Bilgilendirme Aritma Çamurlarinin Stabilizasyonu

Konu, 'Çevre ve Atık Yönetimi' kısmında Xzenon tarafından paylaşıldı.

Sayfayı Paylaş

  1. Xzenon

    Xzenon ISGfrm Çalışma Birimi TÜİSAG Çalışma Birimi



    Dosyayı aşağıdaki adresten indirebilirsiniz.
    http://xzenon34.files.wordpress.com/2012/03/10-cobcamuregitimnotu12kasim09antalya2.doc


    II. ARITMA ÇAMURLARININ STABİLİZASYONU

    1. STABİLİZASYONUN AMACI

    Atıksu arıtımı sırasında oluşan, çamur veya biyokatı olarak isimlendirilen katı maddelerin çevreye herhangi bir olumsuz etkisi olmaksızın bertaraf edilmeleri gerekir. Günümüzde sıvı hayvan gübresi gibi arıtma çamurlarının da değerli bir ürün olduğu bilinmektedir. Dolayısıyla ekonomik nedenlerle olduğu kadar ekolojik anlamda da arıtma çamurunun doğal çevrime geri döndürülmesi istenir. Ham arıtma çamuru; bakteri, virüs kurt yumurtaları gibi patojenik organizmalar içerdiği gibi, çamura kokulu özelliğini veren organik maddeler de içermektedir. Bu nedenle çamura nihai bertaraf işlemleri öncesinde biyolojik, termal veya kimyasal stabilizasyon uygulanması gerekmektedir. USA ve Avrupa Birliği yönetmelikleri, arıtma çamurlarının nihai bertarafında ve arazide kullanılmasında kirleticiler için verilen sınır değerlerin uygulanmasını öngörmektedir. Özellikle araziye serme uygulanmasında çamurun stabilizasyonunun sağlanması ve patojen içeriğinin azaltılması istenmektedir. Çamur stabilizasyonu, organik madde içeriğinin azaltılmasını (aerobik veya anaerobik çürüme) veya organik madde bozunabilirliğinin engellenmesini (kireç stabilizasyonu) sağlayan arıtma kademeleri ile elde edilir. Patojen giderimi ise yüksek sıcaklık veya pH koşullarını sağlayan arıtma kademeleri ile gerçekleştirilir (Huyard, A. et al., 2000).

    Stabilizasyon terimi yaygın olarak kullanılır ve anlaşılır bir terimdir, fakat tanımlanması oldukça güçtür. Stabilizasyon için birçok tanımlamalar olmasına rağmen kısaca, çevreye herhangi bir zarar vermeksizin, herhangi bir kötü koku yaratmaksızın bertaraf edilebilen çamur stabil çamur olarak tanımlanabilir.

    Çamur stabilitesini ölçümlemek için dikkate alınması gerekli parametreler aşağıda açıklanmaktadır. Arıtma çamurları;

    i) patojenleri gidermek,
    ii) istenmeyen kokuları gidermek,
    iii) potansiyel bozunmayı azaltmak, inhibe etmek veya durdurmak

    amacıyla stabilize edilirler. Bunları sağlayabilme başarısı, çamurun uçucu veya organik kısmı üzerinde stabilizasyon işleminin etkisi ile ilişkilidir. Stabilizasyon işlemleri sırasında bu istenmeyen koşulları gidermek;

    1) uçucu kısmın biyolojik indirgenmesi ile,
    2) uçucu maddenin kimyasal oksidasyonu ile,
    3) mikroorganizma gelişimini engellemek için çamura kimyasal madde ilavesi ile,
    4) çamuru dezenfekte etmek veya sterilize etmek için ısıl işlem uygulanması ile sağlanır.

    Stabilizasyon işlemi tasarlandığında, arıtılacak olan çamur miktarı ve stabilizasyon prosesinin diğer arıtma üniteleri ile uyumu önemlidir. Çamur stabilizasyonu için kullanılan yöntemler;

    · Kimyasal yöntemler : kireç stabilizasyonu
    · Biyolojik yöntemler : aerobik çürüme, anaerobik çürüme, kompostlama
    · Termal yöntemler : ısıl işlem



    2. KiREÇ STABiLiZASYONU

    Kireç, çamurun suyunu verme özelliklerini geliştirmek için kullanıldığı gibi çamur stabilizasyonu maksadıyla da kullanılmaktadır. Bu yöntemde çamura, pH değerini 12 veya daha yukarıya çıkaracak miktarda kireç ilave edilir. Yüksek pH mikroorganizmalar için uygun olmayan bir ortam meydana getirir. Bunun sonucu olarak da çamur ayrışmaz, koku kaybolur ve sağlık problemleri meydana gelmez.

    Sönmemiş kireç ilavesi halinde aşağıdaki reaksiyona göre çamurun suyu da alınmış olur:

    CaO + H2O → Ca(OH)2

    Arıtılmamış ham çamura kireç ilavesi, suyunu alma işlemini kolaylaştırmak için bir şartlandırma işlemi olarak yıllardır uygulanmaktadır. Buna karşılık stabilizasyon yardımcı maddesi olarak kireç kullanımı ancak son senelerde tespit edilmiş ve yararlanma yoluna gidilmiştir.

    Kireç stabilizasyonu işleminde, ham çamura pH = 12 veya daha yüksek olacak şekilde yeterli miktarda kireç ilave edilir. Yüksek pH'lar mikroorganizmaların gelişimi için uygun olmayan çevresel koşullar yaratır. Sonuç olarak, pH bu seviyede yeterince uzun süre tutulabilirse çamur bozunamaz, kötü koku yaratamaz ve sağlık yönünden zararlı olamaz. Çamurun kireçle stabilizasyonu için iki yöntem kullanılmaktadır:

    • su alma işleminden önce çamura kireç ilavesi (kireçle ön işlem)
    • su alma işleminden sonra çamura kireç ilavesi (kireçle son işlem)

    Kireç stabilizasyonu için sönmüş kireç (Ca(OH)2), veya sönmemiş kireç (CaO) kullanılabilir. Bazı durumlarda kireçle birlikte uçucu kül, çimento fırını tozları ve karpit kireci kullanılmaktadır.


    2.1.Kireçle ön işlem

    Çamura kireçle ön işlem yapılması durumunda, sulu çamurun suyunun alınması (su alma işlemi öncesinde çamurun şartlandırılması) için ihtiyaç duyulan kireç miktarından daha fazla kireç ilavesi gerekmektedir. Yüksek pH sağlamak için yüksek kireç dozları gereklidir. Buna ilaveten, yüksek oranda patojen giderme etkisi sağlamak için su alma işleminden önce yeterli temas süresi sağlanmalıdır. Tasarım için tavsiye edilen değerler yaklaşık iki saat süre ile pH'ın 12'nin üzerinde olacak şekilde korunmasıdır. Böylece, patojen giderimi sağlamak ve birkaç gün boyunca pH'ın 11'in altına düşmesini önlemek için artık alkalinite sağlamak mümkün olacaktır (kireç stabilizasyonu için minimum EPA kriteri). Çamur tipi ve katı madde konsantrasyonuna bağlı olarak gerekli kireç dozları Tablo 1'de verilmiştir.

    Genellikle katı madde konsantrasyonu artarken, sabit bir sıcaklık derecesini korumak için gerekli kireç dozları düşer. Özel durumlarda çamurun özelliğine bağlı olarak doz gereksinimlerini tanımlamak için testler yapılmalıdır.
    Kireç stabilizasyonu bakteri gelişimi için gerekli olan organik maddeyi tahrip etmediğinden, çamura dozlanacak kireç miktarı fazla tutulmalı veya pH önemli ölçüde düşmeden çamur bertaraf edilmelidir. Fazla kireç dozu başlangıç pH'ı 12 de korumak için gerekli olan dozun yaklaşık 1.5 katı olmalıdır.






    Tablo 1. Sıvı çamur stabilizasyonu için uygulanan kireç dozları

    Çamur tipi
    Katı madde içeriği, %
    Kireç dozu,
    kgCa(OH)2/kg kuru madde
    Aralık
    Tipik
    Aralık
    Tipik
    Ön çökeltim
    3-6
    4.3
    120-340
    240
    Atık aktif çamur
    1-1.5
    1.3
    420-860
    600
    Aerobik çürük çamur
    6-7
    6.5
    280-500
    380
    Septik atık
    1-4.5
    2.7
    180-1,020
    400
    * 30 dakika süre ile pH'ı 12 civarında korumak için gerekli olan Ca(OH)2 miktarı

    2.2. Kireçle son işlem

    Organik maddeyi stabilize etmek için kireç kullanımı yeni bir konu olmamakla birlikte, suyu alınmış atıksu arıtma tesisi çamurlarının kireç kullanılarak son işlemlerden geçirilmesi oldukça yeni bir uygulamadır. Bu işlemde, sönmüş veya sönmemiş kireç pedallı karıştırıcıda veya bant konveyörde karışımın pH'ını yükseltmek için suyu alınmış çamur ile karıştırılır. Su ve kirecin ekzotermik reaksiyonu karışımın sıcaklığını kurt yumurtalarının inaktif olması için yeterli sıcaklık olan 50 oC'nin üzerine yükselteceğinden, sönmemiş kireç tercih edilir. Kireçle son işlemlerin yapıldığı sisteme ait akım şeması Şekil 1’de verilmiştir. Sistem; kuru kireç besleme ünitesi, suyu alınmış çamuru taşıyan konveyör ve kireç-çamur karıştırıcısından oluşmaktadır. Küçük çamur partikülleri ile kireç arasında yeterli teması sağlamak için iyi bir karıştırma yapılması çok önemlidir.

    Kireçle yapılan ön işlemlerle karşılaştırıldığında son işlemler, önemli avantajlara sahiptir:

    1) kuru kireç kullanılabilir, dolayısıyla suyu alınmış çamura su ilave edilmesine gerek yoktur,

    2) kireçle son işlemlerden geçirilmiş çamurun suyunu almak gerekli değildir,

    3) kireçle işlem görmüş çamurun suyunu almak için kullanılan ekipmanda çökelek ve bakım problemleri azdır.






    Şekil 1. Kireçle son işlemlerin yapıldığı sisteme ait akım şeması


    3. ISIL İŞLEM

    Isıl işlem; 30 dakika gibi kısa zaman aralıklarında yüksek basınç 260 oC üzerindeki sıcaklıklarda çamurun ısıtılmasıdır. Isıl işlem hem bir stabilizasyon işlemidir, hem de şartlandırma işlemidir.

    Isıl işlem, kimyasal madde kullanılmaksızın katı maddenin suyunu verme özelliklerini geliştirerek çamurun şartlandırılmasıdır. Çamur yüksek sıcaklık ve basınca maruz kaldığında, termal aktivite çamurdaki bağlı suyu açığa çıkarır ve katı maddelerin floklaşmalarını sağlar. Buna ilave olarak proteinli maddelerin hidrolizi gerçekleşir, hücre bozunması sonucu çözünmüş organik bileşenler ve amonyak azotu açığa çıkar.

    Isıl işlem, diğer yollarla şartlandırılması ve stabilize olması güç olabilen biyolojik çamurlara yaygın olarak uygulanmaktadır. Kullanılan ekipmanın yüksek yatırım maliyeti, ısıl işlemin büyük tesislerde kullanımını sınırlayıcı bir faktördür (0.2 m3/s). Isıl işlem sonucu oluşan çamur üst suyunun BOİ'si yüksektir, arıtma tesisi giriş suyuna verilmeden önce ayrı olarak arıtılması gerekmektedir. Isıl işlem sonucu kısmen oksitlenen çamurun vakum filtrasyonu, santrifüjler, bantlı filtreler veya kurutma yataklarında suyu alınabilir.

    Isıl işlemin avantajları aşağıdaki gibi sayılabilir:

    o Suyu alınmış çamurun katı madde muhtevası oksidasyon derecesine bağlı olarak %30 - %50 arasında değişebilir.
    o Isıl işlem sonrası çamurun kimyasal olarak şartlandırılmaya ihtiyacı yoktur.
    o Isıl işlemden geçmiş olan çamur stabilize olmuştur, içeriğindeki patojenlerin çoğu tahrip olmuştur.
    o Isıl işlemden sonra çamurun uçucu katı madde kısmının ısıl değeri 28-30 kJ/g'dır.
    o Bu proses, çamur kompozisyonundaki değişimlere çok duyarlıdır. Uçucu katı maddelerin tam oksidasyonu yüksek basınçlarda ve yüksek sıcaklıklarda gerçekleştirilebilir.

    Isıl işlemin dezavantajları ise;

    o Mekanik ekipmana bağlı olarak ve korozyona karşı koruyucu materyal kullanımından dolayı ilk yatırım maliyeti çok yüksektir.
    o Yetişmiş personel ve düzenli bir bakım programı gerektirir.
    o Isıl işlem sırasında yüksek konsantrasyonlarda organik madde, amonyak azotu ve renk içeren atıksu akımları oluşur.
    o Hissedilir kokusu olan ve arıtılması gerekli gazlar oluşur.
    o Isıtıcılar, borular ve reaktördeki çökelek oluşumları nedeniyle, asitle veya yüksek basınçlı su jetleri ile yıkama yapmak gereklidir.


    4. AEROBiK ÇAMUR ÇÜRÜME

    4.1. Proses Tanımı

    Çeşitli arıtma işlemlerinden gelen organik çamurların biyolojik stabilizasyonu için kullanılan bir prosestir. Atık aktif çamur veya damlatmalı filtre çamurları ve ön çökeltim çamuru karışımları, ön çökeltimi olmayan aktif çamur tesislerinden gelen atık çamurların stabilizasyonunda kullanılabilir.

    Anaerobik çürüme ile karşılaştırıldığında aerobik çürümenin avantajları aşağıdaki gibi sıralanabilir:

    o Uçucu katı madde (VSS) indirgenmesi anaerobik çürüme ile elde edilene yakındır.
    o Substrattaki BOİ konsantrasyonları oldukça düşüktür.
    o Kolayca bertaraf edilebilecek kokusuz, humusa benzer, biyolojik olarak stabil bir son ürün elde edilir.
    o Oluşan çamurun su alma karakteristikleri çok iyidir.
    o Çamurun gübreleme değeri yüksektir.
    o İşletme problemleri azdır.
    o Yatırım maliyetleri düşüktür.

    Aerobik çürümenin en önemli dezavantajı, sisteme gerekli oksijeni sağlamak için yüksek güç gereksinimidir. Metan gibi yararlı bir son ürünün elde edilmemesi de diğer bir dezavantajdır.


