundur. 3,000 ila 5,000 mg/L arasında değişen oldukça yüksek MLSS konsantrasyonu ve 1 ila 3 saat arasında değişen alıkonma süresi ile karakterize edilir. Endüstriyel atıksuların da alındığı tesislerde MLSS değeri daha yüksek tutulmaktadır. Genelde tankların üzeri kapalıdır ve Şekil 40'dan da görüleceği üzere, sisteme verilen oksijen miktarı, gaz fazındaki basıncın belirli bir değerde tutulması ile kontrol edilir. Sisteme verilen oksijenin % 10'undan daha az bir kısmı ve arıtım sürecinde oluşan CO2 ve N2 gazları son kompartmandan atılır. Kapalı sistemlerde çözünmüş oksijen konsantrasyonu 4 ila 10 mg/L arasında değişir. Sisteme verilen saf oksijen bakteriyel faaliyeti hızlandırır ve sonuçta daha az çamur üretilir. Oluşan çamurun çökelme ve sıkışma özellikleri de çok iyidir. Çok yoğun bir çamurun yüksek oranda geri çevrilmesi, yüksek MLSS konsantrasyonuna ve kısa alıkonma süresine olanak tanır. Sistemin kompartmanlar halinde tasarımlanması çamurun çökelme özelliklerinin iyileşmesine ve sisteme verilmesi gereken enerjinin azalmasına neden olur. Bu sistemlerde, nispeten yüksek CO2 gazı kısmi basıncı ve nitrifikasyon ile tüketilen alkalinite nedeni ile pH 6 ila 6.5 arasındadır. pH'ın 7'nin altına düşmesi durumunda nitrifikasyon yavaşlar ve sistem daha uzun KAS, daha fazla reaktör hacmi ve daha fazla çökeltme havuzu hacmi gerektirir. Bu nedenle nitrifikasyon isteniyorsa iki kademeli sistem uygulanmalıdır. Birinci kademede saf oksijen ikincisinde ise hava kullanılabilir. Saf oksijenli aktif çamur süreçlerinin tasarımında KAS ve F:M oranı kullanılır. Kademeli sistemlerde oksijen miktarı gittikçe azaltılır. Üzeri kapalı sistemlerde, giren atıksu içerisinde bulunabilecek hidrokarbonlardan kaynaklanabilecek oksijen patlamaları oluşabilir. Eğer uçucu hidrokarbonların konsantrasyonu belirli bir değerden yüksek ise sistem hava ile yıkanabilir. Yüksek miktarda saf oksijen ve karbondioksitin bulunduğu bir ortamda inşaat için seçilecek malzemeye dikkat edilmelidir. Hava ile kıyaslandığında, bu atmosfer, metaller için oldukça korozif ve yağ ve gres için ise oldukça reaktiftir. Oksijen tesis içerisinde havadan temin edilebilir. Bu işlem için, düşük sıcaklıkta destilasyon veya yüksek basınçta adsorbsiyon/düşük basınçta rejenerasyon uygulanabilir. Birincisinde -185 C'lik ısı, ikincisinde ise 280 kN/m2'lik basınç tatbik edilir. Modifiye havalandırmalı aktif çamur süreci Bu sistemin akım şeması, piston akımlı ve kademeli beslemeli süreçlerinki ile aynıdır. Genelde, % 60 ila 70 oranında BOİ5 gideriminin istendiği kısmi arıtım amacı ile uygulanır. Oldukça kısa alıkonma süresi, düşük MLSS konsantrasyonu ve yüksek F:M oranı ile karakterize edilir. Oksijen gereksinimi oldukça düşüktür, buna karşın fazla çamur miktarı çok yüksektir. Bazı süreçlerde ön arıtım uygulanabilmektedir. Kısa alıkonma süresi ve düşük MLSS konsantrasyonu nedeniyle, modifiye havalandırma hidrolik ve organik yüklemelerdeki salınımlara karşı oldukça hassastır. Yüksek kalitede çıkış suyunun istendiği uygulamalar için uygun değildir. Modifiye havalandırma, eğer organik yükleme hızı yüksek değilse, nitrifikasyonun uygulandığı çok kademeli süreçlerin ilk ünitesi olarak kullanılabilir. Bu süreçler genelde kısmi arıtım amacı ile kullanılırlar. BOİ5 giderme verimleri % 60 ila 75 arasındadır. 0.5 ila 2.0 saat arasında değişen çok kısa alıkonma süresi ve 1.5 ila 3.0 kg BOİ5/kg MLSS.gün arasında değişen çok yüksek F:M değeri ile karakterize edilir. Oksijen gereksinimleri düşük, fakat bunun yanında oluşan çamur miktarı ise yüksektir. Hidrolik ve organik yüklemedeki salınımlara oldukça duyarlıdırlar. Modifiye havalandırmalı aktif çamur süreci genelde kaliteli bir çıkış suyu sağlayamaz. Yüksek hızlı aktif çamur süreci Yüksek MLSS konsantrasyonuna ve çok yüksek hacimsel organik yükleme hızına sahiptir. Bu kombinasyon, yüksek F:M oranına ve kısa hidrolik alıkonma süresinde orta mertebede katı alıkonma süresine olanak tanır. Yüksek