- Katılım
- 26 Şub 2012
- Mesajlar
- 802
- Tepki puanı
- 5,498
- Meslek
- Uzman (B)
Dosyayı aşağıdaki adrese yükledim.
http://xzenon34.files.wordpress.com/2012/03/4-su-ve-atc4b1ksu-arc4b1tc4b1mc4b1.doc
1. Giriş
Kentsel alanlardan kaynaklanan atıksular iki sınıfa ayrılır: evsel ve endüstriyel atıksular. Kentlerde, evsel atıksuları toplamak amacıyla inşa edilmiş kanalizasyon şebekelerine çoğu durumda ön arıtmadan geçmiş endüstriyel atıksular da verilmektedir. Endüstriyel atıksuların debi değeri küçük olsa da, içerdikleri kirleticiler bakımından evsel atıksu karakteristiğini değiştirip hem kirletici çeşitliliğini hem de konsantrasyonlarını arttırırlar. Genellikle bu istnmeyen bir durum olup merkezi kensel atıksu arıtma tesisleri üzerinde negatif etkilere sahip olurlar. Evsel ve endüstriyel kaynaklı atıksular, eğer hiç veya yeterli derecede arıtma yapılmadan alıcı ortama verilirse çeşitli problemlere neden olurlar. Bu problemler;
Yukarda ifade edilen problemlerin etkileri hem canlı hem de cansız varlıklar üzerinde olumsuz etkilere sahiptir. Örneğin, atıksularda bulunabilecek kanserojenik mikrokirleticilerin besin zincirine müdahil olarak insalara ulaşması olası etkenlerden biridir. Yüzeysel suların kirlenmesi ile bir göl veya nehirdeki çözünmüş oksijen konsantrasyonunun azalması, o ortamda yaşayan canlıların ölümüne ve ekolojik yapısının bozulmasına yol açacaktır. Bunun gibi birçok nedenden dolayı, atıksular alıcı ortama verilmeden önce arıtma sistemleri ile arıtılmak zorundadır. Arıtma işlemi, herhangi bir ortamda mevcut olan kirleticilerin uzaklaştırılması veya az zararlı/zararsız ürünlere dönüştürülmesi işlemidir. Su arıtımı; içme suyu olarak kullanılacak olan yer altı veya yüzeysel suların içilebilir hale getirilmesi işlemidir. Atıksuların arıtımı ise, çeşitli aktiviler sonucunda farklı amaçlar için kullanılan suların alıcı ortama verilmeden önce çeşitli mühendislik işlemleri uygulanarak bünyesinde bulunan kirleticilerin giderilmesi veya zarasız ürünlere dönüştürülmesidir. Atıksu arıtma yöntemleri, atıksu karakteristiğine göre çok değişken olabilmektedir. Atıksuların, Su Kirlenmesi Kontrolü Yönetmeliğindeki ilgili deşarj standartlarını sağlayacak şekilde, uygun bir arıtma sistemi ile arıtılmaları gerekmektedir.
Su kaynaklarının giderek azalması nedeniyle, arıtılan atıksuların yeniden kullanılma alternatifleri değerlendirilmelidir. Kaynakta azaltma, endüstrilerde temiz üretim teknolojilerinin kullanılması gibi atık azaltıcı tedbirler de göz önünde bulundurulmalıdır.
2. Su arıtımı
İçme suyu arıtımındaki temel amaç, suyu içilebilir kaliteye getirmektir. İçme suyunda aranan bazı özellikler bulunmaktadır. Bunlar;
2.1. Su arıtımının Amaçları:
İçme suyu arıtımının genel amaçları şunlardır:
2.3. Su Arıtımında Temel Üniteler
2.3.1. Gaz Transferi ve Havalandırma
Suya oksijen veya CO2 kazandırmak veya CO2, H2S, CH4, uçucu organikler gibi gazları su ortamından uzaklaştırmak için kullanılırlar. Su ve kullanılmış su arıtımında kullanılan havalandırıcıları dört sınıfta toplamak mümkündür. Bunlar;
2.3.2. Izgaradan Geçirme
Yüzücü ve iri maddeleri tutmak için uygulanır.
2.3.3. Mikro-eleklerden Geçirme:
Süspansiyon halindeki maddeleri ve algleri tutmak için uygulanır.
2.3.4. Biriktirme:
Su kalitesini iyileştirmek, konsantrasyondaki salınımları dengelemek için kullanılır. Faydaları şunlardır:
Ayrıca su kalitesinde bozulmalarda olabilir:
2.3.5. Nötralizasyon
Suya asit veya baz ilave edilerek suyun pH’sının istenilen değere getirilmesi için uygulanır.
2.3.6. Hızlı Karıştırma ve Yumaklaştırma
Alimünyum ve demir tuzları gibi yumaklaştırıcı maddeleri ham suya ilave ederek çökemeyen ve koloidal maddeleri çökebilen yumaklar haline getirerek sudan ayırmak için uygulanır. İki tip yumaklaştırma vardır:
Yüzey suları 10-7 – 0.1 mm büyüklüğündeki danecikleri ihtiva eder. Bu danecikler, çözünmüş maddeler, kolloidler ve askıdaki maddeler olarak sınıflandırılırlar. Çözünmüş maddeler çapları 0.001 µm’den küçük olan maddelerdir. Kolloidlerin çapları ise 0.001-1 µm arasındadır. Kil, SiO2, Fe(OH)3, virüsler (0.03-0.3 µm) kolloid sınıflandırmasına dahildir. Askıdaki maddelerin çapları 1 µm’den büyüktür. Bir daneciğin çökelme hızı danenin yoğunluğuna, dane çapına ve sıvı viskozitesine bağlıdır. Dane çapı küçüldükçe çökelme hızı azalır. O halde daha hızlı bir çökelme için bu danecikler yumak haline getirilmelidir. Yumaklar daha sonra yumkalaştırıcıdan sonra gelen çökeltim havuzlarında veya filtrasyon ünitesinde giderilir.