    4.2. Aerobik Çürüme Mekanizması

    Aerobik çürüme aktif çamur prosesine benzer. Ortamda mevcut besi maddesi miktarı azalırken, mikroorganizmalar hücre bakım reaksiyonları için gerekli olan enerjiyi elde etmek üzere kendi protoplazmalarını yiyip bitirmeye başlarlar. Bu olay başladığında mikroorganizmalar endojen fazda bulunmaktadırlar. Aşağıda verilen eşitliklerde görüldüğü gibi hücre dokusu; aerobik ortamda su, karbondioksit ve amonyaka oksitlenir:

    C5 H7 NO2 + 5 O2 → 5 CO2 + NH3 + 2 H2O + enerji

    Gerçekte hücre dokusunun yalnızca %75 - % 80'i oksitlenir; kalan %20 -%25'lik kısmı ise inert maddeler ve biyolojik olarak indirgenemeyen organik maddelerden meydana gelmektedir. Bu oksidasyondan açığa çıkan amonyak, sonuçta nitrata oksitlenir. Sonuç reaksiyon aşağıdaki gibi verilir:

    C5 H7 NO2 + 7 O2 → 5 CO2 + NO3 + 3 H2O + H+

    Bu eşitlikte görüldüğü gibi atıksuyun alkalinitesi çözeltiyi tamponlamak üzere yetersizse, amonyak nitrata oksitlendiğinde pH düşebilir. Teorik olarak oksitlenen kg amonyak başına 7.1 kg CaCO3 alkalinitesi giderilir. Tamponlama kapasitesinin yetersiz olduğu durumlarda istenilen pH'ı korumak için kimyasal dozlama ekipmanının bulunması gereklidir.

    Aktif çamur veya damlatmalı filtre çamuru ön çökeltim çamuru ile karıştırılıp aerobik olarak çürütüldüğünde ön çökeltim çamurundaki organik maddenin direkt oksidasyonu ve hücre dokusunun endojen oksidasyonu birarada bulunmaktadır. Aerobik çürütücüler kesikli veya sürekli reaktörler olarak işletilebilir. Sürekli beslemeli dairesel kesitli aerobik çürütücü Şekil 2'de verilmiştir.




    Şekil 2. Sürekli beslemeli dairesel kesitli aerobik çürütücü (http://www.ci.schererville.in.us/wastewater/aerobic.html)


    Aerobik çürüme uygulamaları aşağıdaki gibi sayılabilir:

    • Klasik aerobik çürüme
    • Saf oksijenli aerobik çürüme
    • Termofilik aerobik çürüme

    Klasik aerobik çürüme işlemi en yaygın kullanılan sistem olduğundan, aşağıda detaylı olarak incelenecektir. Son yıllarda sadece arıtma çamurları için değil konsantre organik atıkların da stabilizasyonu ve dezenfeksiyonu amacıyla kullanılan ve aerobik çürüme işleminin özel bir uygulaması olan termofilik aerobik çürüme işleminin de esasları detaylı olarak açıklanmaktadır.

    4.3. Klasik Aerobik Çürütücülerin Tasarımı

    Klasik aerobik çürütücülerin tasarımında dikkate alınması gereken faktörler; sıcaklık, katı maddelerin indirgenmesi, tank hacmi, hidrolik bekleme zamanı, oksijen gereksinimleri, karıştırma için enerji gereksinimleri, çevre koşulları ve prosesin işletilmesidir. Aerobik çürütücüler için tasarım kriterleri Tablo 2’de verilmiştir.










    Tablo 2. Aerobik çürütücüler için tasarım kriterleri

    Parametre


    Değer
    Hidrolik bekleme zamanı, gün (20 °C)

    Atık aktif çamur
    10 -15
    Ön çökeltimsiz aktif çamur
    12- 18
    Ön çök.çamuru + aktif çamur
    veya damlatmalı filtre çamuru
    15-20
    Katı madde yüklemesi, kg VSS/m3.gün
    1.6-4.8
    Oksijen gereksinimleri, kg/kg tüketilen
    Hücre dokusu
    2.3
    Ön çökeltim çamurunudaki BOİ5
    1.6-1.9
    Karıştırma için enerji gereksinimleri
    Mekanik havalandırıcı, KW/103 m3
    20-40
    Hava ile karıştırma, m3/103 m3.dak
    20-40
    Sudaki çözünmüş oksijen, mg/L
    1-2
    Sıcaklık
    15 oC
    Uçucu katı madde (VSS) giderme, %
    40-50


    Aerobik çürütücüler açık tanklar olduğundan, çürütücü muhtevasının sıcaklığı hava koşullarına bağlıdır. Bütün biyolojik sistemlerde olduğu gibi, düşük sıcaklıklar prosesi yavaşlatır; yüksek sıcaklıklar ise hızlandırır. Sıcaklık etkileri düşünüldüğünde, çelik tanklar yerine betonarme tanklar kullanılarak ısı kayıpları azaltılabilir. Aerobik çürütücüleri zemin üzerinde inşa etmek yerine zemine gömülü yaparak veya zemin üzerinde kalan yüzeylerin izolasyonu ile ve yüzeysel havalandırma yerine difüze havalandırma sistemi kullanılmak suretiyle ısı kayıpları azaltılabilir. Soğuk iklimlerde, giriş çamurunun veya giriş havasının ısıtılması düşünülebilir.

    Çamurda uçucu katı maddeler 10-12 günlük hidrolik alıkonma zamanında %40 oranında indirgenir. Sıcaklığa bağlı olarak maksimum uçucu katı madde indirgeme oranları %45 -%70 arasındadır. Uçucu katı madde (VSS) giderme derecesi ve gerekli hidrolik alıkonma zamanı çamurunun karakteristikleri ile değişir. Tipik olarak 20°C ve üzerindeki sıcaklıklarda 10 - 12 günde VSS giderimi %35 -%45'dir. Aerobik çürütücüler için tavsiye edilen hidrolik bekleme zamanları Tablo 2'de verilmiştir.

    Aerobik çürüme boyunca gerekli oksijen gereksinimleri hücre dokusu ile karışık çamur ve ön çökeltim çamurunun BOİ5'i ile değişir. Tam oksidasyon için oksijen gereksinimi 7 mol O2 / 7 mol hücre veya yaklaşık olarak 2.3 kg O2 / kg hücre olarak hesaplanabilir. Ön çökeltim çamurundaki BOİ5'in tamamen oksidasyonu için oksijen gereksinimleri 1.7 - 1.9 kg/kg tüketilen BOİ5 olarak değişir. işletme deneyimlerine göre, çürütücüdeki çözünmüş oksijen konsantrasyonu 1-2 mg/L olarak korunur; alıkonma zamanı 10 günden büyük olarak alınır. Böylece elde edilen çamur daha iyi suyunu verir.

    Uygun bir işletme için aerobik çürütücü muhtevası çok iyi karıştırılmalıdır. Genellikle oksijen gereksinimini sağlayacak şekilde yeterli miktarda hava verilmesi gerektiğinden, yeterli karışım elde edilir. Karışım için gerekli olan güç gereksinimlerinin de, Tablo 2'de verilen değerlerle karşılaştırılarak kontrol edilmesi gereklidir.

    Aerobik çürütücülerin işletilmesinde sıcaklık ve pH önemli rol oynar. Özellikle, 20 °C nin altındaki sıcaklıklarda aerobik çürütücülerin işletilmesi sıcaklığa bağımlıdır. 20 °C nin altındaki sıcaklıklarda, 15 günlük hidrolik bekleme zamanı için sıcaklık katsayısı 1.08 - 1.10 aralığındadır. Hidrolik bekleme zamanı 60 güne yükseldiğinde sıcaklık etkisi ihmal edilebilir. Soğuk iklimlerde çamurun veya verilen havanın ısıtılması, tankların soğuktan korunması alternatifleri birarada düşünülebilir.

    Sistemin tamponlanma kapasitesine bağlı olarak, uzun hidrolik bekleme zamanlarında pH oldukça düşük değerlere (yaklaşık olarak 5.5) iner. Bu olay çözeltideki nitrat iyonlarının varlığı ile artar. Düşük pH değerlerinde ipliksi organizmalar gelişebilir. Bununla beraber bu durum sistemi inhibe etmez, pH periyodik olarak kontrol edilmeli ve çok düşük olması halinde pH düzenlemesi yapılmalıdır. Çözünmüş oksijen seviyeleri ve solunum hızları da proses verimini artırmak için kontrol edilmelidir.

    Geçmişte, aerobik çürüme işlemi, aktif çamur proseslerinde kullanılanlara benzer ısıtılmayan tanklarda yapılmıştır. Bununla beraber termofilik aerobik çürüme işleminin anlaşılması ile iyi izole edilmiş veya kısmen ısıtılan tanklar kullanılmaya başlanmıştır. Bazı durumlarda, mevcut anaerobik çürütücüler yeni düzenlemelerle aerobik çürütücüler olarak çalıştırılmaya başlanmıştır.

    Aerobik çürütücülerden çıkan çamur, çamur yoğunlaştırma üniteleri veya çamur kurutma yataklarına verilmeden önce, çürümüş katı maddelerin yoğunlaştırılması için kullanılacak dekantasyon ünitelerine gönderilir.

    Aerobik çürütücülerin tasarımı, anaerobik çürütücülerde olduğu gibi geçmişteki deneyimlere göre ve pilot tesis verilerine göre yapılır. Aerobik çürüme tanklarının üstü açıktır. izolasyon veya ısı transfer ekipmanı gerekmez. Küçük arıtma sistemleri için çürütücü aynı zamanda çamur yoğunlaştırıcı şeklinde çalışabilecek gibi tasarımlanır.


    4.4. Termofilik Aerobik Çürüme

    Kısaca ATAD olarak isimlendirilen “ototermal aerobik termofilik çürüme” işlemi, bir biyolojik stabilizasyon yöntemidir. Yüksek konsantrasyonda organik madde içeren atıklar havalandırıldıklarında metobolik oksidasyon sırasında çevreye ısı verilir. Sistemde mevcut olan termofilik bakterilerin yüksek reaksiyon hızları biyolojik olarak indirgenebilir konsantre organik atıkların giderimini kolaylaştırmaktadır. Bu sistemlerin diğer bir avantajı da yüksek işletme sıcaklıklarından dolayı çıkış suyunun ve biyokütlenin patojenik organizmalardan arınmış olmasıdır. Nemli bir ortamda 60 °C’de 1 saatte kolera, tifo, basilli dizanteri bakterileri tahrip olur. Yüksek sıcaklık, sıvı viskozitesinin azalmasına neden olur. Vizkozitenin azalması ile çamurun çökelme özellikleri iyileşir. Aynı zamanda düşük viskoziteli sıvılarda oksijen transfer hızları, oksijenin moleküler difüzivite katsayısındaki artıştan dolayı yüksektir. Bununla birlikte yüksek sıcaklıklarda oksijenin sudaki doygunluk değerleri düşüktür (25 °C’de 8.3 mg/L iken 60 °C’de 4.6 mg/L). Yüksek sıcaklıklarda oksijen transfer hızları mezofilik sıcaklıklardan daha iyidir. ATAD prosesi sonrasında elde edilen son ürün kokusuz homojen görünümlü bir atıktır. Yüksek sıcaklık nedeniyle pastörizasyona uğradığından ve organik madde bozunması sırasında oluşan değerli besi elementleri içerdiğinden bir besi kaynağı olarak ve zirai alanda kullanılması mümkündür.

    ATAD, ototermal termofilik aerobik çürüme işlemi için kullanılan bir terimdir ve Jewell tarafından bu şekilde isimlendirilmiştir (Jewell W.J., Kabrick M., 1978). Arıtma çamurunun biyolojik stabilizasyonu, içeriğindeki organik maddelerin indirgenmesi esasına dayanır. ATAD teknolojisi ile bu materyalin indirgenmesi aerobik mikroorganizmalar tarafından sağlanır. Sisteme, mevcut organik maddenin biyokimyasal oksidasyonu için yeterli miktarda hava verilir. Aerobik enerjinin metabolik değişimi ekzotermik olarak gelişir. Dolayısıyla organik maddenin biyokimyasal oksidasyonu sırasında açığa çıkan enerji ısı formundadır ve patojen giderimi için zaman-sıcaklık gereksinimini sağlamak için yeterlidir. Nihai ürünler H2O ve CO2 gibi düşük enerjili bileşiklerdir. Çürüme sırasında açığa çıkan ısı yüksek işletme sıcaklıkları (≥50 °C) ile sonuçlanır ve bu sıcaklıklarda organik maddenin indirgenmesinin yanısıra patojen organizmaların giderimi de sağlanır. Sistemde termofilik sıcaklıkların korunması için yeterli ısı oluşumu ve alıkonma süresi gereklidir. Termofilik aerobik sisteme ait akım şeması Şekil 3’de verilmiştir.



    Şekil 3. Termofilik aerobik sisteme ait akım şeması

    Biyokatıların biyolojik stabilizasyonunun performansı, içeriğindeki organik maddelerin indirgenmesine bağlıdır. Bu materyalin indirgenmesi aerobik organizmalar tarafından sağlanır. % 8’in üzerinde katı madde içeren kentsel arıtma çamurları minimum köpük oluşumu ile rahatlıkla arıtılabilir. %8’in üzerindeki katı madde içeriğine sahip olan atığın reaktörde homojen karışımı ve yeterli oksijen transferi sağlanmalıdır. Çürüme sonrası elde edilen ürün, US EPA 503 Class A “temiz” çamur kriterine uygun olarak pastörize edilmiş ve yeterli organik madde indirgenmesi sağlanmış bir üründür (USEPA, 1992).

    USEPA 503 Class A çamur için istenen koşullar:

    Organik madde indirgenmesi %38
    Fecal coliform <1000 cfu/gTS
    Salmonella <3 MPN/ 4gTS
    Enterovirus <1 MPN/ 4gTS
    Helminth eggs <1 oval/ 4gTS
    ATAD prosesisinin avantajları ve dezavantajları

    ATAD prosesinin en önemli avantaj ve dezavantajları Tablo 3’de özetlenmektedir (Kelly,H.G. et al.; 2003).







    Tablo 3. ATAD prosesinin avantaj ve dezavantajları

    AVANTAJLARI
    DEZAVANTAJLARI
    Tam stabilizasyon sağlar

    Yüksek sıcaklıklarda reaksiyon hızlarının yüksek olmasına bağlı olarak reaktör hacmi ve maliyeti düşüktür.

    Alan gereksinimi düşüktür.

    US EPA 503 Class A “temiz” çamur kriterini sağlar
    Ürün kokuludur, sistemde komple koku ve emisyon kontrolü yapmak gerekir.
    Koku kontrolü için kapalı reaktörler kullanılabilir.
    Biyokatıların besleme öncesinde % 5 DS katı maddeye kadar yoğunlaştırılması gerekir.
    Biyokatı beslemesi için bir ön arıtma gerekmez.
    Ürünün suyunun alınması gerekir, polimer gereksinimi mezofilik çürümüş çamurdan 2-3 misli fazladır.
    Açık tank gerekmez.
    Çıkış gazlarının kokusunu ve polimer gereksinimini azaltmak için ürünün soğutulması gerekir.
    Mekanik sistemleri basittir ve sistemin işletilmesi, start-up ve devreden çıkarılması çok basittir.
    Yan akımların arıtılması gerekir.
    Enerji geri kazanımı ve kullanımı sağlar.

    Enerji gereksinimleri diğer aerobik arıtma sistemlerine göre azdır (< =.7 kWh/kg DS)
    Korozyon kontrolü gerekir.
    Çürümüş çamur belt preste %25+, santrifüjde %30+ su vermeye hazırdır.

    Proses özel tesis ihtiyacına göre tasarlanabilir, paket sistemler yapılabilir.