hızlı aktif çamur süreci, kısa havalandırma süresine sahip bir süreçtir. MLSS konsantrasyonu genelde 3,000 ila 5,000 mg/L arasında değişir. Uygulanan F:M oranı oldukça yüksektir. BOİ5 bazında, alışılagelen aktif çamur süreçlerininkine yakın bir çıkış suyu kalitesi sağlamasına rağmen, yüksek yükleme hızı nedeniyle işletimine dikkat edilmesi gerekir. Kısa alıkonma süresi, reaktör içeriğinin hidrolik şok yüklemelere daha duyarlı olmasına neden olur. Çok Kademeli Aktif Çamur Süreçleri Evsel nitelikli atıksuyun içerisindeki BOİ5 konsantrasyonunun % 90 mertebesinde giderimi için bazen tek kademe yerine çok kademeli aktif çamur süreçleri de uygulanabilmektedir. Çok kirli evsel atıksular için çok kademeli süreç, aynı reaktör hacmi için, tek kademeli sürece kıyasla daha iyi bir çıkış suyu eldesi sağlar. Diğer bir seçenek de, biyolojik arıtımdan önce kimyasal arıtımın uygulanmasıdır. Çok kademeli sistemler, genelde, nitrifikasyon ve denitrifikasyonun istendiği durumlarda tercih edilir. Birinci kademede, ki bu yüksek hızlı veya modifiye havalandırmalı aktif çamur süreci olarak da adlandırılabilir, % 80 ila 90 oranında gerçekleşen BOİ5 giderimi gerçekleşir. İkinci kademede ise, nitrifikasyon oluşur. Ayrı nitrifikasyon kademeli aktif çamur süreci Ayrı kademeli nitrifikasyon veya iki kademeli nitrifikasyon sürecinde (Şekil 9), karbonlu madde giderimi ilk kademede, azotlu madde giderimi ise ikincisinde gerçekleştirilir. İlk kademe, aktif çamur süreci, yüksek organik yükleme hızına sahip damlatmalı filtre, normal hızlı damlatmalı filtre, biyodisk veya kimyasal çökeltme sistemlerinden teşkil edilebilir. Nitrifikasyonun gerçekleştiği kademenin giriş suyu 40 mg/L'lik BOİ5 konsantrasyonuna sahiptir. Nitrifikasyonun ayrı kademede uygulanması aşağıdaki olumlu yönlere sahiptir: (a) Toplam kirlilik yükünün % 10'u oranında endüstriyel nitelikli atıksuyun kabul edilebilmesi (b) Yüksek işletme güvenirliliği ve çıkış suyunda düşük amonyak konsantrasyonu sağlaması (c) Nitrifikasyonun istenmediği durumlarda veya düşük yüklemenin uygulanacağı işletmeye alma döneminde işletme elastikiyeti sağlaması (d) Nitrifikasyon ünitesinin önünde ara çökeltme havuzuna sahip olan karbonlu madde giderim sürecinin yer alması ile toksik maddelere karşı sistem emniyeti sağlaması ve pik yüklemeleri sönümlemesi Nitrifikasyonun ikinci kademeye alınması ile gerekli reaktör hacmi azalır. Birinci kademe karbonlu, ikincisi ise azotlu maddelerin giderimi esasına göre tasarımlanır. Bu sürecin olumsuz yanları, daha fazla çamur oluşumu, ilave çökeltim havuzu maliyeti ve pH kontrolu için kimyasal madde masrafıdır. Ayrıca ikinci kademeden bakteri kaçışının kontrolü de çok önemlidir. Hücre sentezi için yeterli katı konsantrasyonunun eldesi, ancak, giren atıksuyun bir miktarının ikinci kademeye "by-pass" edilmesi ve birinci kademeden alınan çamurun ikinci kademeye verilmesi ile olasıdır. Şekil 9'da iki kademeli aktif çamur süreci akım şeması sunulmuştur. Birinci kademeden sonra çökeltme havuzu yer almayabilir. Bununla beraber, nitrifikasyon ünitesine katı girdisi olumsuz etki yaratabilir. İkinci kademenin tasarımında 20 ila 40 mg/L'lik BOİ5 konsantrasyonu dikkate alınır. Böylelikle ikinci reaktörde daha fazla nitrifikasyon bakterisi ürer. 
Şekil 9. Ayrı nitrifikasyon kademeli aktif çamur süreci Üç kademeli aktif çamur süreci Bu sistemin birinci kademesinde karbonlu maddelerin giderimi, ikinci kademesinde nitrifikasyon, üçüncü kademesinde ise denitrifikasyon gerçekleşir. Bu süreç toplam azotun giderilmesinde oldukça etkindir. Akım şeması Şekil 10'da verilmiştir. Bununla birlikte, bu süreç dışsal karbon kaynağı (metanol) gerektirir. Akım şemasında gözükmemekle beraber, denitrifikasyon ünitesinden sonra azot gazının ve uçucu organiklerin sıyırılması amacı ile bir havalandırma ünitesinin tesis edilmesinde yarar vardır. Azot kabarcıkları çamur yumaklarına tutunurlar ve son çökeltme havuzunda çamurun yüzmesine neden olurlar. 