Metal oksitler (Al+3, Fe+2) pozitif yüke sahiptirler. Metal olmayan oksitler, kil vb ise genelde negatif yüke sahiptirler. İçme suyunda karşılaşılan kolloidler genellikle negatif yüke sahip olduğundan alum ve demir tuzları kullanıldığında suda stabil halde bulunan kolloidler destabilize olarak yumak oluşturmaya meyilli hale gelirler. Sudaki kolloidlerin yüküne zıt yüke sahşp iyonlar, danecik çevresinde birikecek ve sabit bir tabaka oluşturacaktır. Daha sonra suda bulunan kolloidler de zıt yüklü bu iyonlar etrafında sabit bir tabaka oluşturacağından dolayı daha büyük bir yumak tanesi oluşacaktır.
Atıksudaki kolloidler hidrofobik veya hidrofilik olabilirler.
Hirofobik kolloidler (çamur, vs.) sıvı ortama bir yakınlık göstermezler ve elektrolit ortamda kararsızdırlar. Bunlar kolayca koagüle olabilirler.
Proteinler gibi hidrofilik kolloidler ise suya yakınlık gösterirler.
Absorbe olan su flokülasyonu geciktirir ve bu yüzden etkin bir koagülasyon için özel işlem gerektirir.
Kolloid maddeler elektriksel özelliğe haizdirler. Bu özellikleri itici güç oluşturarak bir araya toplanmayı ve çökmeyi engeller.
Kolloid maddelerin kararlılığı itici elektrostatik güçlere, hidrofilik kolloidler durumunda ise koagülasyonu engelleyen su tabakasında çözünmeye bağlıdır.
Kolloid maddelerin kararlılığı önemli ölçüde elektrostatik yüke bağlı olduğundan flokülasyon ve koagülasyon sağlamak için bu yükün nötralizasyonu gerekir.
Zeta potansiyeli, elektrostatik yükün büyüklüğü dolayısı ile stabilizasyonun derecesi ile ilgilidir. Kolloid bir çözeltide Stabilizasyonun bozulması dolayısı ile çökmenin sağlanması için zeta potansiyelinin düşürülmesi gerekir. Endüstriyel atıksuların çoğunda kolloid maddeler negatif yüklü olduğundan atıksuya yüksek değerlikli katyon ilavesi ile zeta potansiyeli düşürülür.
Arsenik oksidin çöktürülmesinde katyon değerliğinin çöktürme gücüne etkisi aşağıdaki durumda gerçekleşir.
Na+ :Mg+2 : Al+3 = 1 :63 :570
Optimum koagülasyon, zeta potansiyeli 0 olduğunda ortaya çıkar, Bu izoelektrik noktası olarak adlandırılır. Etkin bir koagülasyon ±0.5 mV zeta potansiyeli aralığının üstünde oluşur.
Koagülasyon Prosesi Mekanizması:
Koagülant Özellikleri:
Atık arıtma uygulamalarında en çok kullanılan koagülant alüminyum sülfattır (Al2(SO4)3.18H2O). Alkalinite bulunan bir ortamda suya alum ilave edildiğinde aşağıdaki reaksiyon olur:
Al2 (SO4)3.18H2O + 3Ca(OH)2 →3CaSO4 + 2Al(OH)3 +18H2O
Alüminyum hidroksit Al2O3.x H2O kimyasal formunda olup amfoterik yapıdadır. Yani asit ya da baz gibi davranır. Asidik şartlarda:
[Al+3][OH- ]3 =1.9x10-33
pH 4 de çözeltide 51.3 mg/l Al+3 mevcuttur. Alkali şartlarda ise susuz alüminyum oksit çözünür:
Al2O3 + 2OH-→2AlO2- + H2O
[AlO2-][H+] = 4x10-13
pH 9.0 da çözeltide 10.8 mg/l alüminyum vardır
Alum flokları pH 7.0 de çok az çözünür. pH 7.6 nın altında flok yükü pozitif, pH 8.2 nin üstünde ise negatiftir. Bu limitler arasında flok yükü karışıktır.
Demir tuzları da yaygın olarak kullanılan bir koagülanttır. pH 3.0-13.0 aralığında çözünmeyen sulu demir oksit oluşur:
Fe+3 +3OH- → Fe(OH)3
[Fe+3][OH-]3 =10-36
Asidik pH da flok yükü pozitif alkali pH da negatif, pH 6.5-8.0 aralığında ise karışık yüklüdür. Ortamda anyonların bulunması flokülasyon derecesini etkiler. Sülfat iyonu asit aralığında flokülasyon yükseltir, alkali aralığında ise düşürür. Klorür iyonu hem asit hem bazik pH da biraz yükseltir. Kireç gerçek bir koagülant değildir ancak bikarbonat alkalinitesiyle birleşerek kalsiyum karbonat, ortofosfat ile birleşerek kalsiyum hidroksiapatit oluşturur. Magnezyum hidroksit yüksek pH seviyelerinde çöker. İyi ayırma için ortamda bir miktar jelimsi Mg(OH)2 olması gerekir, ancak bu durumda oluşan çamurun susuzlaştırılması zorlaşır. Kireç çamuru genellikle sıkıştırılabilir, susuzlaştırılabilir ve tekrar kullanım için kalsiyum karbonatı kirece dönüştürmek üzere kalsinleştirilir.
Koagülant Yardımcıları:
Bazı kimyasalların ilavesi ile daha büyük hızla çöken flok oluştuğundan koagülasyon hızlanır.
Aktifleştirilmiş silika çok ince alüminyum hidrat parçacıklarını birbirine bağlayan kısa zincirli bir polimerdir. Silika yüksek dozlarda, elektronegatif özelliğinden dolayı flok oluşumunu engeller. En uygun doz 5-10 mg/l dir.