    Gaz işleme ve depolama tankı gereksinimi yoktur.



    Proses sırasında organik maddenin indirgenmesi ve açığa çıkan enerji miktarı organik maddenin yapısına bağlıdır. Organik maddenin parçalanması ile açığa çıkan ısı reaktördeki çamurun ısıtılması için kullanılır. Dolayısıyla organik maddeleri indirgeyen herhangi bir aerobik biyolojik prosesin işletilmesi;

    • Çamurdan açığa çıkan ısı potansiyeli
    • Belli bir çamur veya çamur karışımının biyolojik indirgenebilirliği
    • Prosesin verimine bağlıdır.

    Farklı atıklar için birim organik madde indirgenmesi ile açığa çıkan ısı değerleri Tablo 4’de, farklı organik atıklarla işletilen gerçek ölçekteki ATAD proseslerinde organik madde indirgenme yüzdeleri Tablo 5’de özetlenmiştir (Spinosa, L., Vesilind, P.A., 2001).





    Tablo 4. Farklı atıklar için birim organik madde indirgenmesi ile açığa çıkan ısı değerleri
    (Spinosa, L., Vesilind, P.A., 2001).

    Organik Atık
    Açığa çıkan ısı
    (kJ/ kg giderilen organik madde)
    Kentsel katı atık organik kısmı
    29 500 – 30 900
    Kompost materyali
    15 400 – 22 000
    Arıtma çamuru
    21 000 -23 000


    Tablo 5. Farklı organik atıklarla işletilen gerçek ölçekteki ATAD proseslerinde organik madde indirgenme yüzdeleri (Spinosa, L., Vesilind, P.A., 2001).

    Çamur kaynağı
    Organik madde indirgenmesi, %
    Uzun havalandırmalı aktif çamur
    25 -35
    Ön çökeltim çamuru + atık aktif çamur
    30 -56
    Ön çökeltim çamuru + atık aktif çamur + Damlatmalı filtre çamuru
    43 -66
    Atık aktif çamur
    25 -40

    Tablo 5’de verilen değerler ön çökeltim çamurlarının atık aktif çamur gibi biyolojik çamura göre daha kolay parçalandığını ve giderilen organik madde yüzdelerini yansıtmaktadır. ATAD sisteminin tasarımı ve işletilmesi, tesise gelen çamurun özellikleri, stabilizasyon ve dezenfeksiyon için istene koşullara göre her tesis için farklıdır. İşletilmekte olan farklı ATAD tesislerinden elde edilen veriye göre tipik tasarım ve işletme parametreleri Tablo 6’de özetlenmiştir.

    Tablo 6. ATAD prosesi için tipik işletme parametreleri (Spinosa, L., Vesilind, P.A., 2001).

    Parametre
    Değer
    Giriş katı madde, %
    4 -6
    Organik madde (giriş TS % si olarak)
    60 (min)
    Hidrolik alıkonma zamanı, gün
    5 -9
    Hava gereksinimi, m3/m3/h)
    2 - 4
    Organik madde indirgenmesi, %
    25 - 65

    Genel olarak ön çökeltim çamuru, atık aktif çamur veya bunların karışımı ve sıvı haldeki hayvan gübresi aerobik termofilik çürüme ile arıtılabilir. Yüksek patojen giderimi sağlamak ve kısa devreleri en aza indirgemek için ATAD tesisleri genellikle seri bağlı en az iki reaktör olacak şekilde tasarımlanır. İlk kademede genellikle sıcaklık düşük termofilik aralıktadır (< 45°C); sıcaklığın 50°C - 60°C aralığında olduğu ikinci kademede ise maksimum dezenfeksiyon elde edilir. İki kademeli bir tesise ait akım şeması Şekil 4’de verilmiştir.



    Şekil 4. İki kademeli termofilik aerobik sisteme ait akım şeması


    5. ANAEROBiK ÇÜRÜME

    5.1. Proses Tanımı

    Anaerobik çürüme, çamur stabilizasyonu için kullanılan en eski proseslerden biridir. Moleküler oksijen yokluğunda organik ve inorganik maddelerin parçalanması işlemi olarak tanımlanabilir. Atıksu arıtımı sonucu oluşan arıtma çamurlarının biyolojik stabilizasyonunda ve bazı endüstriyel atıksuların arıtımında günümüzde yaygın olarak kullanılmaktadır. Seyreltik organik atıkların da bu yolla anaerobik olarak arıtılabilirliğini gösteren uygulamalar da bulunmaktadır.

    Anaerobik çürüme işleminde, ön çökeltim çamurları ve biyolojik çamurlardaki organik maddeler, anaerobik koşullar altında biyolojik olarak CH4 ve CO2'e dönüşür. Çürüme işlemi hava girişinin önlendiği kapalı bir reaktörde gerçekleştirilir. Sürekli olarak veya ara ürün olarak oluşan çamur, çeşitli süreler içinde reaktörde alıkonulur. Stabilize olan çamur ise reaktörden sürekli olarak veya kesikli olarak çekilir. Anaerobik çürüme bir seri organizma grubu tarafından yürütülen bir biyolojik bozunma işlemidir.

    Çamurun anaerobik olarak çürütülmesi en eski stabilizasyon yöntemlerinden biridir. Örneğin septik tanklarda evsel arıtma çamurlarının kısmi stabilizasyonu, anaerobik bozunma reaksiyonlarına göre gerçekleşir. Eski Imhoff tankları da prensip olarak kısmi çamur stabilizasyonu yöntemi olarak anaerobik bozunma işlemine dayanır.

    Yaygın olarak kullanılan anaerobik çürütücüler:

    - standart hızlı tek kademeli çürütücüler
    - yüksek hızlı tek kademeli çürütücüler
    - yüksek hızlı iki kademeli çürütücüler




    Şekil 5 . Tipik Anaerobik Çürütücüler: a) Klasik standart hızlı tek kademeli proses, b) Yüksek hızlı, tam karışımlı, tek kademeli proses, c) iki kademeli proses


    Tipik anaerobik çürütücüler Şekil 5'de şematik olarak gösterilmiştir (Metcalf & Eddy, 1991). Standart hızlı çürütücülerde, çürütücü muhtevası ısıtılmaz ve karıştırılmaz. Çürüme işlemi, çamur yoğunlaşma ve çürütücü sıvısının ayrılması işlemleri hepsi birarada gerçekleşir. Reaktör içinde alıkonma zamanı 30-60 gün arasında değişir. Klasik çürütücüler yüzen veya sabit kapaklı geniş tanklardır. Çamur tankın ortasına pompalanır, stabilize çamur tankın tabanından alınır. Çamur karıştırılmadığından köpük, sıvı kısım, aktif ve stabilize haldeki katı maddeler tabakalar halinde ayrılır; gaz üst kısımdan toplanır. Bu tür çürütücülerde çamur stabilize olmasına rağmen, gerekli bekleme zamanı çok uzundur, bu nedenle proses verimi düşüktür. Bu nedenlerden dolayı standart hızlı çürütücüler prensip olarak küçük tesislerde uygulanır.

    Standart hızlı tek kademeli çürütücülerde, taze çamurun en az günde bir kez tanka beslenmesi gerekmektedir. Eğer çamur az miktarlarda ve daha sık aralıklarla verilirse, tankta üniform gaz oluşumu gözlenir. Çürümüş çamur ise haftada bir veya daha sık aralıklarla çekilmelidir. Çürük çamur üst sıvısı, katı madde içeriği en düşük seviyelerde olduğu zamanlarda deşarj edilmelidir.

    Yüksek hızlı çürütücülerde ise, çürütücü muhtevası ısıtılır ve sürekli olarak karıştırılır. Modern çürütücüler veya yüksek hızlı çürütücüler sıkıştırılmış çürütücü gazının tank içinde sirkülasyonu ile veya mekanik olarak karıştırılır. Karıştırma işlemi geniş bir aktif bozunma bölgesi oluşturur ve stabilizasyon reaksiyonları önemli ölçüde hızlanır. Gaz sirkülasyonu ile karıştırma işleminin gerçekleştirildiği yüksek hızlı tek kademeli çürütücünün kesiti Şekil 6’da şematik olarak gösterilmiştir. Reaktörde gerekli alıkonma zamanı 15 gün veya daha kısadır. Bu iki temel prosesin kombinasyonu, iki kademeli proses olarak bilinir.

    Yüksek hızlı iki kademeli sistemde ikinci kademenin temel fonksiyonu, çürümüş katı maddelerin ve gazın çürütücü sıvısından ayrılmasıdır. İkinci tank depolama, çürük çamurun yoğunlaşması ve daha temiz bir çürütücü üst sıvısı oluşumu sağlamak üzere kullanılır. ikinci kademede katı madde ve gaz ayrımının yanısıra, ilave bozunma ve gaz üretimi de meydana gelebilir. İkinci tank üstü açık, ısıtmasız bir tank veya bir çamur lagünü olabilir. Tanklar sabit kapaklı veya yüzer kapaklı olarak yapılırlar. Anaerobik çürütücülerin bulunduğu arıtma tesislerine ait örnekler Şekil 7 ve Şekil 8’de; iki kademeli anaerobic çürüme işleminin bulunduğu bir kentsel atıksu arıtma tesisi akım şeması ise Şekil 9’da verilmiştir.







    Şekil 6. Yüksek hızlı tek kademeli anaerobic çürütücü







    Şekil 7. Çok sayıda anaerobik çürütücülerin bulunduğu bir arıtma tesisi






    Şekil 8. Anaerobik çürütücü ve gaz depolama tanklarının yeraldığı bir arıtma tesisi






    Şekil 9 . İki kademeli anaerobic çürüme işleminin bulunduğu bir kentsel atıksu arıtma tesisi akım şeması



    5.2. Anaerobik Çürüme Sistemlerinin Tasarımı

    Anaerobik çürüme tanklarının tasarımı yapılırken;

    1. Taze arıtma çamuru veya atıksudaki organik maddeleri mümkün olduğu kadar çok metan içeren gaz ve hücre yapısına dönüştürebilecek,
    2. Çürümüş çamurdaki katı maddeler sedimentasyon ile yüzücü maddelerden kolayca ayrılabilecek,
    3. Çürüme tankı organik madde içeriği çok yüksek olan taze çamur ile beslendiğinde tank muhtevasının asit durumunu değiştirmeyecek,
    4. Yüzücü maddelerle gelen ilave biyolojik yükleri çürüme işlemi ile mümkün olduğu kadar çok indirgeyebilecek nitelikte uygun bir hacim belirlenmelidir.

    Anaerobik çürütücülerin hacimlerinin belirlenmesinde kullanılan çeşitli yöntemler vardır. Bu yöntemler şu faktörlere bağlıdır:

    1. Ortalama çamur yaşı
    2. Hacimsel yük faktörlerinin kullanılması
    3. Hacim azalmasının gözlenmesi
    4. Nüfusa dayalı yük faktörleri

    Ortalama Çamur Yaşı :

    Anaerobik çürümenin son ürünleri metan gazı ve karbondioksittir. Metan gazı miktarı :

    VCH4 = (0.35 m3/kg) {[E.Q.So (10 3 g/kg)-1]-1.42 P x}

    bağıntısından hesaplanabilir. Burada :

    VCH4 : üretilen CH4 gazı hacmi, m3/gün
    0.35 : 1 kg nihai BOİ dönüşümünde oluşan metan gazı miktarı hesabı için teorik dönüşüm faktörü
    E : atık giderme verimi (normal işletme koşullarında 0.6 ile 0.9 arasında değişir)
    Q : atık debisi, m3/gün
    So : giriş atığının nihai BOİ'si, g/m 3
    1.42 : nihai BOİ'nin hücre dokusuna dönüşüm faktörü
    Px : oluşan hücre dokusu net kütlesi, kg/gün

    Karışık çamurlar (ön çökeltim ve son çökeltim çamuru karışımı) için anaerobik çürümede elde edilen uçucu katı madde indirgemesi % 45 ile % 60 arasında değişir. Sürekli akımlı, geri devirsiz, tam karışımlı yüksek hızlı bir çürütücüde günlük olarak sentezlenen hücre dokusunun net kütlesi, Px :

    Px = [Y.Q. (ESo) (103 g/kg)-1] / [1 + k d Θc]

    bağıntısı ile hesaplanır. Burada;

    Y : verim katsayısı, mg/mg veya g/g
    kd : ölme - yok olma katsayısı, gün-1
    Θc : ortalama çamur yaşı, gün (sürekli akımlı tam karışımlı reaktörde Θc, hidrolik bekleme zamanı Θ ile aynıdır)
    Çeşitli atıkların anaerobik çürümesi için Y ve kd kinetik katsayıları için elde edilen değerlerin tipik aralıkları Tablo 7'de verilmektedir. Sürekli akımlı tam karışımlı çürütücülerde çeşitli sıcaklıklarda tavsiye edilen ortalama çamur yaşı, Θc değerleri ise Tablo 8'de verilmiştir.

    Tablo 7. Çeşitli Atıkların Anaerobik Çürümesi için Kinetik Katsayıların TipikAralıkları

    Atık Türü

    Kinetik
    Katsayı

    Birim

    Değer (20oC için)

    Aralık

    Tipik

    Evsel nitelikli
    arıtma çamuru

    Y

    mg VSS/mg BOİ5

    0.04-0.100

    0.060

    K d

    gün-1

    0.02-0.040

    0.030


    Yağ asiti

    Y

    mg VSS/mg BOİ5

    0.04-0.070

    0.050

    K d

    gün-1

    0.03-0.050

    0.040

    Karbonhidrat

    Y

    mg VSS/mg BOİ5

    0.02-0.040

    0.024

    K d

    gün-1

    0.025-0.035

    0.03


    Protein

    Y

    mg VSS/mg BOİ5

    0.050-0.090

    0.075

    K d

    gün-1

    0.010-0.020

    0.014
    Tablo 8. Çeşitli Atıklar için Ortalama Çamur Yaşı Değerleri

    Sıcaklık °C
    Çamur Yaşı (Θc,gün)
    Ortalama
    Tasarım için tavsiye edilen
    18
    11
    28
    24
    8
    20
    30
    6
    14
    35
    4
    10
    40
    4
    10













    Yük Faktörleri

    Çürütücü hacminin belirlenmesinde en çok kullanılan yöntemlerden birisi yük faktörleri esasına dayanarak gerekli hacmin kararlaştırılmasıdır. Çürütücü için gerekli hacmin belirlenmesinde çeşitli faktörler göz önüne alındığında şu esaslar amaçlanmaktadır:

    • Çürütücü birim hacmine (m3 reaktör hacmi olarak) günde ilave edilen organik katı madde miktarı, kg VSS/gün.m3 reaktör hacmi

    • Çürütücü içindeki organik katı maddelerin birim kg'ına günde ilave edilen kg organik madde miktarı

    Bu yük faktörleri kullanıldığında kontrol edilmesi gereken diğer bir faktör hidrolik bekleme zamanıdır. Çünkü bu faktör mikroorganizma çoğalması, ölü mikroorganizmaların sistemden atılması ve kullanılan çürütücü tipi ile yakından ilgilidir.