Şekil 10. Üç kademeli aktif çamur süreci Üç kademeli sürecin olumsuz yanları iki kademelininki ile aynıdır. Biyolojik aktivitenin her kademede gerçekleşen faaliyetler için optimize edilmesine rağmen, ilk yatırım masrafı oldukça yüksektir. Ayrıca, işletme masrafını arttıran diğer bir etmen de metanol sarfiyatıdır. Entegre nitrifikasyon - denitrifikasyon süreci Bu sürecin akım şeması Şekil 11'de sunulmuştur. Bu sistemde ilk ünite denitrifikasyon ünitesidir ve daha sonra karbonlu maddelerin giderildiği ve aynı zamanda nitrifikasyonun gerçekleştirildiği ünite yeralır. Bu uygulamada karbon kaynağı ham atıksudur. % 80 gibi yüksek bir toplam Kjeldahl azotu giderme verimi eldesi olasıdır. Bazı uygulamalarda denitrifikasyon ünitesi sabit film reaktöründen teşkil edilmektedir. 
Şekil 11. Entegre nitrifikasyon - denitrifikasyon süreci Azot giderme verimini en az % 90 mertebesine çıkarmak için dört kademeli sistemler geliştirilmiştir. Bu sistemde daha az metanol ilavesi ile daha yüksek nitrat indirgenmesi sağlanmaktadır. Bu sistemin akım şeması Şekil 12'de sunulmuştur. 
Şekil 12. Dört kademeli aktif çamur süreci Birinci ve üçüncü havalandırma havuzlarının tasarımı, minimum sıcaklıkta istenen denitrifikasyonunun eldesine olanak tanıyacak şekilde yapılır. Nitrifikasyon bakterileri ikinci ünitede baskın durumdadırlar ve KAS bunların yıkanıp sistemden atılmasını önleyecek kadar uzundur. Toplam KAS değeri 30 ila 50 gün arasında değişir. Dördüncü havuzun ana amacı, üçüncü havuzdan gelen karbon dioksitin sıyırılması, kalan amonyağın oksitlenmesi, çözünmüş oksijen konsantrasyonunun arttırılması, fosfatın çökeltme havuzunda sıvı fazına geçmesinin önlenmesi ve iyi bir çökeltim için şartların hazırlanmasıdır. TASARIM ESASLARI ve PARAMETRELERİ Tasarımda Dikkat Edilmesi Gereken Değişkenler Havalandırma havuzu aktif çamur sürecinin kalbidir. Tasarımı ve işletimi birçok değişkene bağlıdır. Bunların bir kısmı (toksik ve inhibe edici maddeler) operatör tarafından kontrol edilemez. İyi bir çıkış suyu eldesi için dikkat edilmesi gereken değişkenler Tablo 13'te sunulmuştur. Tablo 13. Havalandırma havuzu tasarım değişkenleri (Toprak, 2000)
Tutarlı bir tasarım için, bazı değişkenler arasındaki ilişki de dikkate alınmalıdır. Örneğin MLSS ile KAS veya F:M arasındaki ilişki havalandırma havuzu hacmini ve dolayısı ile çıkış suyu kalitesini belirler. Çamur geri devir oranı ve çökeltme havuzu tabanındaki çamur konisindeki MLSS konsantrasyonu, hem arıtılacak atıksuyun hem de süreç tasarımının ve işletiminin bir özelliği olan çamur hacim indeksinin bir fonksiyonudur. Tablo 14 ve 15'te aralarındaki ilişkinin dikkate alınması gereken değişkenler verilmiştir. Tablo 13, 14 ve 15'ten de görüleceği üzere, diğer değişkenlerin yanında, son çökeltme havuzu tasarım faktörleri süreç verimini belirleyen önemli bir unsurdur. Tablo 14. Aktif çamur tasarım değişkenleri arasındaki ilişkiler (Toprak, 2000)
Tablo 15. Evsel atıksular için alıcı ortam standartları (Toprak, 2000)
Süreç Tasarım Esasları Havalandırma havuzunun tasarımında aşağıdaki kademeler izlenmelidir: - Atıksu nicelik ve niteliğinin belirlenmesi : Ortalama, minimum ve maksimum atıksu debilerinin saptanması, yaz ve kış aylarında uç sıcaklık değerlerinin belirlenmesi.. Evsel nitelikli ham atıksuyun 200'er mg/L BOİ5 ve AKM içerdiği gözönüne alınabilir. Ayrıca, toplam BOİ5'in % 70'inin çözünmüş BOİ5 olduğu ve toplam AKM'nin % 30 ila 40'lık kısmının inert olduğu ve biyolojik olarak ayrıştırılamadığı kabul edilebilir. - Arıtma verimini belirleyecek alıcı ortam standartlarının ortaya konulması : 4 Eylül 1988 tarih ve 19919 sayılı Resmi Gazete’de yayımlanarak yürürlüğe giren “Su Kirliliği Kontrolu Yönetmeliği”nin 70.sayfasında evsel nitelikli atıksular için verilen alıcı ortam standartları Tablo 15’te sunulmuştur. - Umulan çamur hacim indeksi (ÇHİ) ve tasarım sıcaklığının bir fonksiyonu olarak tasarım MLSS değerinin saptanması : Her aktif çamur süreci kendine özgü işletme kriterleri