Polielektrolitler yüksek molekül ağırlıklı polimerlerdir. İçerdikleri adsorplanabilen gruplardan dolayı partiküller veya yüklü floklar arasında köprü oluştururlar. Alum veya demir klorür ile birlikte düşük dozlarda (1-5mg/l) polielektrolit ilavesi ile büyük floklar (0.3-1mm) oluşur. Polielektrolitler pH dan etkilenmeksizin koloidin etkin yükünü azaltarak koagülasyonu sağlarlar.
Koagülant Ekipmanları:
Endüstriyel atıkların flokülasyon ve koagülasyonu için iki temel ekipman kullanılır.
2.3.7. Çöktürme
Çökebilen katıları uzaklaştırmak için uygulanır.
2.3.8. Flotasyon (Yüzdürme)
Yağ ve sudan hafif yüzücü maddeleri sudan ayırmak için uygulanır.
2.3.9. Filtrasyon
Suyu daneli malzeme ile teşkil edilmiş filtrelerden geçirerek sudaki koloidal ve askıdaki katı maddeleri tutmak için uygulanır.
2.3.10. Dezenfeksiyon
Suda bulunan zararlı mikroorganizmaları bertaraf etmek için uygulanır. Sterilizasyon, dezenfeksiyondan daha ileri bir kademe olup sporlar dahil bütün canlı organizmaların öldürülmesi işlemidir. İçme sularının dezenfekte edilmesinin gayesi sudan geçen hastalıkların önlenmesidir. Dezenfeksiyon birkaç şekilde yapılabilir.
Monokloramin
Dikloramin
Trikloramin
Suda bromin olduğu taktirde;
Bromat
2.3.11. Adsorpsiyon
Aktif karbon gibi maddelerle sudaki koku ve tat veren maddeleri tutmak için uygulanır.
2.3.12. İyon değiştirme
Suyun iyon değiştiricilerden geçirilmesiyle istenmeyen iyonların başka iyonlarla yer değiştirmesi işlemidir.
2.3.13. Membran Prosesler
Sudaki geniş zararlı kitlesi için mikrofiltrasyon, ultrafiltrasyon, nanofiltrasyon ve ters osmoz sistemlerinin uygulanmasıdır. Membran proseslerin avantajları arasında başlıca;
sayılabilir.
Aşağıdaki şekilde de bir membranın şematik gösterimi verilmiştir. Membran proseslerde, üç faz vardır. Bunlar;
Faz I
Beslenme
(Sürücü Kuvvetler)
Faz III Konsantre
Faz II - Süzüntü
Şekil Membran ile arıtmanın şematik gösterimi
Arıtma işlemi, I. Fazdaki (besleme fazı) bir bileşenin, membran tarafından belli bir oranda tutulması esasına dayanır. Membranda akım iki kısma ayrılır. Membrandan geçen akım süzüntü, geçemeyen akım ise konsantre akım olarak adlandırılır. Membrandan süzüntü tarafına doğru bir geçişin olması için bir sürücü kuvvetin uygulanması gerekmektedir. Membranlar sürücü kuvvetlerine göre,
olmak üzere dört ana grupta toplanır. Membranların sürücü kuvvetlerine göre sınıflandırılması Tablo 1’de verilmiştir.
Membran proseslerin en çok kullanılanları basınç uygulamalı olanlarıdır. Bunlar, boşluk büyüklüklerine bağlı olarak;
1. Ters Osmoz (RO)
2. Nanofiltrasyon (NF)
3. Ultrafiltrasyon (UF)
4. Mikrofiltrasyon (MF)
Basınç kuvveti altında çalışan membran proseslerine ait ayırma mekanizması Aşağıdaki şekil’de gösterilmiştir.
Tablo 1 Membran proseslerinin sürücü kuvvetlerine göre sınıflandırılması
Membran Prosesler
Su
Bazı tuzlar
Su
Tuzlar
Makromoleküller
Su
Tuzlar
Makromoleküller
Askıda Katılar ve Kolloidler
Makro moleküller
Su
Tuzlar
a) Mikrofiltrasyon
b) Ultrafiltrasyon
Çözünmüş Tuzlar
c) Nanofiltrasyon d) Ters Osmoz
MF
UF
NF
RO
Şekil 2. Basınç sürücü kuvveti altında çalışan membran prosesle
Metre
10
-10
10
-9
10
-8
10
-7
10
-6
10
-
5
Moleküller Ağırlık (
Dalton)
200 20.000 500.000
Serbest
Atomlar
Küçük
organik
monomerler
Şeker
Herbisid
Pestisid
Çözünmüş
Tuzlar
Endotoksin/
Pirogenler
Koloidler:
Albumen Protein
Kolloidal
Silica
Virüsler
Bakteri (
~
40
m
m)
K
ırmızı
Kan
Hücresi
Kripto
sporid
Ters
Osmoz
Nanofiltrasyon
ULTRAF
İLTRASYON
M
İKROFİLTRASYON
Derin
Yataklı
Filtrasyon
Figure 3. Farklı Membran Ayırma Proseslerinin Tutma Yetenekleri
Tablo 2. Basınç sürücülü membran proseslerin özellikleri (Scott, 1995)
Memb. Proses
Membran Tipi
Uygulanan Basınç Türü
Uygulamalar
Membran kalınlığı
MF
Simetrik ve asimetrik mikroboşluklu
Hidrostatik basınç
(<2 bar)
Partikül Ayrımı, Steril filtrasyonu
10-150 m
UF
Asimetrik,
mikroboşluklu
Hidrostatik basınç
(1-8 bar)
Makromolekül ayrımı
0.1-1.0 m
NF
Asimetrik
Hidrostatik basınç
(10-30 bar)
Küçük organik bileşiklerin ve bazı tuzların ayırımı
0.1-1.0 m
RO
Asimetrik, ince film kompozit
Hidrostatik basınç
(10-100 bar)
Küçük moleküler ağırlıklı çözünmüş maddelerin ayırımı
0.1-1.0 m
2.4. Su Arıtımındaki Akım Şemaları
a) Çökebilen madde miktarı yüksek ve mevsimlere göre kil muhtevası ve rengi değişen nehir suları
Cl2
K.M
pH kont
Hızlı
Karıştırm
Yumaklaştırma
Çöktür-me
Filtre
Hazne
Cl2
Biriktirme
Izgara
Nehir
Biriktirme müddeti 10-20 gün alınır.
b) Ötrofik Göl ve Su Haznelerinin Suları
Bu sular bazı mevsimlerde yüksek alg, kil ve diatoma ihtiva ederler. İri Çakıl ve kum daneleri yoktur, az miktarda mil bulunur.