    Genel olarak bilinen standart hızlı tek kademeli basit çürütücü tanklar üç tabakalıdır: üstte yüzücü maddeler, ortada aktif çürüme tabakası ve altta yoğunlaşmış çamur tabakası bulunur.
    Çürük çamur ve yüzücü maddelerin depolanma gereksinimlerinden dolayı, günlük çamur yüklemeleri için sağlanan kapasite aşılır. Standart hızlı çürütücülerde bu nedenle hacimsel yüklemeler düşüktür. Bu tip tanklarda m3 arıtılmamış çamur beslemesine göre belirlenen bekleme zamanları 30-90 gün arasında değişir. Standart hızlı çürütücülerde tavsiye edilen katı madde yükleri 0.50 ~ 1.6 kg uçucu katı madde/m3.gün arasında değişir.

    Yüksek hızlı çürütücülerde yükleme hızları 1.6 ~ 4.8 kg uçucu katı madde/m3.gün aralığındadır. Bu tip tanklarda bekleme zamanı 10 ~ 20 gün aralığındadır. 4.0 kg uçucu katı madde/m3.gün değerinden büyük olan yüklemelerde karıştırma işleminde problemler ortaya çıkabilir. Çamur konsantrasyonu ve hidrolik alıkonma zamanının uçucu katı madde yükleme hızları üzerindeki etkisi Tablo 9'da özetlenmektedir.

    Hacim indirgeme :

    Çürüme işlemi sürerken yüzücü katı maddeler sistemden alınıp, tesiste geri devredilirse, reaktörde kalan çamurun hacmi eksponansiyel olarak azalır. Kalan çamur hacmi zamana göre bir eğri oluşturacak şekilde noktalanırsa, çürütücü için hacim gereksinimi eğrinin altında kalan alandan hesaplanabilir. Çürütücü için gerekli hacim, aşağıdaki eşitlik kullanılarak hesaplanır:


    V = [Vf - 2/3 (Vf - Vd)] t

    V : çürütücü hacmi, m3
    Vf : günde ilave edilen taze çamur hacmi, m 3/gün
    Vd : günde çekilen çürük çamur hacmi, m 3/gün
    t : çürüme zamanı, gün


    Tablo 9. Çamur konsantrasyonu ve hidrolik alıkonma zamanının uçucu katı madde yükleme hızları üzerindeki etkisi(*)

    Çamur Konsantrasyonu
    %
    Uçucu Katı Madde Yükleme Faktörü
    kg/m3.gün
    10 gün
    12 gün
    15 gün
    20 gün
    4
    3.04
    2.56
    2.08
    1.60
    5
    3.84
    3.20
    2.56
    1.92
    6
    4.49
    3.84
    3.04
    2.24
    7
    5.29
    4.49
    3.52
    2.72
    8
    6.09
    5.13
    4.00
    3.04
    9
    6.89
    5.77
    4.65
    3.36
    10
    7.69
    6.41
    5.13
    3.84
    (*) Çamurun özgül ağırlığı 1.02 ve katı maddelerin %75'inin uçucu olduğu esas alınmıştır.


    Nüfus Esasına Göre :

    Çürüme tankları, kişi başına belirli bir hacim belirlemesi ile de hesaplanabilir. Alıkonma zamanı yüksek hızlı çürütücüler için 10 ile 20 gün, standart hızlı çürütücüler için 30 ile 60 gün aralığındadır. Çürük çamur, kurutulmak üzere çamur kurutma yataklarına alınacaksa ve iklimsel koşullara göre haftalık çamur çekimi olacaksa, toplam tank hacmi hesaplanırken ilave depolama hacminin dikkate alınması tavsiye edilir.

    Mezofilik sıcaklık aralığında işletilen düşük hızlı ve yüksek hızlı anaerobik çürütücüler için tasarım kriterleri ise Tablo 10'da özetlenmektedir.




    Tablo 10. Düşük hızlı ve yüksek hızlı anaerobik çürütücüler için tasarım kriterleri

    Parametre
    Düşük hızlı
    Yüksek hızlı
    Katı madde bekleme zamanı, gün
    30-60
    15-20
    Katı madde yükü, kg VSS/m3/gün
    0.64-1.6
    1.6-3.2
    Hacim kriteri, m3/kişi
    Ön çökeltim çamuru
    0.06-0.09
    0.04-0.06
    Ön çök. + Dam.filtre çamuru
    0.11-0.14
    0.07-0.09
    Ön çök.ç+ Atık Aktif çamur
    0.11-0.17
    0.07-0.11
    Besleme konsantrasyonu, %KM
    2-4
    4-6
    Çıkış konsantrasyonu, %KM
    4-6
    4-6


    5.3. Tank Tasarımı

    Anaerobik çürüme tankları silindirik, dikdörtgen kesitli veya yumurta kesitli olarak tasarımlanırlar. En yaygın kullanılan tipler silindirik tanklardır. Tank muhtevasının üniform olarak karıştırılmasındaki zorluklardan dolayı dikdörtgen kesitli tanklar nadiren kullanılırlar. Yumurta kesitli tanklar Avrupa ülkelerinde yaygın olarak kullanılmaktadır, son yıllarda Amerika'da da uygulanmaya başlanmıştır.

    Silindirik çamur çürüme tankları, boyları nadiren 6.0 m'den kısa veya 38.0 m'den daha büyük çaptadır. Silindirik yan duvarlarda su derinliği 7.5 m'den az olmamalıdır, en az 14.0 m veya daha derin olabilir. Tank tabanı genellikle koniktir ve çamuru merkeze yönlendirecek eğim verilir; minimum eğim 1 düşey 4 yatay olmalıdır. Tabanda birikmeyi önlemek ve çürütücü temizleme ihtiyacını azaltmak için alternatif taban tasarımları da geliştirilmiştir. Çamur çekiminin merkezden ve silindirik yan duvarların dibinden çekimini sağlayabilecek şekilde tabanda uygun eğimler verilmelidir.

    Yumurta kesitin amacı çürütücünün temizleme ihtiyaçlarının azaltılmasıdır. Çürütücü yan duvarlarının konik formundan dolayı tabanda çamur birikimi önlenmektedir.Yumurta kesitli tank tasarımın diğer avantajları ise, iyi karışım sağlamak, köpük tabakasının kontrolünün kolaylığı ve alan gereksiniminin az olmasıdır. Yumurta kesitli çürütücüler çelik konstrüksiyon veya betonarme olarak inşa edilirler.

    5.4. Gaz Oluşumu, Toplanması ve Kullanımı

    Anaerobik çürütücülerde oluşan gaz, hacimsel olarak % 65-70 CH4, % 25-30 CO2 ve küçük miktarlarda N2, H2, H2S, su buharı ve diğer gazlardan meydana gelmektedir. Çürütücü gazının özgül ağırlığı havaya göre yaklaşık olarak 0.86'dır. Toplam gaz oluşumu genellikle uçucu katı madde giderme yüzdesinden tahmin edilir. Tipik değerler 0.75 ile 1.12 m3 gaz/kg giderilen uçucu katı madde olarak verilmektedir.

    Gaz oluşumu, çamurun uçucu katı madde içeriğine ve çürütücüdeki biyolojik aktiviteye bağlı olarak geniş bir aralıkta salınır. Özellikle çürütücülerin işletmeye alınma safhasında aşırı gaz oluşumu meydana gelir, köpüklenmeye sebep olabilir ve çürütücünün yüzer kapaklarının kenarlarından köpük ve gaz kaçakları olabilir. Kararlı işletme koşullarına geçildiğinde bu durum ortadan kalkar, sonuçta iyi çürütülmüş çamur elde edilebilir.

    Gaz oluşumu aynı zamanda nüfus esasına göre de tahmin edilebilir. Evsel nitelikli atıksuyun arıtıldığı ön arıtma tesislerinde 15-22 m3/103 kişi arasında gaz oluşumu meydana gelir. ikincil arıtma tesislerinde gaz oluşumu 28 m3/103 kişi değerine kadar yükselebilir.

    Çürütücü gazı, çürütücünün tavanı altında toplanır. Bu amaçla yüzer ve sabit tavanlar kullanılmaktadır. Yüzer tavanlar çürütücünün hemen üst kısmında yer alırlar; çürütücünün içine hava girişini engelleyecek ve çürütücünün hacim değişimlerini karşılayabilecek kapasitede düzenlenirler .

    Çürütücü gazı ile havanın karışmasına izin verilmemelidir, aksi takdirde patlayıcı bir karışım oluşur. Yüzer kapaklar aynı zamanda küçük miktarlarda gazı basınç altında depolayabilecek bir rezervuar görevi görürler. Yüzer kapaklar tek kademeli çürütücülerde veya iki kademeli çürütücülerin ikinci kademesinde kullanılabilirler.

    Sabit kapaklar, sıvı yüzeyi ile çürütücünün tavanı arasında belli bir hacmin korunmasını sağlar. Gaz, düşük basınç altında çürütücü dışında bulunan yüzer kapaklı gaz depolarında veya gaz kompresörleri kullanılıyor ise yüksek basınç altında basınçlı tanklarda depolanabilir. Gaz bacada yakılarak kullanılmamalı; gaz oluşumunu ve kullanılan gaz miktarı veya atılan gaz miktarını ölçmek için gazmetreler kullanılmalıdır. Gaz depolama tanklarının kullanıldığı bir tesis Şekil 10’da verilmiştir.




    Şekil 10. Gaz depolama tankları

    Metan gazının standart sıcaklık ve basınç altında net ısıl değeri 35.800 kJ/m3'dür. Çürütücü gazı yaklaşık olarak %65 oranında metan içerdiğinden, çürütücü gazın ısıl değeri bu değerden daha düşüktür (yaklaşık olarak 22.400 kj/m3). Metan, propan ve bütandan oluşan doğal gaz ile karşılaştırıldığında ısıl değeri düşüktür. Büyük tesislerde, çürütücü gazı kazanlar ve içten yanmalı motorlar için yakıt olarak kullanılabilir. Atıksu pompajında, blowerların işletilmesi ve elektrik üretiminde de kullanılmaktadır. Çürütücü gazı hidrojen sülfür, partikül maddeler ve su buharı içerdiğinden içten yanmalı motorlarda kullanımından önce yaş veya kuru yöntemlerle temizlenmelidir.

    5.5. Anaerobik Çürütücülerin Karıştırılması

    Anaerobik çürütücülerin karıştırılması, optimum işletme verimi elde etmek için en önemli hususlardan biridir. Çürütücülerin karıştırılması için çeşitli sistemler kullanılmaktadır. En yaygın kullanılan karıştırma sistemleri: 1) gaz enjeksiyonu, 2) mekanik karıştırma, 3) pompalama ile sirkülasyondur. Bazı arıtma tesislerinde gaz karıştırma ve pompalama ile sirkülasyon işlemleri birarada kullanılır.

    Gaz enjeksiyonu sistemleri, sınırlandırılmış ve sınırlandırılmamış sistemler olarak ikiye ayrılmaktadır. Sınırlandırılmamış gaz sistemleri, gazı çürütücünün üst kısmında toplayacak şekilde tasarımlanırlar; gaz sıkıştırılır ve sonradan taban difüzörlerine veya üst tarafa radyal olarak yerleştirilmiş ağızlara gönderilir. Bu sistemlerde açığa çıkan ve yüzeye doğru yükselen gaz kabarcıkları yardımıyla çürütücü muhtevası karıştırılır. Bu sistemler; sabit, yüzer veya gaz depolamalı tavanları olan çürütücüler için uygundur. Sınırlandırılmış gaz sistemlerinde, gaz çürütücünün üst kısmında toplanır, sıkıştırılır ve tüpler içine gönderilir. Sınırlandırılmış sistem, gaz yükseltme ve gaz piston tipleri olmak üzere ikiye ayrılmaktadır. Gaz yükseltici sistem, batık olarak yerleştirilmiş gaz borularından oluşur. Sıkıştırılmış gaz borulardan çıkar, gaz kabarcıkları yükselir. Gaz piston sistemde, gaz kabarcıkları bir silindirik tüp veya pistonun tabanından açığa çıkar. Gaz kabarcıkları yükselirken bir piston etki yaratarak, çamuru yüzeye doğru iter. Bu sistemler de sabit, yüzer veya gaz depolamalı tavanları olan çürütücüler için uygundur.

    Mekanik karıştırmalı sistemlerde genellikle düşük hızlı türbinler veya karıştırıcılar kullanılmaktadır. Her iki sistemde de dönen impeller vasıtasıyla çamur yer değiştirir, çürütücü muhtevası karışır. Düşük hızlı türbin sistemler, genellikle çürütücü tavanına monte edilmiş bir motor ve çürütücünün farklı derinliklerine yerleştirilmiş iki adet türbin impellerden oluşmaktadır. Düşük hızlı karıştırıcı sistem ise genellikle çürütücü tavanına monte edilmiş bir adet karıştırıcıdan ibarettir. Mekanik karıştırmalı sistemler sabit veya yüzer kapaklı çürütücülerde kullanılmaktadır. Pompalama ile sirkülasyon sistemleri, çürütücü tankın iç kısmına veya dışına monte edilen tüpler veya aksiyal akışlı ve santrifüj pompalarla borulama sisteminden oluşmaktadır. Karıştırma işlemi çamur sirkülasyonu ile sağlanmaktadır. Mekanik pompalama sistemleri sabit kapaklı çürütücüler için uygundur.

    5.6. Anaerobik Çürütücülerin Isıtılması

    Anaerobik çürütücülerin; a) gelen çamur sıcaklığını çürütücü sıcaklığına ulaştırmak, b) çürütücü duvarları, tavan ve tabanından alacak ısı kayıplarını önlemek, c) tank ve ısı kaynağı arasındaki borulama sistemindeki ısı kayıplarını önlemek için ısıya gereksinimi vardır.

    Çürütücü tankın duvarları izolasyon görevi yapacak şekilde toprak ile çevrilmelidir, veya yaklaşık 300 mm kalınlıkta beton dökülerek izolasyon yapılabilir. Toprak seviyesi altında bulunan betonarme duvarlar ve tabandan olan ısı kayıpları yeraltısuyunun seviyesine bağlıdır. Yeraltısuyu seviyesi bilinmiyorsa, tank kenarlarının kuru toprak, tabanın ise doygun toprak ile çevrili olduğu kabulü yapılabilir. Çürütücü çatısından olacak ısı kayıpları; malzeme tipine, izolasyonun olup olmamasına ve izolasyon malzemesi kalınlığına, çatı örtüsünün alt kısmının çamur sıvısı veya gaz ile temasta olup olmadığına bağlıdır.

    Dış ısıtıcılar kullanılacaksa, tüpler etrafında su hızla sirküle edilirken tüpler içine yüksek hızda çamur pompalanır. Bu durum ısı transfer yüzeylerinde yüksek türbülansa neden olur ve ısı transfer katsayılarının artmasına ve daha iyi ısı transferi ile sonuçlanır.