gerektirir. Operatör iyi bir işletim için sürecin “ince ayarını” yaparak hedef ÇHİ ve hedef MLSS değerlerini saptamalıdır. - Kış aylarındaki giderim veriminin dikkate alınarak KAS'nin seçilmesi : Yaz ve kış aylarındaki koşullara göre, alıkonma süresinin saptanması için, KAS, MLSS ve hücre verim ilişkileri ortaya konulmalıdır. Yaz aylarında artan sıcaklık ile mikrobiyolojik aktivite de artacaktır. Bu nedenle arıtım daha hızlı bir şekilde gerçekleşeceğinden yaz aylarında daha düşük KAS uygulanmalıdır. Bu argümanların tam tersi kış ayları için geçerlidir. - KAS, sıcaklık ve ön arıtım verimi bazında net çamur üretim hızının belirlenmesi : Net çamur üretim hızının belirlenmesi çamur geri çevrim ve fazla çamur atım hızlarının saptanmasını sağlayacaktır. - Yaz ve kış aylarında gerekli oksijen gereksinimlerinin hesaplanması : Yaz ve kış aylarında farklı KAS değerleri uygulanacaksa, oksijen gereksinimleri ve atık çamur hacimleri ayrı ayrı hesaplanmalıdır. Yaz aylarında artan sıcaklık ile çözünmüş oksijenin çözünürlüğü azalacaktır. Sonuçta sisteme daha fazla oksijen girdisi sağlanması gerekecektir. Kış aylarında ise düşük sıcaklık nedeni ile çözünürlük artacağından oksijen gereksinimi daha az olacaktır. Toksik ve İnhibe Edici Atıklar Organizmalar fiziksel ve kimyasal inhibisyona olduğu kadar biyolojik etkilere de oldukça duyarlıdırlar. Evsel atıksulara karışan endüstriyel atıksuların içerisindeki bazı toksik ve inhibitör kimyasal maddeler tasarım mühendisi tarafından dikkate alınmalıdır. Toksik maddelerin varlığı istenen çıkış suyu kalitesinin eldesini olanaksız kılabilir. Bakır, çinko, nikel, kadmiyum ve krom gibi ağır metaller mikrobiyal enzimler ile reaksiyona girer ve metabolizmayı olumsuz yönde etkiler. Bu ağır metallerin inhibe edici etkisi, onların çözünmüş iyonik yapıda olmaları ile artar. Ayrıca, ağır metallerin toksisitesi bazı çevresel özelliklerin, örneğin pH'ın değişimi ile de artabilir. Siyanür, NTA ve humik asit gibi organik lijandların biyolojik olarak ayrışımı, çözünmüş komplekslerden toksik metallerin serbest kalmasına neden olabilir. Bu nedenle, metal iyonu ve potansiyel çökeltileri ve lijandları saptanmışsa ve çözünürlük ve kompleksleşme sabitleri biliniyorsa, biyomasa olası zararlı etki önceden kestirilebilir. Tablo 16. Sürece inhibe etki yapan maddeler ve eşik konsantrasyonları (mg/L) (Toprak, 2000)
Organik bileşikleri içeren metalik olmayan atıklar da toksik olabilir. Bu maddeler, eğer yeterli adaptasyon süresi sağlanmışsa, bakteriler tarafından ayrıştırılabilirler. Bu işlem yapılmamışsa, geçici verim azalmaları oluşabilir. Belirli konsantrasyonlara sahip toksik organik maddeler, sadece tam karışımlı aktif çamur sürecinde (TKAÇS) arıtılabilirler. Bu maddeler TKAÇS'ne girdiği anda hızla disperse olurlar ve havuz içeriğine tam karışırlar ve böylelikle maksimum seyrelme sağlanmış olur. Herhangi bir bölgede konsantrasyon nispeten sabit olduğundan, piston akımlı reaktörlerde olduğu gibi bakteriler şok toksik yüklere maruz kalmazlar. Genel bir kural olarak, tasarım mühendisi, ağır metallerin ve diğer toksik maddelerin arıtım sorumluluğunu kabullenmemelidir. Tablo 16'da biyolojik arıtımı inhibe eden maddeler ve sınır konsantrasyonları sunulmuştur. Genelde, giriş atıksuyunda toksik madde varlığı, onun çıkışta ve arıtma çamurunda da varlığı demektir. Nutrientlerin Eksikliği Evsel atıksu, biyolojik arıtıma olumsuz etki yapan nutrient eksikliğini genelde sergilemez. İnorganik nutrientler ve iz elementler, yeterli oksijen sağlanmışsa maksimum büyümeyi sağlayacak mertebededir. Evsel atıksuya önemli miktarlarda endüstriyel atıksu karışıyorsa, nutrient gereksinimleri kontrol edilmelidir. Bazı atıksu tiplerinde ise, mevcut gibi gözüken nutrientler kimyasal olarak bağlıdır ve mikroorganizmaların kullanımlarına hazır değildir. Belirli oranda endüstriyel atıksu ile karışmış evsel atıksuyun biyolojik arıtımı için gerekli BOİ5:N:P oranı 100:5:1 olarak verilmektedir. Yüksek KAS değerine sahip süreçler daha düşük miktarda nutrient gerektirirler. Çünkü, iç solunum ile ayrışan bakteriler suya azot ve fosfor bırakırlar. Organik Yük ve Debi Salınımları Kanalizasyon sistemine yeraltı suyunun girmesi ve ani endüstriyel boşaltımlar nedeni ile atıksu debisinde salınımlar meydana gelir. Bir beldenin kentsel atıksularını arıtan kentsel atıksu arıtma tesisi, genelde, belirli bir periyodik salınıma maruz kalır. İyi tasarımlanmış bir aktif çamur süreci, belirli bir değere kadar, organik yükte oluşabilecek salınımları sönümleyebilir. 