Cl2
K.M
pH kont
Hızlı
Karıştırm
Yumaklaştırma
Çöktür-me
Filtre
Hazne
Cl2
Göl
c) Su Kalitesi iyi olan Göller
Cl2
K.M
pH kont
Hızlı
Karıştırm
Yumaklaştırma
Filtre
Hazne
Cl2
Göl
d) Rengi fazla fakat askıdaki madde muhtevası as sular
K.M
pH ayarlama
Hızlı
Karıştırm
Yumaklaştırma
Filtre
Hazne
Cl2
Rengi fazla su
3-10 dakika
Opsiyonel
Hız: 5-10 m/st
e) Yer altı suları için akım şemaları
K.M
Havalandırma
Bekletme
Filtre
Hazne
Cl2
Kuyu suyu
e) Sert Yer altı suları için akım şemaları
Soda
Havalandırma
Karıştırma
Filtre
Hazne
Cl2
Kuyu suyu
Kireç
Çöktürme
GAC
3. Atıksu Arıtımı
3.1 Mekanik ön arıtma birimleri (Birincil Arıtma)
3.1.1 Izgaralar
Atıksu içerisinde bulunan büyük parçaların pompa, boru ve teçhizata zarar vermemesi, diğer arıtma kısımlarına gelen yükün hafifletilmesi ve yüzücü maddelerin sudan ayrılması gibi amaçlarla ızgaralar kullanılır. Izgaralar, atıksu arıtma tesisi girişlerine yerleştirilmektedirler. Izgaraların seçiminde su derinliği, çubuklar arasındaki açıklık, tarama sıklığı, müsaade edilen yük kaybı, serbest akış alanı, ızgaraların önünde veya arasında çökelme ihtimali, yaklaşım kanalının şekli, ızgara kanalının göz sayısı, tutulacak çöp miktarı ve türü, kapaklar önünde oluşacak su yükü ve ızgaradan sonra uygulanacak proses rol oynamaktadır. Izgaraların serbest açıklığı, maksimum debiyi geçirecek ve hatta biraz daha fazlasını geçirebilecek büyüklüğe sahip olmalıdır. Izgaralar, kaba ızgara ve ince ızgara olmak üzere iki çeşittir.
Kaba Izgaralar: arıtma tesisinin en başında ve 40 mm’den iri maddelerin mevcut mekanik ekipmanlara zarar vermemesi ve boru hatlarında tıkanıklık yaratmaması (çöp, naylon, ahşap malzeme v.b) için tutulması ve uzaklaştırılması için kullanılırlar. Üç değişik tipte inşaa edilirler. Bunlar, sabit çubuk ızgaralar, hareketli bant ızgaralar ve öğütücülerdir. Çubuk ızgaralar, pompaların ve terfi merkezlerinin önüne yerleştirilirler. Elle temizlemeli veya mekanik temizlemeli olabilirler. Büyük arıtma tesislerinde, mekanik, küçük arıtma tesislerinde elle temizlemeli olanlar kullanılır. Hareketli bant ızgaralar (mikroelekler), çubuk ızgaraya göre daha küçük parçacıkların uzaklaştırılmasında kullanılır. Düz, sepet, kafes ve disk tiplileri vardır. Izgaralar kanaldan çıkartılarak temizlenip yerine takılırlar. Yeni tipleri hareketli eleklerdir. Tasarımları ince ızgaralara benzer. Uzaklaştırılacak maddelerin boyutuna bağlı olarak aralıkları, 3-20 mm arasında olabilir. Öğütücüler, kaba eleklerle birlikte kullanılırlar. Izgaralarda tutulan katı maddeleri öğütürler. Dönen veya titreşen bir merdane üzerinde kesme dişleri veya doğrama kısımları vardır. Öğütücüler tamamen batmış konumdadırlar.
İnce ızgaralar: çubuk aralığı, 2.3–6 mm mertebesindedir. Bu tip ızgaralar mekanik temizleme mekanizmalarına sahip olup, ızgarada tutulan katı maddeler zaman zaman otomatik olarak temizlenerek katı madde konteynerlerinde depolanır ve daha sonra uygun alanlara dökülür. Son yıllarda ikinci kademe arıtma çıkış suyunu iyileştirmek amacıyla mikroelekler de üretilmiştir. İnce ızgaralar, hareketli ve hareketsiz eleklerden oluşmuştur. Hareketsiz veya statik elekler dik, eğik veya yatay olarak monte edilirler. Hareketli elekler, çalışma sırasında sürekli olarak temizlenirler. Her iki tip ince elekte de, % 20-25 oranında askıda katı madde ve BOI5 giderimi sağlanır.
Elle temizlenenler 1.7 m boyundaki bir adamın boyuna göre, tırmığı rahat çekmesi göz önünde tutularak, yatayla 35 ile 450 açı yapacak şekilde tertiplenmektedir.
Mekanik ızgaralar ise 60 ile 800 açı ile düzenlenmektedir. İnce ızgaralarda tırmık sıyırma hızı, 0.10-0.15 m/sn alınabilir. Tırmığın bir tur yapması (çalışma devresi), ızgara boyuna bağlı olarak 2 ile 5 dakika arasında değişmektedir.