    Çamur çürütme tankları, iç ısıtma sistemleri kullanılmak suretiyle de ısıtılırlar. Sıcak su ceketleri ile donatılmış karıştırma tüpleri ve çürütücünün iç yüzeyine monte edilmiş borular bu iş için kullanılan diğer düzenlemelerdir. Bu tür sistemlerin işletme ve bakım problemlerinden dolayı iç ısıtma sistemi yaygın olarak kullanılmamaktadır.


    Kaynaklar

    1. Filibeli, A. (1996) : “Arıtma Çamurlarının İşlenmesi”, Dokuz Eylül Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi Yayınları, No:255, İzmir
    2. Spinosa, L., Vesilind, P.A. (2001); “ Sludge into Biosolids-Processing, Disposal and Utilization”, IWA Publishing, UK.
    3. Vesilind,P.A. (1979):" Treatment and Disposal of Wastewater Sludges"; Ann Arbor Sciences, Michigan, USA.
    4. Metcalf&Eddy (1991) : "Wastewater Engineering:Treatment, Disposal, Reuse".
    5. Hing, C.L.; Zenz, D.R.; Kuchenrither, R. (1992) “Municipal Sewage Sludge Management Processing, Utilization and Disposal”. Technomic Publishing Company, Inc.
    6. U.S. EPA. 1974. “An Alternative Septage Treatment Method: Lime Stabilization/Sand-Bed Dewatering” EPA-600/2-75-036, September.
    7. U.S. EPA. 1994. “Guide To Septage Treatment and Disposal” EPA/625/R-94/002, September.
    8. Kelly, H.G., Donal S. M., (2003); “Autothermal Thermophilic Aerobic Digestion Research Application and Operational Experience”, WEFTEC 2003 Workshop W104, Thermophilic Digestion, Los Angeles, CA., October 11, 2003.
    9. Jewell W.J., Kabrick M., (1978); “Autoheated Aerobic Thermophilic Digestion with Air Aeration”, 51 st Annual Water Pollution Control federation Conference, Anaheim, California.
    10. Messenger J.R., et al., (1993); “Evaluation of the Dual Digestion Systems: Parts 1, 2, 3 and 4”, Water SA, No.3, pp. 185 – 216.
    11. Kelly G.H., (1996); “Autothermal Thermophilic Aerobic Digestion-Heat Budgets”, Proceeding WEF, The Annual Specialty Conference on Biosolids, Denver, CO, pp.8-17, 8-24.
    12. USEPA (1992); “Control of Pathogens and Vector Attraction in Sewage Sludge”. EPA/625/R-92/013.
    13. Huyard, A., Ferran B., Audick, J.M. (2000); “The Two Phase Anaerobic Digestion Process: Sludge Stabilisation and Pathogen Reduction”; Water Science and Technology, Vol.42, No.9, pp.41-47.
    14. Schafer, P., (1994), “Pre-pastaurization, Europe and North American Assesment Experience” Procedings 8 th. Annual Residuals and Biosolids Management Conference, WF Specialty Conference, Washington DC.
    15. Abu-Orf, M.M., Griffin,P., Dentel, S.K. (2001); “Chemical and Physical Pretreatment of ATAD Biosolids for Dewatering”; Water Science and Technology, Vol.44, No.10, pp.309-314.
    16. Kelly G.H., (1999); “Compairing North American Biosolids Treatmant of Thermophilic Aerobic Digestion, Thermal-Chemical and Heat Drying Technologies”, Proceeding of the 4 th. European Biosolids and Organic Residuals Conference, Wakefield, UK.
    17. http://www.dintrade.fi/ekosep/
    18. http://aquatecmaxcon.com.au/sewagetreatment/mst.asp?stage=thickening
    19. http://www.alfalaval.com/digitalassets/2/file9902_0_PD88606.pdf
    20. http://www.vexamus.com/product13.htm
    21. http://www.ci.schererville.in.us/wastewater/aerobic.htm
    22. http://www.huber.de
    23. http://www.delhijalboard.com
    24. http://www.ist-anlagenbau.de/



    III.ARITMA ÇAMURLARININ YOĞUNLAŞTIRILMASI VE SUSUZLAŞTIRILMASI İŞLEMLERİ

    1. ARITMA ÇAMURLARININ YOĞUNLAŞTIRILMASI

    Atıksu arıtma tesislerinde yoğunlaştırıcılar, çamur katı madde konsantrasyonunu artırmak için kullanılırlar. Yoğunlaştırma çok ekonomik bir işlemdir, çünkü; çamur katı madde konsantrasyonundaki artış önemli derecede hacim azalmasına neden olur. %1 KM içeren çamur %100 hacim işgal ederken; %2 KM'ye kadar yoğunlaştırılırsa hacmi %50 azalır. Aynı çamur % 5 KM'ye kadar yoğunlaştırıldığında ise, başlangıçtaki hacminin sadece % 20'sine sahip olacaktır. Böyle bir hacim azalması arıtma tesisi maliyetini önemli derecede azaltacaktır. Örneğin anaerobik çürütücüler, katı madde bekleme zamanına göre tasarımlanırlar. Çürüme işlemi öncesinde çamur yoğunlaştırıcı kullanımı tesis için gerekli olan çürütücü hacminin azalmasını sağlayacaktır. Atıksu arıtma tesislerinde yoğunlaştırıcıların yeri önemlidir. Eğer çamur stabilizasyonu için anaerobik veya aerobik çürüme işlemi gibi biyolojik stabilizasyon yapılması düşünülüyorsa, ön çökeltim çamuru ve atık aktif çamurun önceden yoğunlaştırılması gerekir. Diğer yandan, ön ve son çökeltim çamurlarının suyu alınacaksa; bu çamurlar ayrı olarak yoğunlaştırılmalı ve su alma işleminden hemen önce karıştırılmalıdır.

    Yoğunlaştırma ve çamur suyunu alma arasında bir ayırım yapmak gereklidir. Her iki işlem de katı madde konsantrasyonunda artış ve hacim azalması ile sonuçlanmasına rağmen, ulaşılan katı madde konsantrasyonları farklıdır. Yoğunlaştırma işleminde ulaşılan katı madde konsantrasyonu % 15'den azdır. Bu tür çamurlar hala pompalanabilir niteliktedir, birçok yönden akışkan özelliklerine sahiptir. Suyunu alma işleminde ise, ulaşılan katı madde konsantrasyonları % 15'den büyüktür ve çamur katı madde gibi davranır. Uygulamada graviteli yoğunlaştırıcı, flotasyon yoğunlaştırıcı ve santrifüj yoğunlaştırıcılar gibi klasik tipteki yoğunlaştırıcıların yanısıra; farklı üretici firmalar tarafından patent altında olan ve esas olarak filtrasyon prensibine göre çalışan mekanik yoğunlaştırıcılar yaygın olarak kullanılmaktadır. Aşağıda klasik tipteki yoğunlaştırıcıların temel çalışma prensipleri detaylı olarak verilerek; mekanik yoğunlaştırıcılar için örneklemeler yapılmaktadır.

    1.1. GRAVİTELİ YOĞUNLAŞTIRMA

    1.1.1.Graviteli Yoğunlaştırıcıların Çalışma Prensibi

    Graviteli yoğunlaştırıcının çalışma prensibi dairesel çökeltim havuzlarına benzer. Orta bölmeden giren katı maddeler yoğunlaştırıcı içinde radyal olarak dağılır ve çamur katı maddeleri tank tabanından alınır. Yoğunlaştırıcı üst suyu, yani katı maddelerden ayrılan su, savaklar yardımıyla tank yüzeyinden toplanır. Graviteli yoğunlaştırıcıda üç farklı bölge vardır:

    1. Yoğunlaştırıcı üst suyunun toplandığı temiz bölge: Katı maddelerinden ayrılan su savaklar yardımıyla alınır. Bu su içindeki katı madde konsantrasyonu çok düşüktür.

    2. Besleme bölgesi: Üniform katı madde konsantrasyonuna sahiptir.

    3. Sıkışma bölgesi: Çamur çıkışının olduğu bu bölgede, katı madde konsantrasyonu yüksektir. Besleme bölgesinin hemen üstü çamur tabakası olarak tanımlanır. Bu çamur tabakasının yüksekliği arıtma tesisi operatörü için işletmede ana kontrol parametresidir. Çamur çekimi arttıkça bu seviye azalacaktır ve bunun sonucunda düşük katı madde bekleme zamanlarında çalışılmış olacaktır ve çekilen çamurdaki katı madde konsantrasyonu düşük olacaktır.

    Çamur tabakasının yüksek oluşu ise; yüksek katı madde bekleme zamanı demektir. Yüksek çamur tabakası korunmasındaki en önemli tehlike, uzun katı madde bekleme zamanı nedeniyle anaerobik aktiviteye bağlı olarak gaz oluşumunun meydana gelmesidir. Gaz oluşumu katı maddelerin yüzmesine, dolayısıyla çıkış suyunda katı madde kaçaklarına neden olacaktır. Biyolojik aktivite ve gaz oluşumunu engellemek için klor gibi çeşitli kimyasal maddelerin ilavesi gerekebilir.

    Graviteli yoğunlaştırıcılar, kenar duvarları 3-4 m yüksekliğinde ve çapları 20-25 metreye kadar olabilen dairesel yapılardır. Organik çamurların yoğunlaştırıldığı büyük tanklarda gazlaşma problemleri ve katı madde bekleme zamanlarının aşılması halinde çamurun yüzmesi problemleri ile karşılaşılır. Bu tip yoğunlaştırıcılarda standart çökeltim havuzlarından daha dik taban eğimleri (2.5-3 : 12 gibi) verilir. Çamurdan suyun ve gazın uzaklaşmasını sağlamak için düşey kollu karıştırma mekanizması yerleştirilir. Graviteli çamur yoğunlaştırıcıdan bir görünüş Şekil 1’de; plan ve kesit detayları ise Şekil 2'de verilmiştir.




    Şekil 1. Graviteli yoğunlaştırıcı (http://aquatecmaxcon.com.au/sewagetreatment/)











    Motor elektrik
    hattı


    Giriş borusu
    Aşırı yük alarm hattı









    Emniyet kolunun
    kaldırılmış durumu


    -Çıkış—




    Çıkış savağı


    Sıyırıcı bıçakları
    Alt akım





    Şekil 2. Graviteli çamur yoğunlaştırıcıya ait plan ve kesit detayları


    1.1.2.Graviteli Yoğunlaştırıcıların Tasarımı

    Yoğunlaştırıcı tasarımında kullanılan iki yöntem vardır:

    I. Geçmiş deneyimlere göre tasarım
    II. Çökelme testlerine göre tasarım

    Test etmek için mevcut çamur örneği yoksa daha önce yapılan tasarımlarda kullanılan tasarım kriterleri esas alınarak yoğunlaştırıcı tasarımı gerçekleştirilir. Çamurun özgül ağırlığı düşük olduğu için çökelmesi çok yavaştır. Bu nedenle yoğunlaştırıcı tasarımında en önemli kriter katı madde konsantrasyonudur. Çökeltim tanklarının tasarımı "katı madde yükü" veya "kg/h/m2 katı madde akısı"na göre yapılır.

    Mevcut çamur örneklerinin olması halinde ise laboratuvarda klasik çökelme testleri yapılır. Bunun için 1 litrelik mezür, çamur numunesi ile doldurulur ve iyice karıştırılarak, katı maddeler çökelmeye bırakılır. Eğer katı madde konsantrasyonu yeterince yüksekse, katı maddeler bir tabaka halinde çökelecektir (zone settling). Yani taneli çökelme olmaksızın tabaka halinde bir çökelme meydana gelecektir. Çamur katı madde konsantrasyonuna bağlı olarak sabit bir hızla çökelecektir. Çökelme hızı dereceli olarak azalacaktır. Çökelme testleri ile belirlenen çökelme hızları ile çamurun katı madde konsantrasyonu çarpılmak suretiyle "katı madde akısı" tanımlanabilir (Hız * Konsantrasyon = m/h*kg/m3 = kg/h/m2 ). Bu tür laboratuvar testlerinden yoğunlaştırıcı tasarımına geçiş suretiyle yoğunlaştırıcının işletilmesini sınırlayacak olan katı madde akısının tesbiti mümkündür. Diğer bir deyişle yoğunlaştırıcıda izin verilebilecek maksimum katı madde yüklemesi elde edilir.

    Graviteli yoğunlaştırıcılar 16-32 m3/m2.h yüzey yüklerine (qF) göre tasarımlanırlar (m3 sulu çamur olarak). Diğer bir tasarım parametresi de kg KM/m2.gün olarak ifade edilen yüzeysel katı madde yüküdür (TSF). Bu parametre çeşitli çamur tiplerine göre değişim gösterir. Yoğunlaşmış ve yoğunlaşmamış farklı çamurlar için tipik katı madde konsantrasyonları ve graviteli yoğunlaştırıcı için yüzeysel katı madde yüklemeleri Tablo 1'de verilmiştir (Metcalf and Eddy, 1991).

    Yüzeysel katı madde yüküne göre yoğunlaştırıcı yüzey alanı;

    A (m2) = [Qo (m3 /h)] / [qF (m/h)]

    bağıntısı ile hesaplanabilir. Burada;

    A : yoğunlaştırıcı yüzey alanı, m2
    Qo :giriş çamur debisi, m3/h
    qF : yüzey yükü, m/h

    Girişteki katı madde miktarı TS (kg KM/m3)'ye göre ve seçilen qF yüzey yüküne göre yüzeysel katı madde yükü, TSF (kg KM/m2.gün) bulunur:

    TSF(kg KM/m2.gün) = 24 (h/gün) * qF (m/h) * TS (kg KM/m3)



    Tablo 1. Farklı çamurlar için tipik katı madde konsantrasyonları ve graviteli yoğunlaştırıcı için yüzeysel katı madde yüklemeleri
    ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
    Katı Madde
    Katı madde Yükü konsantrasyonu, %
    Çamur Tipi Yoğunlaşmamış Yoğunlaşmış kg/m2 • d
    -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
    Ayrı
    Ön çökeltim 2-7 5-10 88-137
    Damlatmalı filter humusu 1-4 3-6 34-50
    Dönen biyodisk 1-3.5 2-5 34-50
    Aktif çamur 0.5-1.5 2-3 12-34
    Saf oksijenli aktif çamur 0.5-1.5 2-3 12-34
    Uzun havalandırmalı aktif çamur 0.2-1.0 2-3 24-34
    Anaerobik çürümüş ön çökeltim çamuru
    (ön çürütücüden gelen) 8 12 122
    Karışık
    Ön Çökeltim ve damlatmalı filter humusu 2-6 4-9 59-98Ön çökeltim ve biyodisk 2-6 4-8 48-78
    Ön çökeltim ve modifiye havalandırmalı AÇ 3-4 5-10
    59-98

    Ön çökeltim ve klasik aktif çamur 2-5 2-8 39-78

    Atık aktif çamur ve damlatmalı filter humusu 0.5-2.5 2-4 12-34
    Anaerobik çürümüş ve ön çökeltim çamuru ve
    atık aktif çamur 4 8 68
    Termal şartlandırılmış
    Ön çökeltim 3-6 12-15 195-244
    Ön çökeltim ve atık aktif çamur 3-6 8-15 137-195Atık aktif çamur 0.5-1.5 6-10 195-137


    n Yoğunlaştırıcı yüzey alanı;

    A (m2) = [ S KM (kg/gün) ] / TSF(kg KM/m2.gün)

    Yoğunlaştırıcı dairesel kesitli olduğuna göre, yoğunlaştırıcının çapı;

    A = [π * D2 / 4]

    bağıntısından hesaplanır.

    n Yoğun çamur miktarı;
    Vyoğun çamur (m3/gün) = [ S KM (kg/gün) ] / [ % KM * gç (kg/m3)]

    gçamur» gsu = 1000 kg/m3

    n Çamur suyu;

    Vçamur suyu = Vçamur - Vyoğun çamur

    bağıntısından (m3/gün) olarak hesaplanır.

    n Yoğunlaşma bölgesi hacmi;

    Vyoğunlaşma bölgesi (m3/gün) = [S KM (kg/gün)] / [0.75 Cu * g ç (kg/m3)]

    Yoğunlaştırıcıda çamurun alıkonma zamanı, t = 36 saat alınarak; sıkışma bölgesi yüksekliği, H1 hesaplanır:

    [ A (m2) * H1 (m) ] / Vyb (m3/h) = t (h)

    Duru su bölgesi (çökelme bölgesi) derinliği, H2 = 1 m ve küreme bölgesi yüksekliği, H3 » 0.30 metre alınarak; yoğunlaştırıcıya verilmesi gerekli yükseklik;

    H = H1 + H2 + H3 hesaplanır (Şekil 3).