4 gün'lük bir minimum KAS değerine sahip havalandırma havuzu ve pik debi geldiğinde çökeltim için yeterli hacme sahip son çökeltim havuzundan ibaret bir aktif çamur tesisi bu salınımlara daha az duyarlıdır. Aktif çamur mikrobiyal topluluğu hidrolik yüklerden ziyade organik yüklere daha hassastır. Bununla birlikte, aşırı hidrolik yüklerin olumsuz etkisi, iyi bir çökeltme ve yüksek geri çevrim oranı ile savuşturulabilir. Hidrolik yükteki artış sistemden mikroorganizmaların yıkanmasına neden olur. F:M oranı artar ve çıkış suyu kalitesi bozulur. Hidrolik aşırı yük aşağıdakilere neden olur: (a) Artan hidrolik yükleme ile havalandırma havuzundan daha fazla katı madde çökeltme havuzuna transfer edilir. (b) Çamur geri çevrimi uygulanmıyorsa, havalandırma havuzundaki katı madde konsantrasyonu azalır. Son çökeltme havuzundan çamur çekimi yapılmazsa birikim meydana gelecektir. (c) F:M değeri artar ve KAS azalır. Sonuçta çıkış suyu kalitesi bozulur. (d) KAS'nin azalması sonucunda şişkin çamura neden olan mikroorganizmaların üremeleri teşvik edilir. (e) Şişkin çamur son çökeltme havuzunda çamurun çökelmemesine neden olur ve çıkış suyu kalitesi daha da azalır. Askıda Katı Madde Girişteki atıksu AKM konsantrasyonu, evsel atıksuları arıtacak aktif çamur sürecinin tasarımda (ön çökeltme havuzu hariç) önemli bir rol oynamaz. Yüksek AKM konsantrasyonları sözkonusu ise, gerekli önlem, KAS veya F:M oranının iyileştirilmesi ve biyolojik olarak ayrışamayan katıların etkisinin kestirimi ile alınabilir. Ham evsel atıksuda, tipik olarak, toplam AKM'nin % 35 ila 55'i oranında biyolojik olarak ayrışamayan katı madde bulunur. Ön çökeltme havuzlarının % 60 oranında katı madde giderimi sağladığı kabulü ile, ön çökeltme havuzu çıkış suyunda, biyolojik arıtıma gelen toplam AKM'nin % 10 ila 30'u oranında biyolojik olarak ayrışamayan katı madde bulunur. Sıcaklık Arıtılacak atıksuyun sıcaklığı biyolojik aktivitenin hızını yönetir ve bu nedenle gerekli KAS veya F:M değerlerinin oluşumunda önemli rol oynar. Reaktör su sıcaklığı çamur üretimini, gerekli oksijen miktarını ve reaktör hacmini etkiler. Sıcaklığın aktif çamur süreçlerinin tasarımına olan etkisi en önemli kontrol edilemeyen değişkenlerden birisidir. Çamur Hacim İndeksi (ÇHİ) - Şişkin Çamur Çamur geri çevrimin amacı, aktif çamur havalandırma havuzundaki mikroorganizma konsantrasyonunu belirli bir değerde tutmaktır. Geri çevrim oranını kontrol etmek için kullanılan yöntemlerden birisi amprik ölçüm yöntemi olan çamur hacim indeksidir. ÇHİ, çamurun çökelme özelliklerinin bir ölçüsüdür ve bu nedenle geri çevrim oranını ve MLSS konsantrasyonunu etkiler. 2,000 ila 3,000 mg/L'lik MLSS konsantrasyonlarına sahip aktif çamur süreçlerinde sık rastlanan ÇHİ değerleri 80 ila 150 mL/g arasındadır. MLSS konsantrasyonu 3,000 ila 5,000 mg/L arasında ise çökeltme havuzuna daha fazla katı yüklemesi uygulanıyor demektir ve sonuçta mikroorganizmaların sistemden yıkanarak kaçmasını engellemek için daha düşük ÇHİ veya daha büyük çökeltme havuzu hacmi uygulanmalıdır. Şişkin çamur, çökelme özellikleri kötü ve sıkışma yeteneği az olan çamur tipidir. Şişkin çamura neden olan iki etmen vardır; ipliksi bakterilerin gelişimi ve çamur yumakları içerisinde suyun hapis olması. İpliksi bakteriler nedeni ile oluşan şişkin çamura daha sık rastlanır. Bunlar organik maddeyi gidermekle beraber, çökelme özellikleri kötü olan yumak oluşumuna neden olurlar. Aktinomisetler