Genel halde, ızgara çubuklar arasındaki ortalama su hızı 0.75 m/sn, maksimum su hızı 1.25 m/sn olmalıdır. Daha büyük hızlar çöpleri sürükleyeceği için istenmemektedir. Yaklaşım kanalındaki hız ise çökelmeye meydan vermeyecek şekilde, maksimum debide, 1 m/sn değerini geçmemesi ve minimum debide 0.3 m/sn değerinden küçük olmaması gerekir. Izgara kanalının minimum genişliği, 60 cm olmalıdır.
Izgaralar giriş-çıkış su seviyeleri arasındaki fark belirli bir değere (mesela 15-25 cm) ulaştığı zaman temizlenmelidir. Ancak seviye farkı bu değere ulaşıncaya kadar uzun bir süre geçerse bu halde ızgara üzerindeki çöpler kuruyarak otomatik temizleme aletine zorluk çıkarmaya başlar. Bu sebeple, ızgaraların temizleyicileri hem seviye farkına hem de zaman saatine göre devreye girmelidir.
3.1.2 Dengeleme Havuzu
Arıtma sistemlerinde dengelemenin amacı atıksu karakteristiklerindeki değişiklikleri minimize ederek arıtma kademelerinde optimum şartları sağlamaktır. Dengeleme ünitesinin boyutu ve tipi, atıksuyun miktarı ve değişimi ile ilgilidir. Dengeleme tankı, atıksu debisindeki farklılıkları ve üretimden dolayı zaman zaman atılan veya istemeyerek dökülen bazı konsantre atıksu akımlarını biriktirebilecek boyutta dizayn edilir. Dengeleme ünitesinde, konsantrasyonun dengelenmesi ve çökelmenin önlenmesi amacıyla karıştırma uygulanır. Buna ilaveten karıştırma ve havalandırma ile yükseltgenebilen maddelerin ve BOI’nin kısmi oksidasyonu gerçekleşir. Dengeleme tanklarında karıştırma, giriş akımının dağıtımı ve perdeleme, türbinlerle karıştırma, difüzörle havalandırma ve mekanik havalandırıcılarla havalandırma gibi tekniklerle yapılmaktadır. Atıksu debisi gözönüne alındığında, dengeleme havuzlarının hacimlerine günlük maksimum ve minimum atıksu debilerini dengeleyecek şekilde karar verilir. Bunun dışında dengeleme havuzları özellikle Ardışık Kesikli Reaktör (AKR) gibi kesikli çalışan sistemlerin uygun işletilmesinde de kullanılabilir.
Debi dengelenmesinde gerekli hacim, toplam akış hacminin zamana karşı çizilmesi ile hesaplanır. Aynı diyagrama ortalama günlük akış hızı (orijin ile son noktanın birleştirildiği düz çizgi) da çizilir. Kütle akış eğrisine teğet, ortalama günlük akış hızı eğrisine paralel bir doğru çizilir. Gerekli dengeleme hacmi, teğet çizilen noktanın ortalama günlük akış hızı doğrusuna dik doğrultudaki uzaklığıdır. Eğer akış hızı grafiği, ortalama akış hızı doğrusunun üstüne çıkıyorsa gerekli dengeleme hacmi, iki teğet doğru arasındaki dik uzaklıktır. Uygulamada dengeleme tankı hacmi teorik olarak hesaplanan değerden daha büyük tutulur. Genellikle, bekletme süresi 2 ile 8 saat arasında olacak şekilde bir bekletme süresi seçilir. Bazı durumlarda 12 saat, hatta daha fazla olabilir.
Dengeleme tankının ön arıtmadan sonra, biyolojik arıtmadan önce bir yerde olması uygundur. Ön arıtmadan hemen sonra dengeleme, çamur ve köpük problemlerini azaltacaktır. İlk çöktürmeden ve biyolojik arıtmadan önce yapılacak dengeleme ünitelerinde, katı maddelerin çökmesini ve konsantrasyon dalgalanmalarını önlemek için yeterli karışım, koku problemine karşı da yeterli havalandırma sağlanmalıdır. Karıştırma, tank içeriğinin karışmasını sağlamak ve tankta katıların çökmesini önleyecek düzeyde olmalıdır. 220 mg/l askıda katı madde içeren orta kuvvette bir evsel atıksu için karıştırma gereksinimi, 0.004-0.008 kW/m3 dür. Havalı şartları korumak için de 0.01-0.015 m3/m3.dak debide hava verilmelidir. Ön çöktürme sonrası ve kısa kalma süreli (iki saatten daha az) dengelemede havalandırma gerekmeyebilir.
Dengeleme tankı inşasında dikkate alınacak hususlar, inşaatın yapıldığı malzeme, tank şekli ve teçhizattır. Mevcut bir havuz kullanılacaksa gerekli değişiklikler yapılır. Genellikle borulama ve yapısal değişiklikler gerekmektedir. Dengeleme havuzları toprak, beton veya çelikten inşa edilebilir. Toprak havuzların maliyeti daha düşüktür. Yerel şartlara bağlı olarak yanal eğim 3:1 ve 2:1 olmalıdır. Yeraltı suyu kirliliğini önlemek için havuz geçirimsiz bir malzeme ile kaplanır. Havasız şartların oluşmasını önlemek için difüzörler veya yüzer havalandırıcılar ile havalandırma yapılır.
3.1.3 Kum tutucu
Kum, çakıl gibi inorganik maddeleri atık sudan ayırmak, arıtma tesislerindeki pompa ve benzeri teçhizatın aşınmasına ve çökeltim havuzlarında tıkanma tehlikesine engel olabilmek, hareketli mekanik ekipmanın aşınmasını önlemek, boru ve kanallarda birikintileri engellemek ve kum birikiminden dolayı çamur çürütücünün temizlenme periyodunu azaltmak için kum tutucular kullanılır. Bu çeşit maddeler genellikle, yağmur suları ile sürüklenerek kanalizasyon sistemlerine karışmaktadır. Kum tutucularda sadece, inorganik malzemelerin çökelmesi istenir. Çökelmesi halinde koku problemine sebep olabilecek organik maddelerin çökelmesi istenmez. Özellikle, yoğunluğu 2650 kg/m3 ve tane çapları 0.1-0.2 mm’den daha büyük olan katı maddelerin tam olarak tutulmasını sağlamak için kullanılır. Kum tutucular genellikle kaba ızgaradan sonra ilk çöktürmeden önce kullanılırlar.