    Duru Su Bölgesi
    Sıkışma Bölgesi, 0.75 Cu
    Qo, Co
    Qe, Ce
    Küreme Bölgesi
    Qu, Cu
    1:12
    H
    H2
    H1
    H3



















    H1 : sıkışma bölgesi, 0.75 Cu
    H2 : duru su (çökelme) bölgesiyüksekliği, 1.00 m
    H3 : çamur küreme bölgesi yüksekliği, 0.30 m

    Şekil 3. Graviteli yoğunlaştırıcı

    1.2. FLOTASYON YOĞUNLAŞTIRMA

    Özgül ağırlığı 1.0'den küçük olan arıtma çamurlarının graviteli yoğunlaştırıcılarda yoğunlaştırılmaları çok zordur. Bu tür çamurların yoğunlaştırılması için flotasyon yoğunlaştırıcılar kullanılır. Flotasyon yoğunlaştırıcıların; çözünmüş hava flotasyonu, vakum flotasyonu ve disperse hava flotasyonu gibi çeşitleri vardır. Çamur yoğunlaştırma için yaygın olarak çözünmüş hava flotasyonu kullanılmaktadır. Çözünmüş hava flotasyonunda, çözeltiye yüksek basınç altında hava verilir. Basınç kaldırıldığında çözünmüş hava ince kabarcıklar halinde açığa çıkarak çamur partiküllerini yüzeye taşır. Yüzeyde toplanarak biriken çamur yüzeyden sıyrılarak uzaklaştırılır. Çözünmüş hava flotasyonu havuzuna ait kesitler Şekil 4'de verilmektedir.








    Şekil 4. Çözünmüş hava flotasyonu havuzuna ait kesitler


    Flotasyon yoğunlaştırma, aktif çamur veya süspanse büyüme nitrifikasyon sistemi gibi süspanse büyüme biyolojik arıtma işlemlerinden gelen arıtma çamurlarının yoğunlaştırılması için yaygın olarak kullanılmaktadır. Aktif çamur hafif olduğundan, flotasyon yoğunlaştırıcıda kolayca yoğunlaşabilir. Ön çökeltim çamurları, damlatmalı filtre humusu, aerobik çürümüş çamur ve kimyasal arıtmadan gelen metal tuzları içeren çamurlar da flotasyon havuzlarında yoğunlaştırılabilirler.

    Atık aktif çamurun flotasyon yoğunlaştırıcılarla yoğunlaştırılması ile elde edilen yüzebilen katı madde konsantrasyonu; hava/katı madde oranı, katı madde yükleme hızı, çamurun özellikleri (özellikle çamur hacim indeksi) ve polimer ilavesi ile etkilenecektir. Yüzebilen katı madde konsantrasyonu % 3-% 6 arasında değişmesine rağmen, pilot tesis denemeleri ve laboratuvar testleri yapılarak tasarım için kullanılacak değerin belirlenmesi gereklidir.

    Hava/katı madde oranı flotasyon yoğunlaştırıcıların verimini etkileyen en önemli faktördür; flotasyon için gerekli hava miktarının giriş akımındaki yüzebilen katı maddelere oranı olarak tanımlanır. Hava /katı madde oranı % 2 ile % 4 arasında değişir.

    Çamur hacim indeksi de önemli bir parametredir, çamur hacim indeksinin 200'den küçük olması halinde uygun polimer dozlamaları ile iyi bir yoğunlaşma elde edilmektedir. Daha yüksek değerlerde yüzen katı madde konsantrasyonları azalmakta ve yüksek polimer dozlamaları gerekmektedir. Flotasyon yoğunlaştırıcıların tasarımı, yüzeysel yükleme, bekleme zamanı ve katı madde yüküne göre yapılır. Yüzey yükü 0.22 - 0.9 m3/m2/h, bekleme zamanı ise yaklaşık 30 dakika alınır. Flotasyon yoğunlaştırıcılar Tablo 2'de verilen katı madde yüklerinde işletilirler (Metcalf and Eddy, 1991). Tasarım için minimum yüklemeler kullanılmalıdır. Daha yüksek katı madde yüklemeleri düşük yoğun çamur konsantrasyonlarıyla sonuçlanır.

    Farklı yoğunlaştırıcılarda kullanılan polimer dozları Tablo 3’de verilmiştir.

    Tablo 2. Flotasyon yoğunlaştırıcı için tipik katı madde yükleri

    Çamur tipi
    Katı Madde Yükü , kg/m2 • d
    Kimyasal madde ilavesi ile
    Kimyasal madde ilavesi olmadan
    Havalı aktif çamur
    48
    ≥ 220
    Saf oksijenli aktif çamur
    68-98
    ≥ 268
    Damlatmalı filtre humusu
    68-98
    ≥ 220
    Ön çökletim + aktif çamur
    68-146
    ≥ 220
    Ön çökeltim + damlatmalı filter
    68-146
    ≥ 293
    Ön çökeltim
    68-146
    ≥ 293




    Tablo 3. Farklı yoğunlaştırıcılarda kullanılan polimer dozları

    kg polimer /ton katı madde

    Çamur tipi

    Çözünmüş hava flotasyonu

    Dekantör tipi santrifüj

    Sepet tipi santrifüj

    Graviteli bantlı yoğunlaştırıcı

    Atık aktif çamur
    Aerobik çürümüş
    Anaerobik çürümüş

    2-5

    0-4
    4-8
    4-8
    1-3

    3-7


    1.3. SANTRİFÜJ YOĞUNLAŞTIRMA

    Santrifüjleme işleminde, merkezkaç kuvveti etkisi altında çamur katı maddeleri çamur suyundan ayrılır. Santrifüjlerde merkezkaç kuvveti, sulu çamurun içinde bulunduğu rotor tarafından oluşturulmaktadır. Çamur suyu savaklanarak sistemden uzaklaştırılır. Tamburları konik veya kısmen konik olan santrifüjlere "dekantör" denilmektedir.

    Santrifüj yoğunlaştırıcılar, çamuru hem yoğunlaştırmak, hem de suyunu almak için kullanılırlar. Atık aktif çamur için kullanımları genellikle sınırlıdır. Santrifüjleme ile yoğunlaştırma işleminde santrifüj kuvvetlerinin etkisi altında çamur partikülleri çökeltilir. Çamur yoğunlaştırma için kullanılan farklı tipteki santrifüjlere ait örnekler Şekil 5'te gösterilmiştir.

    En gelişmiş santrifüjler, helezon küreyicili katı madde dekantör tipi santrifüjlerdir. Katı madde dekantör tipi santrifüjlerin işletilmeleri de süreklidir. Normalde yatay olarak monte edilmiş, uzun bir silindirik tambur ile bu tamburun içinde dönen bir helezondan oluşur. Ünite içine çamur girişi süreklidir, katı maddeler yatay silindirin çevresinde toplanırlar. Çökelen çamur keki helezonla kürenerek sürekli olarak dışarı atılır. Çamurun suyu da bir savak yardımıyla yoğunlaştırıcıdan uzaklaştırılır. Böylece tam ve sürekli bir işletme sağlanır. Tambur ve helezon ayrı ayrı tahrik edilir, devir sayıları farklıdır. Helezonun çamur kekini küremesi sırasında koyulaşmış çamurun içindeki suyun bir kısmı daha uzaklaşarak daha fazla su alınabilmektedir.

    Şekil 5. Çamur yoğunlaştırma için kullanılan farklı tipteki santrifüjler

    Santrifüjlerin verimi, tutulan katı madde miktarına göre ölçülür.

    Tutulan Katı Madde = {1-{[Cr(Cc - Cs)] / [Cs(Cc - Cr)]}} * 100

    bağıntısına göre hesaplanır. Burada;

    Cr = çamur suyundaki katı madde konsantrasyonu, mg/L veya %
    Cc = çamur kekindeki katı madde konsantrasyonu, mg/L veya %
    Cs = giriş çamurunun katı madde konsantrasyonu, mg/L veya %

    Sabit bir katı madde besleme konsantrasyonu için, filtrattaki katı madde konsantrasyonu azalırken tutulan katı madde konsantrasyonu artar.

    Santrifüjler için temel işletme parametreleri;
    n giriş çamurunun özellikleri,
    n santrifüj dönme hızı,
    n hidrolik yükleme,
    n santrifüjdeki sıvı derinliği,
    n verimi artırmak için kullanılan polimer miktarı.
    Bu parametreler arasındaki ilişki, bölgesel olarak farklılaşacaktır, tasarım için özel değerler vermek mümkün değildir. Gerçekte pilot tesis çalışmalarının yapılarak çamur cinsine göre uygun işletme parametrelerinin seçilmesi gerekir.

    Sepet tipi santrifüjler, kesikli olarak çalıştırılırlar. Sıvı haldeki çamur, düşey olarak monte edilmiş olan silindirik hazne içine gönderilir. Katı maddeler silindirik haznenin iç çeperlerinde birikir, çamur suyu ise dekante edilir. Yer problemi olması durumunda ve yetişmiş personelin bulunduğu, debisi 0.2 m3/s 'yi aşan büyük tesislerde etkin olarak; veya klasik yöntemlerle yoğunlaştırılması zor olan çamurların suyunu almak için uygulanırlar.

    Santrifüjlerin verimini artırmak amacıyla suyu alınacak çamura polielektrolitler ilave edilir. Dekantörlerin kapasiteleri 2 ile 50 m3/h arasında değişmektedir. Çamur cinsine göre ihtiyaca uygun dekantör seçildikten sonra, kullanılacak polimer cinsi ve dozları işletme sırasında belirlenmelidir.

    1.4. MEKANİK YOĞUNLAŞTIRICILAR

    Farklı üretici firmalar tarafından patent altında olan ve genellikle mekanik filtrasyon işleminin temel prensiplerine gore işletilen bu tip yoğunlaştırıcılar üretici firmaların patentli isimleri ile anılmaktadır. Dönen tambur, dönen disk ve hareketli bantlı sistemlerin tekli veya çoklu uygulaması şeklinde işletilen sistemlerdir. Yoğun çamur katı madde konsantrasyonlarını etkileyen tambur rotor dönüş hızı, filtre bantının hareket hızı, çamurun tipi ve konsantrasyonu, polielektrolit miktarı ve tipi gibi pekçok faktöre bağlı olarak %5-%12 katı madde içeriğine kadar yoğunlaştırılmış çamur elde edilebilir.

    Bu tip yoğunlaştırıcılara girmeden önce daha büyük partikül yapısı sağlamak üzere çamur polielektrolit ile floklaştırılır. Floklaştırılan çamur sentetik filtre örtüsü ile kaplanmış ve yavaşça dönmekte olan bir tamburun içine verilir veya hareket halindeki bir bant üzerine yayılır. Çamurdaki katı partiküller filtre örtü tabakası üzerinde tutulurken, çamurdan ayrılan su (filtrate) uzaklaştırılır. Polielektrolit hazırlama ve depolama tankları, karıştırma ve dozlama sistemleri ile birlikte bulunurlar. Ham çamur, yoğunlaştırıcı ünitesine beslenmeden içeriğindeki katı madde miktarına bağlı olarak uygun dozda polielektrolit ile dozlanır, karıştırılır ve yoğunlaştırıcı üniteye iletilir.

    Dönen tambur içindeki, hareketli bant halindeki sentetik filtre yüzeylerinin veya dönen disk yüzeylerini kaplayan çamur partiküllerinin temizlenmesi ve tıkanmayı engellemek için spray şeklinde yıkama uygulamaları ile filtre örtü tabakasının temizliği sağlanmaktadır. Kullanılan flokülant madde tüketiminin kontrol altında tutulduğu sistemlerde filtrat ile birlikte katı madde kaçaklarının önlenmesi sağlanmaktadır. Yıkama işleminin filtrate ile yapılması esastır ve filtrattaki katı madde yükü düşüktür.

    Genellikle çelik konstrüksiyon olarak imal edilen bu tip yoğunlaştırıcılar sürekli olarak işletilen sistemlerdir. Arıtma tesisi içinde çok az alana gereksinim duyulur ve genelde kapalı sistemler olduğundan veya kapalı mekanlar içinde işletildiklerinden koku emisyonları açısından bir rahatsızlık vermezler. Bu tip sistemler genelde kontrol panosuna bağlı olarak otomatik işletildiklerinden operatör desteğine çok fazla gerek olmayan sistemlerdir. Kontrol sisteminde beliren uyarıya göre operatör müdahalesi gerekir.

    Arıtma tesislerinde çamur işleme prosesi içinde ön yoğunlaştırma, son yoğunlaştırma üniteleri olarak stabilizasyon prosesleri ile birlikte kullanıldığı gibi çamur su alma sistemleri ile kombine halde de kullanılmaktadırlar.

    Mekanik çoğunlaştırıcılara ait örneklemeler Şekil 6, 7, 8, 9 ve 10’da verilmiştir.
    Şekil 6. Döner tambur yoğunlaştırıcı (http://www.huber.de)

    Şekil 7. Döner tambur yoğunlaştırıcı (http://www.vexamus.com/)



    Şekil 8. Döner tambur yoğunlaştırıcı (http://www.alfalaval.com/)




    Şekil 9. Graviteli bantlı yoğunlaştırıcı (http://www.huber.de)



    Şekil 10. Dönen diskli yoğunlaştırıcı (http://www.huber.de)


    2. ÇAMUR SU ALMA İŞLEMLERİ

    2.1. GiRiŞ

    Su alma işlemi, çamurun su içeriğinin azaltılması için kullanılan fiziksel (mekanik) bir temel işlemdir. Aşağıda sayılan nedenlerin bir veya birkaçının yerine getirilmesi amacıyla gerçekleştirilir:

    n Su alma ile çamur hacmi azaltıldığından, çamurun nihai bertaraf sahasına taşınması maliyeti önemli ölçüde azalacaktır.
    n Suyu alınmış çamur, yoğun veya sulu çamura göre daha kolay işlenir. Birçok durumda suyu alınmış çamur traktörlerle taşınabilir, bantlı konveyörlerle iletilebilir.
    n Yakma işleminden önce çamurun su içeriğini azaltmak suretiyle enerji muhtevasını artırmak mümkün olacaktır.
    n Kompostlama öncesi gözenek verecek malzeme gereksinimini azaltmak için çamurun suyunun alınması gerekir.
    n Bazı durumlarda çamurun kokusunun önlenmesi için aşırı nemin giderilmesi gerekir.
    n Mono deponilerde, depolama sahasında sızıntı suyu oluşumunu azaltmak için depolama öncesi çamurun suyunu almak gereklidir.