ve bazı tip mantarlar da şişkin çamurun nedenleridir. Ham atıksuyun organik yükü fazla ise ve özellikle karbonhidratlar yüksek oranda ise, ipliksi bakteriler kısa sürede gelişir ve sonuçta şişkin çamur oluşur. Şişkin çamurun nedenleri arasında, yüksek organik yükleme hızında düşük amonyak konsantrasyonu, asitli ortamı seven mantarların üremesini hızlandıran düşük pH, ipliksi bakterilerin üremesini hızlandıran makro nutrientlerin eksikliği de sayılabilir. Azotun eksikliği, her ne kadar ipliksi olmasalar bile, yapışkan salgı üreten bakterilerin üremesini teşvik eder. Çok hücreli mantarlar, normal olarak, bakteriler ile rekabete giremezler. Bununla beraber, düşük pH, düşük azot, düşük oksijen ve yüksek karbonhidrat konsantrasyonları gibi bazı özel çevresel şartlar altında rekabete girebilirler. pH'ın 6.0'ın altına düşmesi, bakterileri mantarlara kıyasla daha fazla etkiler ve mantarlar baskın tür haline gelir. BOİ5 : N oranının 20 : 1'den daha düşük seviyelere düşmesi, bakteriler azot eksikliğine sahip protoplazma üretirken, bakterilere kıyasla daha az miktarda protein içeren mantarların normal seviyede protoplazma üretmelerine neden olur. Düşük çözünmüş oksijen içeriği şişkin çamurun diğer bir nedenidir. Çözünmüş oksijen konsantrasyonu 0.2 ila 0.3 mg/L'nin altına düştüğünde, ipliksi bakteriler daha büyük yüzey alanına sahip olduklarından, diğer normal bakterilere kıyasla daha fazla oksijen kullanırlar. Diğer taraftan, ipliksi bakteriler anaerobik şartlara daha duyarlıdırlar. Bazı F : M oranları da şişkin çamura neden olur. KAS ipliksi bakterilerin gelişimini teşvik eden 1 ila 3 gün gibi düşük mertebelere gelir. İyi bir işletim için ÇHİ'nin 60 ila 80 mL/g arasında olması gerekir. ÇHİ'nin bu değerler arasında tutulması için, çok kademeli havalandırma havuzları uygulanabilir veya geri çevrim hattı klorlanabilir. Ayrıca havalandırma havuzuna yumak oluşturucu kimyasal maddeler de atılmaktadır. Düşük ÇHİ değeri de bazı sorunlara neden olur. Düşük ÇHİ hızlı çökelen çamurun ve/veya yüksek inorganik AKM'nin ve yetersiz biyokütlenin bir göstergesidir. Sonuçta, birbirleri ile birleşen ve yumak oluşturan çamur yerine hızla ve ayrık çökelme özelliğine sahip çamur oluşur ve üst sıvı oldukça bulanıktır. Çamur Geri Çevrim Oranı ve MLSS Daha önce de değinildiği gibi, ÇHİ tasarımda anahtar faktördür. Dolaylı olarak havalandırma havuzundaki MLSS konsantrasyonunu sınırlar. Çünkü, çökeltim havuzunun dibindeki çamur konsantrasyonunu kontrol eder. Sonuçta, verilen bir ÇHİ ve çamur geri çevrim oranında, ulaşılabilecek maksimum MLSS seviyesi dar bir aralıkta sabitlenir. Aktif çamur süreçleri geniş bir çamur geri çevrim oranı aralığı için tasarımlanırlar. Bu aralık, operatöre, istediği MLSS değerini tutturması için elastikiyet sağlar. Genelde, çamur geri çevrim oranı maksimum % 100 ile sınırlandırılmalıdır. Özellikle ÇHİ 150 mL/g'dan daha büyükse ve son çökeltme havuzu yüzey alanı az ise, geri çevrim oranı % 100'ü aşmamalıdır. Tasarımda, genelde, MLSS konsantrasyonu 5,000 mg/L ile sınırlandırılır. Bu tasarım değerinin artması daha düşük alıkonma süresine ve dolayısı ile sistemden yıkanmaya neden olur. Son çökeltme havuzunun işletiminde sorunlarla karşılaşılmaması için, tasarımda ele alınan MLSS değerinin aşılmaması gerekir. Operatör bu konuda son derece dikkatli olmalıdır. Katı Alıkonma Süresi - KAS Bir kez MLSS konsantrasyonu ve KAS veya F:M oranı belirlendikten sonra, gerekli reaktör hacmi bulunabilir. Seçilen KAS istenen verimin fonksiyonudur. Yüksek KAS (veya yüksek çamur yaşı) sistem içerisinde daha fazla katının taşınmasına ve dolayısı ile daha yüksek verime neden olur. Ayrıca, oluşan çamur miktarı daha azdır. KAS ve F:M Oranı Arasındaki İlişki KAS ve F:M oranı arasındaki ilişki atıksu tipine göre değişir. Bu ilişki aşağıdaki denklem ile tanımlanmıştır: 