Kum tutucularda, istenen büyüklükteki katı maddeler tutulacak, arzu edilmediği halde tabana çökelen daha küçük çaplı katı maddeler ve organik maddelerin tekrar suya karışacak şekilde projelendirilmesi gerekmektedir. Bunun için yatay akış hızı belli bir değerin altına düşürülmemelidir. Yatay akış hızı, 0.25-0.4 m/sn (ortalama 0.3 m/sn) olacak şekilde projelendirilir ve kum tutucuların boyutlandırılmasında kullanılan en önemli parametredir. Bu akış hızı organik maddelerin kum tutuculardan dışarıya sürüklenmesini temin eder. Kum tutucuların boyutlandırılmasında kullanılan ikinci en önemli parametre, yüzey yüküdür. 0.1 mm ve daha büyük çaptaki daneciklerin çöktürülmesi için yüzey yükü, 24 m/st değerinin altında olmalıdır.
Kum tutucular, yatay akışlı dikdörtgen planlı, havalandırmalı, daire planlı ve düşey akımlı kum tutucular olarak sınıflandırılmışlardır. Yatay akışlı kum tutucular uzun havuzlardan ibarettir. Yatay akışlı kum tutucularda, bekletme süresi 1 dak, yatay akış hızının 0.3 m/sn ve yüzey yükünün 24 m3/m2.st olması gerekmektedir. Küçük tesislerde kum temizleme el ile mümkündür. Bu durumlarda temizlenecek olan havuz devre dışı kalacağı için en az iki gözlü olarak boyutlandırılması gerekmektedir. Büyük tesislerde mekanik temizleme ekipmanının teçhiz edilmesi gerekmektedir. Yatay akışlı kum tutucularda atıksu, kum tutucuyu yatay doğrultuda geçer, çizgisel hız, kum tutucunun boyutu, girişte dağıtım mekanizması ve çıkışta çeşitli savaklarla kontrol edilir.
Havalandırmalı kum tutucularda, havalandırma basınçlı havalandırma ile yapılmaktadır. Havalandırmalı kum tutucular, saatlik pik debilerde, 0,2 mm boyutundaki partikülleri, 2-5 dakikalık kalma süresinde gidermek üzere tasarlanmışlardır. Havalandırma difüzörleri, kum tutucu havuz tabanının 0.45-0.60 m yukarısına yerleştirilir. Endüstriyel atıksuların da karıştırıldığı kentsel atıksuların havalandırmalı kum tutucularda arıtımında, havalandırmadan dolayı UOK (Uçucu Organik Karbon) oluşumu dikkate alınmalıdır. UOK oluşumu, arıtma tesisi işletmecileri açısından sağlık riski teşkil eder. UOK oluşumu önemli miktarlarda ise kum tutucu üzerine kapak yapılmalı veya havalandırmasız kum tutucular tercih edilmelidir. Havalandırmalı kum tutucular spiral akışlı havalandırma tankından oluşur. Spiral hız, tank boyutu ve verilen hava miktarı ile kontrol edilir. Havalandırmalı kum tutucuların derinliği 2 m ve 5 m, boyu 7.5 m ve 40 m arasında, genişliği 2.5 m ve 7 m arasında, hava debisi 3-10 m3/st.m arasında değişmektedir.
Daire planlı kum tutucular, giriş ve çıkışı ayarlamak sureti ile akıma dairesel bir yörüngenin verildiği kum tutuculardır. Kumlar, merkezkaç kuvvetinin etkisi ile merkezdeki kum bölmesinde birikirler. Atıksu girişi teğetsel olarak giriş yaparak girdap oluşturur. Santrifüj ve yerçekimi kuvvetleri kumun çökmesine neden olur. Dairesel kum tutucunun boyutlandırılması, yüzey yükünün seçilmesi sureti ile gerçekleştirilir. Yüzey yükü olarak 24 m3/m2.st alınması tavsiye edilmektedir. Pik debide hidrolik bekletme süresi 30 sn alınabilir. Çapı, 1.5 ile 7 m aralığında, yüksekliği ise 3 m ile 4.5 m aralığında seçilebilir.
Tutulan kum miktarı, 0.004-0.21 m3/103m3 aralığında değişmektedir. Kişi başına ise günlük, 5 ile 15 gr arasında kumun oluştuğu belirtilmektedir. Kum tutucularda toplanan kum, kireçle stabilize edilip düzenli çöp depolama alanlarında bertaraf edilebilir. Kum tutucu tabanında biriken maddeler az da olsa bir miktar organik madde ve patojen mikroorganizma ihtiva ettiğinden bunların gelişigüzel atılmaları sakıncalıdır. Bunlar da ızgara atıklarında olduğu gibi evsel katı atıklarla beraber bertaraf edilirler.
3.1.4 Yağ ve gres tutucu
Atıksuda bulunan ve yoğunluğu sudan küçük olan yağ, gres, solvent ve benzeri yüzen maddeleri sudan ayırmak için yağ tutucular kullanılır. Evsel atıksu arıtma tesislerinde yağlar, ön çökeltme havuzu yüzeyindeki yağ sıyırıcıları ile uzaklaştırılırlar. Bu nedenle ön çöktürme havuzlarında, köpük ve yağ toplama tertibatı teşkil edilir. Ön çökeltim havuzunun olmaması veya bu gibi maddelerin oranının çok yüksek olması halinde, gerek bu maddeleri geri kazanmak, gerekse arıtma verimini yükseltmek amacıyla yağ tutucular yapılmalıdır.