    Çamurdaki suyun giderilmesi için kullanılan düzeneklerin çalıştırılabilmesi için çeşitli teknikler kullanılmaktadır. Bazı durumlarda, katı maddeyi susuzlaştırmak için doğal buharlaşma ve sızma yöntemleri kullanılır. Mekanik su alma düzeneklerinde ise, çamurun suyunu almak üzere fiziksel yöntemler uygulanır. Bu fiziksel işlemler; filtrasyon, donma, kapiler emme, vakum uygulama, santrifüjle ayırma ve sıkıştırmadır.

    Su alma düzeneğinin seçimi, suyu alınacak olan çamurun tipi, suyu alınmış ürünün özellikleri ve uygun yer teminine bağlıdır. Küçük tesislerde uygun bir arazinin bulunması problem değildir. Bu amaçla genellikle kurutma yatakları ve çamur lagünleri kullanılır. Bunun tersine kısıtlı yer imkanı olan bölgelerde, mekanik su alma üniteleri tercih edilmektedir. Bazı çamurlar, özellikle anaerobik olarak çürümüş çamurlar mekanik olarak suyunun alınması güç olan çamurlardır. Bu tip çamur kurutma yataklarında susuzlaştırılabilir. Çamurun mekanik olarak suyu alınacağı zaman, çamur numuneleri ile pilot çalışmalar yapılmaksızın optimum su alma düzeneğinin seçimi imkansızdır.

    Çamur suyunu almak için kullanılan yöntemleri;

    I. Doğal su alma yöntemleri

    1. Çamur kurutma yatakları
    2. Çamur tarlaları
    3. Çamur lagünleri

    II. Mekanik su alma yöntemleri

    1. Vakum filtreler
    2. Plakalı pres filtreler
    3. Bantlı pres filtreler
    4. Santrifüjler

    olmak üzere iki grupta toplamak mümkündür.


    2.2. DOĞAL SU ALMA YÖNTEMLERi

    2.2.1. Çamur Kurutma Yatakları

    Çamurunu suyunu almak için kullanılan en eski yöntemlerden birisidir. Stabilizasyon işlemlerinden sonra elde edilen çamurlar, çamur kurutma yataklarında kurutulurlar. Kurutma işleminden sonra da, nihai bertaraf amacıyla düzenli depolama sahalarına gönderilirler veya tarımsal amaçlı gübre olarak toprakta kullanılırlar.

    Çamur kurutma yataklarının en önemli avantajları maliyetinin düşük olması, işletilmeleri için özel bir itina gerektirmemesi ve elde edilen çamur kekinin katı madde içeriğinin yüksek oluşudur. Dört farklı tipte kurutma yatağı kullanılmaktadır: 1) klasik kurutma yatakları, 2) kaplamalı (paved) tip, 3) sentetik malzemeli, 4) vakumlu kurutma. Klasik tipteki kum yataklı kurutma yatakları en yaygın kullanılan tipler olduğu için bu bölümde bu tip kurutma yatakları için detaylı bilgi verilecektir.

    Klasik tipteki (kum yataklı) kurutma yatakları

    Klasik tipte kum yataklı çamur kurutma yataklarının ekonomik olarak kullanımı genellikle küçük ve orta büyüklükteki yerleşim birimleri için sınırlıdır. 20 000 üzerinde nüfusu olan kentler için, alternatif çamur su alma yöntemleri düşünülmelidir. Büyük yerleşim birimlerinde, ilk yatırım maliyeti, çamur uzaklaştırma maliyeti ve değiştirilen kumun maliyeti ve büyük alan gereksinimi, kurutma yataklarının kullanımını sınırlayan etkenlerdir.

    Çamur kurutma yatakları, taban drenajının sağlandığı, kum filtre malzemeden oluşan sığ havuzlardır (Şekil 11). Bu yataklar üzerine çamur 15 - 30 cm kalınlıkta tabakalar halinde serilir ve kurumaya bırakılır. Çamurun suyunu vermesi için geçen süre iklim ve diğer koşullara bağlı olarak birkaç haftadan birkaç aya kadar değişebilir. Yağışın bol olduğu kuzey iklimlerinde çamur kurutma yataklarının üzeri örtülür. Böylece hem yağış suları ile çamura ilave suyun eklenmesi önlenmiş olur, hem de örtü malzemesinin şeffaflığından dolayı oluşan sera etkisi ile buharlaşma hızlandırılır. Şekil 12’de üstü açık ve kapalı çamur kurutma yatağına ait örnekler verilmektedir.

    Çamur kurutma yataklarında, çamurdan suyun ayrılması iki şekilde olur. Başlangıçta su çamurdan drene olur ve tabana yerleştirilmiş olan drenaj boruları yardımıyla toplanır. Kum yatak ince partiküller ile tıkanıncaya veya serbest su tamamen drene oluncaya kadar bu işlem sürer. Bundan sonra su alma işlemi buharlaşma yoluyla devam eder. Başlangıçtaki drenaj iki aşamalı olarak meydana gelir. ilk önce katı maddelerin çökelmesi ve sıkışma ile çamur içeriğindeki suyun önemli bir kısmı drene olur. ikinci aşama ise suyun hareketinin sağlayan kanalların oluşumudur. Çamurdaki suyun önemli bir kısmı drenaj ile ayrıldığından, kurutma yatağının tabanında bir drenaj sisteminin yapılması zorunludur. Kurutma yatakları tabanında 2.5 ile 6 metre aralıklı olarak, minimum %1 eğim sağlanacak şekilde yerleştirilmiş yatay drenaj boruları bulunur. Yaygın olarak kullanılan beton drenaj boruları ve delikli plastik borular bu amaçla kullanılabilirler. Şekil 11'de görüldüğü gibi bu drenaj borularının üzeri kırma taş veya kaba çakıl ile örtülür. Kum tabakanın kalınlığı ise temizleme işlemine izin verecek şekilde 23 cm ile 30 cm arasında değişir. Daha derin kum tabakası genellikle drenajı güçleştirir. Kumun üniformluk katsayısı 4.0 üzerinde olmamalı; efektif tane çapı ise 0.3-0.75 mm olmalıdır.

    Kurutma yatağı alanı, yaklaşık olarak 6 m genişlikte ve 6-30 m uzunlukta olabilen yataklar halinde bölünmüştür. Gelen çamur miktarına bağlı olarak bu yatakların dönüşümlü olarak kullanılması mümkündür. Kurutma yatakları arasındaki bölmeler açık yataklar için toprak seddeler halinde olabildiği gibi, üstü kapalı olanlar için betonarme olarak yapılırlar. Çamuru kurutma yataklarına taşıyan borular minimum 0.75 m/s hıza göre tasarımlanmalıdır. Bu amaçla, dökme demir veya plastik borular yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Seçilen yatağa çamurun akışını yönlendirebilmek için dağıtım kutuları gerekir. Çamurun kurutma yatağına dökülmesi sırasında kum yatağın erozyonunu önlemek için, çamur çıkış ağızlarının hemen önüne beton plakalar yerleştirilir. Çamur yeterince drene olup, kuruduktan sonra kurutma yataklarından sıyrılarak uzaklaştırılır. Kurumuş çamur; kaba, kırılgan yüzeyli ve rengi koyu kahve veya siyahtır. Kuru havada ve uygun koşullarda kuruduğunda 10-15 gün içinde su içeriği yaklaşık %60 civarına inebilir. Kurumuş çamur elle veya sıyırıcılarla sıyrılarak konteynerlere yüklenir ve bertaraf sahalarına gönderilir.

    Açık yataklar, yeterli arazinin bulunduğu yerlerde ve koku problemlerini azaltmak için gerekli koşulların sağlandığı bölgelerde kullanılmaktadır. Rahatsız edici koku problemini önlemek için yerleşim yerlerine en az 100 m mesafede yapılmalıdırlar.










    Şekil 11. Tipik bir çamur kurutma yatağının plan görünüşü ve kesiti

















































    Şekil 12. Üstü açık ve kapalı çamur kurutma yatakları (http://www.ist-anlagenbau.de)



    Kaplamalı tip (paved) kurutma yatakları

    Kum yataklı kurutma yataklarına alternatif olarak iki farklı tipte kaplamalı (paved) tip kurutma yatağı kullanılmaktadır: drenaj tipi ve dekantasyon tipi. Drenaj tipi yatakların fonksiyonu esas itibariyle klasik kurutma yataklarına benzemektedir. Drenaj suyu taban drenajı ile toplanır, fakat çamur öne ve arkaya hareketli sıyırıcılar vasıtasıyla toplanır. Bu tip yataklar, normal olarak dikdörtgen kesitli, 6-15 m genişlikte ve 21-46 m uzunluğa sahip havuzlar şeklinde tasarımlanır. 200-300 mm kalınlıkta kum veya çakıl taban üzerine beton veta bitümlü beton kaplamalar kullanılır. Kaplamaların eğimi drenaj merkezine doğru minimum % 1.5 olmalıdır. Verilen bir çamur miktarı için bu tip kurutma yataklarının alan gereksinimi klasik kum yataklı kurutma yataklarına göre daha fazladır.

    Dekantasyon tipi yataklar ise oldukça yeni bir uygulamadır ve ılık, kurak veya yarı kurak iklimler için avantajlıdır. Bu tip yataklarda; 1) toprak çimento karışımı kaplama malzemesi, 2) çamur suyunun dekantasyonu için drenaj borusu, 3) kurutma yatağının merkezinde çamur besleme borusu bulunur. Dekantasyon yoluyla iyi bir çamur çökelmesi ile %20-30 su giderimi sağlanabilir. Kurak bölgelerde 30 cm'lik çamur tabakası serilerek, 30-40 günlük kuruma sonrasında %40-50 katı madde konsantrasyonları elde edilebilir.

    Sentetik malzemeli kurutma yatakları

    Paslanmaz çelik tel örgü (hasır çelik) veya yüksek yoğunluklu şekillendirilmiş poliüretan gibi doğal yapay malzemelerin kullanıldığı kurutma yatağı tasarımları son yıllarda geliştirilmiştir. Bu tip kurutma yataklarında sulu çamur, yatay konumdaki açık drenaj ortamı üzerine boşaltılır. Drenaj ortamı küçük, paslanmaz çelikten örgü şeklindeki çubuklardan oluşmuştur, örgünün üst kısmı düzdür. Çubuklar arasında 0.25 mm eğimli formda açıklıklar bulunmaktadır. Drenaj debisini kontrol etmek için bir çıkış vanası yerleştirilmiştir.

    Bu su alma yönteminin avantajları;

    n tel örgüde tıkanma olmaz,
    n drenaj sabit ve hızlıdır,
    n kurutma yataklarına göre daha yüksek çamur tabakaları
    beslenebilir,
    n aerobik olarak çürümüş çamurlar kurutulabilir,
    n yatakların bakımları çok kolaydır. En önemli dezavantajı, klasik
    tipteki kurutma yataklarına göre ilk yatırım maliyetlerinin
    yüksek olmasıdır.

    Yüksek yoğunluklu poliüretan ortam kullanılan sistemde, özel 300 mm kenar uzunluklarında kare biçimli, içten kilitlemeli paneller eğimli bir yüzey üzerine veya prefabrik çelik tepsiler içine yerleştirilmişlerdir. Her panel çamurun suyunu almak için %8 açık alana sahiptir ve bir alt drenaj sistemi içermektedir. Bu sistem açık veya kapalı yataklarda yerleştirilmek üzere tasarımlanabilir.
    Bu su alma yönteminin avantajları;

    n aerobik çürük çamur gibi seyreltik çamurların suyu alınabilir,
    n filtrattaki süspanse katı madde konsantrasyonu düşüktür,
    n sabit üniteler öne arkaya hareket eden düzeneklerle kolayca
    temizlenebilir.





    Vakumlu kurutma yatakları

    Çamurun suyunu alma ve kurutmayı hızlandırmak için kullanılan bir yöntemdir. Suyunu alma ve kurutma işlemleri, gözenekli filtre plaklarının alt kısmına vakum uygulanmak suretiyle sağlanır. Bu yöntemde sırasıyla aşağıdaki işlemler uygulanır:

    1) Polimerle çamurun ön şartlandırılması yapılır.
    2) Yatak çamurla doldurulur.
    3) Çamurun başlangıçta graviteli drenajı ile suyu alınır, bu işi
    takiben vakum uygulanır.
    4) Çamur 24-48 saat süre ile açık havada kurumaya bırakılır.
    5) Hareketli sıyırıcı mekanizma ile kurumuş çamur sıyrılıp
    uzaklaştırılır.
    6) Gözenekli plakların yüzeyi yüksek basınçaltında yıkanarak kalan
    çamur artıkları uzaklaştırılır.

    8-48 saatlik işletme sürelerinde %8-23 KM konsantrasyonlarına ulaşılabilen bu su alma yönteminin en önemli avantajı çamurun suyunu almak için gerekli olan zamanın çok kısa olmasıdır, ve diğer kurutma yatakları ile karşılaştırıldığında çok az alana ihtiyaç duyulmaktadır. En önemli dezavantajı ise ilave su alma işlemi gerektirmesidir.

    2.2.2. Çamur Lagünleri

    Kurutma lagünleri çürük çamurların suyunu almak için kurutma yatakları yerine kullanılabilir. Koku ve rahatsız edici özelliklerinden dolayı arıtılmamış çamurlar, kireç çamurları veya konsantre kirlilikte çamurların suyunu almak için uygun değildir. Lagünlerin verimi, kurutma yataklarında olduğu gibi iklim, yağış ve su alma işlemini geciktiren düşük sıcaklıklar gibi etkenlere bağlıdır. Lagünler yüksek buharlaşma hızları olan bölgelerde yaygın olarak kullanılırlar. Taban drenajı ve sızma ile su alma işlemi çevre mevzuatındaki sıkı standartlar ile sınırlandırılmıştır. Lagün bölgesinde içmesuyu amacıyla kullanılan akifer olması halinde lagün tabanının sızdırmazlığının sağlanması gereklidir. Çamur derinliği 0.75-1.25 m aralığındadır. Su alma işleminin ana mekanizması buharlaşmadır. Çamur suyunun dekantasyonu için gerekli düzenekler mevcuttur ve bu su arıtmaya geri döndürülür. Çamur mekanik olarak bertaraf edilir, genellikle % 25-30 KM içeriğindedir. Lagünlerin çevrim süresi birkaç ay ile birkaç yıl arasında değişir. Tipik olarak çamur 18 ay süreyle lagüne pompalanır, sonra lagün 6 ay süreyle dinlenmeye bırakılır. Katı madde yükleme kriteri, 36-39 kg KM/m3 lagün hacmi.yıl'dır. Minimum iki ünite yapılması esastır, böylece temizleme sırasında depolama işlemi de sürdürülebilecektir.