Burada, KAS : katı alıkonma süresi (gün), (F/M)r : uygulanan F:M'in BOİ5 giderme verimine olan oranı, a : hücre verim katsayısı (mg MLSS/mg BOİ5) ve b : iç solunum katsayısı (1/gün). a katsayısı tipik olarak 0.5 ila 0.7 mg MLSS/mg BOİ5 arasında, b katsayısı ise 0.04 ila 0.10 1/gün arasında değişir. Bu aralık arıtım yöntemine, substrat giderim verimine, KAS'ne ve atıksu özelliklerine bağlıdır. Tüm faktörler bilindiğinde, F:M'e dayalı tasarım en az KAS'ne dayalı tasarım kadar etkindir. Bununla birlikte, a ve b'nin seçimi oldukça önemlidir. Net Çamur Üretimi Aktif çamur sürecinin esası, oksijen ihtiyacı sergileyen substratın yeni bakteri hücrelerine dönüşümü ve bu hücrelerin iç solunumda tutularak gerekli enerjinin üretimidir. Net çamur verimi, y, atıksudan giderilen substrat miktarı olarak tanımlanır ve aşağıdaki gibi ifade edilir: 
Burada ; y : net çamur verimi (kg/gün), BOİ5,G : giderilen BOİ5 (kg/gün) ve MLSS : havalandırma havuzundaki MLSS kütlesi (kg). Net verim operatörün kontrolünde olmayan bir çok faktöre bağlıdır. Atıksuyun kompozisyonu, sistemdeki mikroorganizmaların karışımı, pH ve sıcaklık y üzerinde etkilidir. Bununla birlikte, operatörün önemli bir kontrol mekanizması vardır; KAS. Yüksek KAS, hücre bakım ve onarım faaliyetleri için gerekli enerji ihtiyacı nedeni ile havalandırma havuzundaki uçucu fraksiyonu azaltacaktır. Ayrıca, çamur üretimi, ön çökeltme havuzunun verimine ve inert katı maddelerin giderilme verimine bağlıdır. Ön çökeltme havuzlarının inert madde giderme verimleri % 70 mertebesindedir. Aktif çamur süreçleri sadece biyolojik olarak ayrışabilir organik maddelerin yeni mikroorganizma hücrelerine dönüştürülmesini sağlamaz, aynı zamanda, ön çökeltme havuzu çıkış suyunda bulunan inert maddeleri toplar ve konsantre eder. Sistemdeki inert madde miktarına ve KAS değerine bağlı olarak, net çamur üretim verimi 0.4 ila 0.6 mg MLSS/mg BOİ5 arasında verilmektedir. Net çamur verimi üretilen enerji miktarı ve hücre içi enerji transfer verimi tarafından belirlenir. Örneğin, nitrifikasyon bakterileri için hücre verimi düşüktür ve oksitlenen 1 mg azot için 0.05 ila 0.20 mg arasındadır. Denitrifikasyon bakterileri için bu değer, anoksik çevrede net enerji verimi düşük olduğundan giderilen 1 mg KOİ başına 0.20 mg'dır. Hidrolik Alıkonma Süresi Aktif çamur süreçleri geçmişte, BOİ5 hacimsel yükleme hızı, hidrolik alıkonma süresi ve debiye göre tasarımlanmaktaydı. Alıkonma süresi, genelde atıksu debisine göre belirlenmektedir ve geri çevrim oranı ile KAS değerini gözardı etmektedir. Alışılagelen (klasik) aktif çamur süreçlerinde alıkonma süresi genelde 4 ila 8 saattir. Uzun havalandırmalı aktif çamur süreçlerinde uygulanan alıkonma süresi ise 18 ila 36 saat arasında değişmektedir. 
Burada, t : alıkonma süresi (gün), Q : atıksu debisi (m3/gün) ve V : reaktör hacmi (m3). Günümüzdeki tasarım uygulamaları, hidrolik alıkonma süresinin saptanmasında, F : M, KAS ve MLSS değerlerinin kullanımını gerekli kılmaktadır. 
Burada, y : maksimum çamur üretim verimi (kg MLSS/kg BOİ5), BOİ5 : giderilen BOİ5 konsantrasyonu (kg BOİ5/m3), KAS : katı alıkonma süresi (gün) ve MLSS : sistemdeki MLSS konsantrasyonu (kg MLSS/m3). Oksijen Gereksinimi Oksijen, hücre sentezi ve solunum için gerekli yüksek enerjili bileşiklerin üretilmesi amacı ile substratın ayrıştırılmasında kullanılır. Yüksek KAS değerine sahip süreçlerde, hücre bakımı için gerekli enerji substrat metabolizması için gerekli olan oksijen miktarı ile aynıdır. Substrat giderimini sınırlamamak için, havalandırma havuzunda en az 0.5 ila 2.0 mg/L'lik bir minimum çözünmüş oksijen konsantrasyonu sağlanmalıdır. Geçmişte yapılan tasarım uygulamalarında, difüze havalandırma sistemlerinde 3.7 ila 15.0 m3 hava/m3 atıksu'luk bir hava debisi tercih edilmekteydi. Sonraları, 30 ila 55 m3 hava/kg BOİ5 değeri kullanıldı. ABD'nde ise, günümüzde, 60 m3 hava/kg BOİ5 değeri geçerlidir. İç solunum ve nitrifikasyonun önemli mertebelerde olduğu uzun havalandırmalı sistemlerde bu değer 125 m3 hava/kg BOİ5'e kadar çıkabilmektedir. Bu veriler bir fikir vermek amacı ile sunulmuştur. Hava, biyolojik faaliyet için gerekli olduğu kadar, askıda maddelerin çökelmesini önleyecek karışımı da yaratmalıdır. Daha sonraları, oksijen gereksiniminin hesaplanmasında aşağıdaki eşitlik kullanıldı: 