Yağ tutucuda serbest yağ tankın yüzeyine toplanır ve daha sonra sıyırma ile ortamdan uzaklaştırılır. Yağ tutucu tasarımı, yoğunlukları 0.80 gr/cm3 ve çapı 0.015 cm’den büyük serbest yağ taneciklerinin giderilmesi esasına dayanmaktadır.
Yağ tutucu verimini artırmak için içerisine plakalar da yerleştirilmektedir. Levhalı yağ tutucu, paralel ve oluklu levhalardan oluşur ve 0.006 cm’den büyük yağ damlacıklarını ayırmak için tasarlanmıştır. Burada problem, yüksek yağ yüklemelerinde, yağ taneciğinin kesme kuvvetinden dolayı arıtma veriminin düşmesidir. Bu durumda atıksu girişi levhanın zıttı yönünde yapılmalıdır. Böylece ayrılan yağ tanecikleri akışın tersi yönünde hareket ederek yükselir (burada levhalar 45o açılı ve 10 cm aralıklı yerleştirilir). Hidrolik yük, sıcaklık ve yağın özgül ağırlığı ile değişmektedir. Yağ, 20 oC sıcaklık ve 0.9 gr/cm3 özgül ağırlığında en düşük debiye sahiptir. 0.5 m3/m2.st’lik hidrolik yüklemelerde, 0.006 cm boyutundaki yağ damlacıkları tutulabilmektedir. Tasarımda belirlenen büyüklük, % 50 emniyet faktörü ile büyütülmelidir.
Emülsifiye yağ, ortamda kolloidal halde bulunan yağdır. Emülsifiye yağın uzaklaştırılması için serbest forma dönüştürülmesi gerekmektedir. Serbest forma dönüşmesi için ise asit ilavesi yapılmakta veya emülsiyon kırıcı polimerler kullanılmaktadır. Daha sonra serbest yağ, yüzdürme ile yüzeyden alınmaktadır. Emülsiyon halindeki yağı ayırmak için ise, disperse hava flotasyonu ya da çözünmüş hava flotasyonu gibi üniteler kullanılır.
3.1.5 Ön Çöktürme Havuzu
Ön çöktürme, organik ve inorganik yapıda çökelebilme özelliğine sahip askıda katı maddelerin yerçekimi etkisiyle sudan ayrılması işlemidir. Ön çöktürme işlemi uygulanan atıksu sonraki arıtma ünitelerine yönlendirilir. Ön çöktürme işlemini takip eden diğer arıtma ünitelerinin organik madde ve katı madde yükleri azaltılmış olmaktadır. Ham atıksuyun içindeki çökelebilen maddeler sudan yüksek yoğunlukta ön çöktürme çamuru olarak uzaklaştırılır. Önçöktürme havuzunda askıda katı madde giderimi bekletme süresinin bir fonksiyonudur.
Atıksuda organik madde, etkin biyolojik azot ve fosfor giderimi için istenmektedir. Özellikle biyolojik nütrient giderimi için tasarlanan aktif çamur sistemlerinde ön çöktürme tanklarının projelendirilmesi aşamasında organik madde gideriminin tesisin çıkıştaki azot ve fosfor standardının sağlanmasında olumsuz bir durum yaratıp yaratmayacağı da tahkik edilmelidir. Ön çöktürme havuzları dikdörtgen ve dairesel planlı olarak projelendirilir. Ön çöktürme havuzları suyun üniform dağıtımını ve akımını sağlayacak giriş-çıkış savak yapıları ile donatılması gereklidir. Yüzeydeki köpük ve tabandaki çamur birikintilerinin uzaklaştırılması için uygun bir yüzey ve taban sıyırma tertibatı bulunmalıdır. Çamur haznesinin büyüklüğü çamurun özelliklerine ve çamur boşaltma aralıklarına uygun olmalıdır.
Ön çöktürme çamurları organik madde içeriği zengin olduğundan yoğunlaştırma aşamasından sonra çamur stabilizasyon işlemine (anaerobik, aerobik vb.) tabi tutulması gerekmektedir. Özellikle eşdeğer nüfusu büyük olan yerleşimler için ön çöktürme çamurunun anaerobik stabilizasyonundan elde edilen biyogaz ile enerji geri kazanımı ekonomik bir çözüm olabilmektedir.
Ön çöktürme havuzları, ızgaralar ve kum tutuculardan sonra inşaa edilir. Ön çöktürme tanklarının üç ana fonksiyonu vardır. Bunlar, çöktürme ile sıvıdan katıları (çamur) ayırma, yüzdürme ile sıvıdan katıları (köpük, yağ, yüzen birikintiler) ayırma ve katıları yoğunlaştırmadır. Ham atıksu kalitesi ve debisi dengelenmektedir. Ön çöktürme havuzunun yapılıp yapılmayacağı, KOİ/TKN oranına bağlıdır. KOİ/TKN oranı 7’nin üzerinde ise genellikle ön çöktürme havuzu yapılmakta, 7’den düşük ise yapılması gerekmemektedir. Bir diğer kriter debidir. Ön çöktürme tankları genellikle büyük kapasiteli (>3800 m3/gün) atıksu arıtma tesislerinde kurulur. Daha küçük tesislerde eğer ikinci kademe arıtma ünitesi tüm yükü kaldırabilecekse ve köpük, yağ ve yüzen kalıntılar işletme problemi yaratmayacaksa (kum tutucuda giderilebilecekse) ön çöktürme ünitesi kurulmaz. Damlatmalı filtre, döner biyolojik disk ve batmış biyolojik reaktör gibi ikinci kademe arıtma üniteleri mevcutsa ekipmanın zarar görmemesi için mutlaka sistemin önüne ön çöktürme tankı konulmalıdır.