    2.3. MEKANiK SU ALMA YÖNTEMLERi

    2.3.1. Vakum Filtrasyonu

    Vakum filtrasyonu çamurun mekanik olarak suyunun alınmasında en yaygın kullanılan yöntemlerden biridir. Kentsel nitelikli arıtma çamurlarının suyunun alınmasında yaklaşık olarak 60 yıldan beri yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir; fakat alternatif su alma ekipmanlarının yaygınlaştırılması ve geliştirilmesinden dolayı son yıllarda kullanımı azalmıştır. Sistemin klompleks oluşu, şartlandırıcı gereksinimleri ve işletme maliyetinin yüksek oluşundan dolayı kullanımı azalmıştır.

    Tipik bir vakum filtre, daha önceden şartlandırılmış filtrelenecek yaş çamurun bulunduğu hazne içinde kısmen batık durumda bulunan, yatay konumdaki döner bir tamburdan ibarettir. Tamburun üst yüzeyi gözenekli filtre malzemesi ile kaplıdır, bu malzeme suyu alınacak çamurun özelliklerine göre seçilir. Yaygın olarak kullanılan filtre malzemesi bez bantlar ve kıvrık çelik yaylardan oluşan çelik hasır örtülerdir. Tambur birkaç bölgeden oluşmaktadır. Her bölge otomatik olarak vakum altına girer. Çamur haznesi içinden geçerken vakum uygulanır, filtre malzemesi üzerinde çamur tabakası oluşur. Bu bölge çamur haznesi içine tekrar girinceye kadar vakum korunur. Bu noktada çamur keki otomatik olarak sıyrılır. Ayrı vakum-dren hatları, her bölgeyi tambur ekseninde bulunan ve tamburla birlikte dönen vanaya bağlar. Bu vana, filtre devrinin çeşitli fazlarını kontrol eder ve filtratın tamburdan atılmasını sağlar. Tambur dönerken vana; 1) kek oluşumu, 2) kekin suyunu alma, 3) kekin sıyrılması fazlarının gerçekleşmesini sağlar.

    Bir vakum filtre sisteminde; çamur besleme pompaları, kimyasal madde besleme ekipmanı, çamur şartlandırma tankı, filtre tambur, çamur keki konveyörü veya sıyırıcısı, vakum sistemi ve filtrat giderme sistemi bulunur.

    Vakum filtre sisteminden elde edilecek sonuç, filtrelenecek çamurun özelliklerine göre değişir. Diğer parametreler arasında en önemli olan ise çamurun katı madde muhtevasıdır. Filtrasyon öncesi çamurun katı madde muhtevasını artırmak, filtrattaki katı madde miktarını azaltmak ve su verme özelliklerini geliştirmek için çamura kimyasal şartlandırma uygulanır. Filtrasyon için optimum katı madde içeriği %6-%8'dir. Daha yüksek katı madde içerikleri su alma için şartlandırmayı güçleştirir. Çamurun şartlandırılması için yaygın olarak kullanılan kimyasal maddeler; kireç, demir-3 klorür ve polimerlerdir. Genel olarak ön çökeltim tankı çamurları, biyolojik atıksu arıtma işlemlerinden gelen çamurlara nazaran daha az miktarda kimyasal şartlandırıcı gerektiriler.
    Tipik filtre verimleri ve kekte ulaşılan katı madde içerikleri Tablo 4'de verilmiştir.


    Tablo 4. Vakum filtreler için tipik filtre verimleri ve kekte ulaşılan katı madde içerikleri

    Bez Filtre
    Verim Çamur keki
    Çamur tipi kg/h.m2 % KM
    Çelik Örgü
    Verim Çamur keki
    kg/h.m2 % KM
    Ham ve ÖÇ 19.5-40.0 27-35
    ÖÇ + havalı AÇ 15.0-30.0 18-25
    ÖÇ + oksijenli AÇ 24.4-30.0 20-30
    ÖÇ + Damlat.Filtre 15.0-34.2 20-30
    Atık AÇ (havalı) 10.0-12.2 13-20
    Atık AÇ (oksijenli) 15.0-19.5 15-25
    Anaerobik çürümüş
    Ön çökeltim 19.5-34.2 25-35
    ÖÇ + atık AÇ 10.0-24.4 18-25
    ÖÇ + Damlat.Filtre 17.0-40.0 20-27
    Termal şartlandırma
    ÖÇ + Atık AÇ 19.5-40.0 35-45
    30.0-40.0 28-32
    12.2-19.5 23-27






    17.0-22.0 20-25
    19.5-30.0 27-33



    2.3.2. Plakalı Pres Filtreler

    Pres filtrede, su alma işlemi, yüksek basınç uygulmak suretiyle çamurdan suyun ayrıması ile gerçekleştirilir. Pres filtrelerin avantajları;

    n çamur kekinde yüksek katı madde konsantrasyonlarının sağlanması,
    n filtrelenen çamur suyunun berraklığı,
    n yüksek katı madde tutulmasıdır.

    Bu avantajlarının yanısıra;

    n kompleks bir yapıya sahip olması,
    n yüksek kimyasal madde maliyeti,
    n işletme maliyetinin yüksek olması,
    n filtre bezinin ömrünün kısa olması

    gibi bazı dezavantajları bulunmaktadır.

    Çamurun suyunu almak üzere kullanılan çeşitli tiplerde pres filtreler mevcuttur. En yaygın kullanılan tipleri sabit hacimli ve değişken hacimli pres filtrelerdir. Plakalı pres filtreye ait bir örnek Şekil 13’de verilmektedir.

    Sabit Hacimli Hücreli Plakalı Pres Filtreler

    Sabit hacimli hücreli plakalı pres filtreler; sabit ve hareket edebilen bir çerçeve üzerine düşey olarak, yüzyüze gelecek şekilde yerleştirilmiş ve her iki yüzünde boşluklar (hücreler) bulunan dikdörtgen şekilli plakalardan oluşmuştur. Filtre bezi plakaların üzerine sarılıdır. Filtratın akışını sağlamak üzere plakların yüzeyinde çizikler bulunur. Plakalar arasındaki sızdırmazlık hidrolik presle sağlanır. Sıvı çamur ortadaki boşluktan basınçlı olarak gönderilir. İşletmede, kimyasal olarak şartlandırılmış çamur plakaların arasındaki boşluğa pompalanır, ve 1 ile 3 saat süre ile 690- 1550 kN/m2 basınç uygulanır. Sıvı kısım filtre bezi içinden geçerek çıkış ağızlarına gelir. Tutulan katı maddeler plakaların boşlukları arasında çamur kekini oluşturur. Su alma işlemi bitince plakalar birbirinden tek tek ayrılarak kek alınır. Filtrat ise arıtma tesisi girişine gönderilir. Çamur keki kalınlıkları 25-38 mm arasında, su muhtevası ise %48-70 arasında değişir. Filtrasyon süresi; 1) presin doldurulması, 2) presin basınç altında tutulması, 3) presin açılması, 4) yıkama ve çamur kekinin temizlenmesi ve 5) presin sona ermesi işlemlerinin tamamlanması için 2 ile 5 saat arasında değişir.

    Değişken Hacimli Hücreli Plakalı Pres Filtreler

    Arıtma çamurlarının suyunun alınması için için kullanılan diğer bir pres filtre, değişken hacimli hücreli plakalı pres filtrelerdir ve "diyafram presler" olarak isimlendirilirler. Diğer tip pres filtreden farkı, filtre bezinin arkasına lastik bir diyaframın yerleştirilmiş olmasıdır. Lastik diyafram nihai basıncı sağlamak için esner ve böylece sıkışma kademesinde çamur keki hacmi azalır. Filtreyi doldurmak için genellikle 10-20 dakika ve istenilen katı madde içeriğine sahip çamur kekinin elde edilmesi için gerekli sabit basıncı sağlamak üzere 15-30 dakika gereklidir.


    Değişken hacimli presler, su alma işleminin başlangıç kademesi için 690-860 kN/m2 ve nihai sıkıştırma için 1380-2070 kN/m2 basınca göre tasarımlanırlar. Değişken hacimli presler çeşitli çamurların suyunu almada oldukça verimlidirler, fakat bakım gerektirirler. Plakalı pres filtrelerin bazı işletme ve bakım problemleri vardır.



    Şekil 13. Plakalı pres filtreye ait bir örnek


    Filtre pres düzeneklerinin tasarımında dikkate alınması gereken diğer unsurlar;

    n su alma odasında yeterli havalandırma sağlanmalıdır.
    n yüksek basınçlı yıkama sistemleri olmalıdır.
    n kireç kullanıldığında kalsiyum birikintilerini gidermek için asitli yıkama sirkülasyon sistemi bulunmalıdır.
    n şartlandırma tankında çamur parçalayıcılar olmalıdır.
    n filtre pres sonrasında çamur keki parçalayıcıları bulunmalıdır. Özellikle suyu alınmış çamur yakma fırınına gönderiliyorsa keki ufalamak gerekir.
    n plakaların bakımı ve yedek parça ihtiyacının karşılanması gerekir.


    2.3.3.Bantlı Pres Filtreler

    Bantlı pres filtreler çalışma prensibi oldukça basit, sürekli beslemeli mekanik su alma düzenekleridir. Kimyasal şartlandırma, graviteli drenaj ve çamurun suyunu almak için mekanik olarak basınç uygulanması kademelerinden oluşmaktadır. Şartlandırma ve bantlı pres ünitesinden oluşan bir mekanik su alma sistemine ait akım şeması Şekil 14’de verilmiştir. Bantlı pres filtreler kentsel nitelikli her türlü arıtma çamurunun suyunu almak için etkin olarak kullanılmaktadırlar. Bantlı pres filtrenin bölümleri Şekil 15'de verilmiştir. Bantlı pres filtrelerde, şartlandırılmış çamur önce graviteli drenaj kısmına gelir ve burada yoğunlaşmaya bırakılır. Bu kısımda, çamurdaki serbest su yerçekimi etkisiyle ayrılır. Bazı bantlı preslerde bu kısım, drenajı hızlandırmak ve koku problemini azaltmak için vakum sistemi ile takviye edilmiştir. Graviteli drenaj kısmını takiben düşük basınçlı kısımda basınç uygulanır. Burada ters yönde hareket eden gözenekli bantlar arasında çamur sıkışır. Bazı bant preslerde bu bölümden sonra yüksek basınç uygulanan ve bantlar çok sayıda merdaneler arasından geçerken çamurun kesme kuvvetlerinin etkisinde kaldığı bir kademe daha bulunabilir. Bu kesme kuvvetlerinin etkisi altında çamurdan daha fazla miktarlarda suyun uzaklaştırılması sağlanır. Suyu alınmış çamur keki sıyırıcı bıçaklar yardımıyla bantlardan sıyrılarak uzaklaştırılır. Bu ünitelerde çamur, çeşitli çaplarda merdaneler arasından geçen, iki veya daha fazla birbirine paralel olarak hareket eden gözenekli bantlar arasında sıkıştırılır. Bantlı preslerin en büyük avantajı çok kuru çamur keki oluşturması ve düşük güç gereksinimleridir. Tipik bir bantlı pres filtrede; çamur besleme pompaları, polimer besleme ekipmanı, bir çamur şartlandırma tankı (flokülatör), bir bantlı pres filtre, bir çamur keki konveyörü ve destek sistemleri (çamur besleme pompaları, yıkama suyu pompaları ve basınçlı hava) bulunmaktadır. Bazı pres filtrelerde çamur şartlandırma tankı kullanılmaz. Bantlı pres filtrelerin verimini etkileyen faktörler ise; çamur özellikleri, kimyasal şartlandırma yöntemi, basınçlandırma sistemi, bantın gözenekliliği, bant hızı ve bant genişliğidir.

    Bantlı pres filtrelerde kullanılan bantların genişlikleri 0.5 ile 3.5 m arasında değişir. Kentsel nitelikli arıtma çamurları için en çok kullanılan bant genişlikleri 2.0 metredir. Çamur yükleme hızları, çamurun tipine ve besleme konsantrasyonlarına bağlı olarak 90-680 kg/m.h arasında değişir. Hidrolik yüklemeler ise bant genişliklerine bağlı olarak 1.6-6.3 L/m.s aralığındadır.




    Şekil 14. Bantlı pres filtre bulunan mekanik su alma sisteminin kısımları (http://www.huber.de)
    1. çamur besleme tankı
    2. çamur girişi
    3. dönen merdaneler
    4. yüksek basınçlı merdaneler
    5. düşük basınçlı merdaneler
    6. taşıyıcı merdane
    7. yönlendirici merdane
    8. bant yıkama sistemi
    9. filtrate deşarjı

    Şekil 15. Bantlı pres filtrenin kısımları (http://www.dintrade.fi/ekosep/)



    2.3.4. Santrifüjler

    Santrifüjler çamurun hem yoğunlaştırılması hem de suyunun alınması amacıyla kullanılmaktadırlar. Çamur yoğunlaştırma kısmında santrifüjler detaylı olarak açıklanmıştır.



    Kaynaklar


    1. Filibeli, A. (1996) : “Arıtma Çamurlarının İşlenmesi”, Dokuz Eylül Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi Yayınları, No:255, İzmir
    2. Spinosa, L.; Vesilind, P.A. (2001): “Sludge into Biosolids-Processing, Disposal and Utilization”; IWA Publishing, UK, ISBN 1 900222 08 6.
    3. Vesilind,P.A. (1979):" Treatment and Disposal of Wastewater Sludges"; Ann Arbor Sciences, Michigan, USA.
    4. Metcalf&Eddy (1991) : "Wastewater Engineering:Treatment, Disposal, Reuse".
    5. Hing, C.L.; Zenz, D.R.; Kuchenrither, R. (1992) “Municipal Sewage Sludge Management Processing, Utilization and Disposal”. Technomic Publishing Company, Inc.
    6. U.S. EPA. 1974. “An Alternative Septage Treatment Method: Lime Stabilization/Sand-Bed Dewatering” EPA-600/2-75-036, September.
    7. U.S. EPA. 1994. “Guide To Septage Treatment and Disposal” EPA/625/R-94/002, September.
    8. http://www.dintrade.fi/ekosep/
    9. http://aquatecmaxcon.com.au/sewagetreatment/mst.asp?stage=thickening
    10. http://www.alfalaval.com/digitalassets/2/file9902_0_PD88606.pdf
    11. http://www.vexamus.com/product13.htm
    12. http://www.huber.de
    13. http://www.delhijalboard.com
    14. http://www.ist-anlagenbau.de




     
Yüklüyor...

Sayfayı Paylaş



Üyelerimiz bu sayfayı aşağıdaki aramalarla bulmuştur :

  1. C5H7no2 bakteri

Yandex.Metrica