Burada, O2 : gerekli oksijen miktarı (kg O2/gün), A : substrat sentezi için katsayı (kg O2/kg BOİ5), BOİ5 : giderilen BOİ5 yükü (kg BOİ5/gün), B : iç solunum için katsayı (kg O2/kg MLSS.gün) ve MMLSS : havalandırma havuzundaki MLSS kütlesi (kg MLSS). A ve B katsayılarının saptanması amacı ile birçok çalışma yürütülmüştür. A katsayısı 0.48 ila 0.71 kg O2/kg BOİ5, B katsayısı ise 0.05 ila 0.15 kg O2/kg MLSS.gün arasında saptanmıştır. Atıksu için katsayılar bir kez belirlendikten sonra KAS değeri seçilerek gerekli oksijen miktarı Denklem 5 ile hesaplanabilir. Bu işlem için aşağıdaki esaslar geçerlidir: (a) Substrat giderimi artarken oksijen gereksinimi de artacaktır (b) KAS artarken brüt oksijen gereksinimi de artacaktır (c) Çamur verimindeki artış, verilen bir hücresel ayrışma hızı için ilave oksijen gereksinimi demektir Hidrolik alıkonma süresi azalırken ve substrat giderimi sabitken, gerekli oksijen daha yüksek bir hızda sağlanmalıdır. Bu faktör geri çevrim oranı ve giriş suyundaki salınımlara bağlıdır. Nitrifikasyon için gerekli oksijen miktarı, aşağıdaki toplam reaksiyon dikkate alınarak, oksitelenen 1 mg amonyak azotu için 4.6 mg O2 olarak verilmektedir. 
Amonyak azotunun bir miktarı yeni nitrifikasyon gerçekleştiren mikroorganizmaların sentezinde kullanıldığından, oksidasyon ve sentez için verilen oksijen gereksinimi, oksitelenen 1 mg amonyak azotu için 4.3 mg O2 olarak alınmaktadır. Bununla birlikte, tasarımda 4.6 mg O2/mg NH4+-N değeri kullanılmaktadır. Fazla Çamur Miktarı Sistemdeki çamurun zaman zaman uzaklaştırılması ve bu şekilde çamur birikiminin önlenmesi gerekir. Gerekli katı madde uzaklaştırımı yapılmıyorsa, katılar son çökeltme havuzunda birikecekler ve belirli bir miktardan sonra çıkış suyu ile kaçacaklardır. Çamur uzaklaştırımı, son çökeltme havuzunda biriken çamurun belirli bir miktarının atılması ile yapılır. Atılacak çamur miktarı aktif çamur süreç ekonomisini belirleyen en önemli değişkendir. Toplam arıtma masrafları içinde, çamur bertaraf işlemlerinin maliyeti % 20 ila 40 mertebesindedir. Aktif çamur süreçlerinin verimli bir şekilde işletilmesi için gerekli tek unsur sabit KAS değerinin sağlanmasıdır. KAS, fazla çamur miktarı bazında aşağıdaki denklem ile tanımlanmaktadır: 
Burada, V : havalandırma havuzu hacmi (m3), C1 : havalandırma havuzundaki MLSS konsantrasyonu (mg/L), Rw : fazla çamur debisi (m3/gün), C2 : son çökeltme havuzu tabanındaki çamurun AKM konsantrasyonu (mg/L), Q : giren atıksu debisi (m3/gün) ve C3 : son çökeltme havuzu çıkış suyundaki AKM konsantrasyonu (mg/L)). Eğer, KAS son çökeltme havuzundaki katıları da içeriyorsa, aşağıdaki eşitlik kullanılmalıdır: 
Burada, Vc : son çökeltme havuzu hacmi (m3) ve X : çökeltme havuzundaki (V)(C1)’in fraksiyonu ( = 0.05 - 0.15). KAS, klasik aktif çamur süreçleri için genelde 3 ila 12 gün arasında seçilir. Bu değerler dikkate alınırsa, sonuç olarak, sistemdeki AKM kütlesinin % 8 ila 30'unun her gün uzaklaştırılması gerekmektedir. Her gün üniform olarak sabit bir kütle uzaklaştırılırsa sistem dengede korunur. Çamur uzaklaştırma sistemi, günde atılan çamurun % 0 ila 200'ü kadar bir kapasiteye sahip şekilde tasarımlanmalıdır. HAVALANDIRICILAR Günümüzde üretilen havalandırıcı ekipmanlarının teknik özellikleri ve kapasiteleri hızlı bir gelişim göstermektedir. Bazıları her sistemde uygulanabildikleri halde, bazı havalandırıcılar ise belirli havuz geometrileri gerektirirler. Tablo 17'de değişik havalandırıcıların teknik özellikleri sunulmuştur. Gerek yüzeysel havalandırıcılarla gerekse de batık türbinlerle olsun, yüzeysel havalandırma, atıksu arıtımında en çok kullanılan işlemdir. Tablo 17. Bazı havalandırıcıların teknik özellikleri (Toprak, 2000)
Yüklə 1,39 Mb. Dostları ilə paylaş:
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||