Ön çöktürme havuzunda, AKM giderimi % 50-65’ler, BOİ giderimi ise % 25-40 seviyelerinde olmaktadır. Böylece biyolojik arıtma ünitesinde arıtılacak organik yük azaltılmış olmakta, organik yükteki azalma biyolojik arıtma ünitesinde sisteme verilmesi gerekli oksijen miktarının azalmasına, dolayısı ile enerji gereksiniminin ve oluşan fazla aktif çamur miktarının azalmasına neden olmaktadır. Ham atıksudaki köpüğün giderilmesi ile de havalandırma tankı ve çöktürme tanklarında köpük oluşumu azalmaktadır. Endüstriyel atıksu durumunda ise atıksudaki çözünmüş BOI5 miktarı farklı olduğundan bu oranlar değişir. Ön çöktürme tankına kimyasal ilavesi yapılırsa arıtım oranları yükselir. Çöktürme tankında hidrolik kısa devre, atıksu debisindeki aşırı değişiklikler, çok yüksek ya da düşük atıksu sıcaklıkları, yüksek geri devir oranları BOI5 ve askıda katı madde giderimlerinin tipik değerlerin altına düşmesine neden olmaktadır.
Toplam katı maddelerin homojen özellikte olması sebebiyle ön çöktürme işlemi, serbest çökelme ve yumaklı çökelme olmak üzere iki şekilde olmaktadır.
Ön çöktürme tanklarının tipleri, yatay akışlı, katı madde temaslı veya eğri yüzeyli olabilmektedir. Yatay akışlı havuzların avantajı, daha az yer kaplaması, birden fazla uniteler halinde olabilmesi, birden fazla unitelerde aynı duvar kullanılarak ekonomi sağlanması, koku kontrolünün daha kolay olması, daha uzun çökelme zamanı, giriş-çıkış yapılarındaki kayıpların az olması ve çamur toplama için daha az enerji harcanmasıdır. Dezavantajlar ise ölü bölgelerin oluşabilmesi, debi değişimlerine hassas olması, çamur toplama ekipmanı için genişliğin kısıtlayıcı faktör olması, savak yükünü azaltmak için birden fazla savak yapılması ve yüksek bakım masraflardır. Yatay akışlı havuzlar hem dairesel hemde dikdörtgen şeklinde yapılabilmektedir. Hangi türün seçileceği, tesisin büyüklüğü, yerel arazi şartları, mevcut birincil arıtma ekipmanı, ilgili mühendisin kararı, mal sahibinin tercihi, yatırım ve işletme maliyeti gibi faktörlere bağlıdır.
Dairesel ön çöktürme tanklarında besleme merkezden yapılmaktadır. Atıksu merkezden dış duvarlara doğru hareket etmekte ve dış çevre boyunca uzanan savaktan çıkış yapmaktadır. Çöken çamur sıyırıcılarla merkeze doğru itilmektedir. Üstte toplanan yüzer maddeler ise döner bir sıyırıcı ile toplanarak bir haznede biriktirilmektedir.
Dikdörtgen ön çöktürme tanklarında atıksu beslemesi bir uçtan yapılmakta, atıksu uzun kenar boyunca hareket ederek diğer uçtan tankı terk etmektedir. Çöken çamur, dip kısımda atıksuyun ters yönünde hareket eden sıyırıcılar vasıtasıyla çamur toplama bölümüne iletilmektedir. Su yüzeyinde dolaşan köpük toplayıcılar, yüzeydeki köpüğü toplayarak atıksu çıkışı tarafındaki köpük toplayıcı hazneye ulaştırmaktadır. Dikdötgen planlı ön çöktürme havuzlarının derinliği 3 ile 4.5 m arasında, uzunluğu, 15 ile 90 m, genişliği 3 ile 24 m ve sıyırıcı hızı ise 0.6 ile 1.2 m/dak arasında değişmektedir.
Katı madde temaslı ön çöktürme havuzlarında, katı maddeler yükselerek çamur battaniyesi oluştururlar. Gelen katı maddeler burada birleşerek tutunurlar. Sıvı faz ise yükselerek savaklara doğru ilerler. Aynı giderme verimindeki yataş akışlı ön çöktürme tanklarına göre daha iyi hidrolik performans gösterirler. Dairesel ya da dikdörtgen planlı olarak tasarlanırlar. Septik koşullar oluşturduğu için biyolojik çamurlar için kullanılması uygun değildir.
Eğri yüzeyli ön çöktürme havuzlarında, eğri yüzeyler çok daha kısa çökelme zamanı sağladığı için verimlidir. Yaygın olarak aşırı yüklü ilk ve son çöktürme tanklarının yenilenmesi/geliştirilmesi için kullanılır. Eğri yüzeyler (geniş yüzey alanı sağlamaktadır.), tüp şeklindeki yapı veya plakalar ile sağlanabilmektedir. Böylelikle tank hacmi küçülmektedir. Bu şekilde daha az rüzgar etkisi olmakta ve laminer akım oluşmaktadır. Dezavantajı ise septik koşulların oluşabilmesi ve tüplerin ya da kanalların tıkanmasıdır.
Ön çöktürme havuzlarının hesabı, yüzey yükü, bekletme süresi ve derinliğe bağlıdır. Ön çöktürme tanklarının boyutlandırtılmasında kullanılan en önemli parametre yüzey yüküdür. İyi bir performans elde etmek için bunun dışında tank derinliği, bekletme süresi, çamur sıyırıcı taşıma kapasitesi gibi parametrelerin de dikkate alınması gereklidir. Yüzey yükü ortalama debide, 33 ile 49 m3/m2.gün ve pik debide ise 81 ile 122 m3/m2.gün aralığında değişmektedir. Savak yük ise 124 ile 496 m3/m/gün aralığında değişmektedir. Savak yükünün ön çöktürme tankı performansına etkisi çok azdır. Aşırı su hızını önlemek üzere yeterli tank derinliği ve çıkış suyu olukları arasında yeterli mesafe olması önerilmektedir. Böylece dipte toplanan çamurun hareketlenip çıkış suyu ile sürüklenmesi önlenmiş olmaktadır.
Ortalama tasarım debisinde bekleme süresi 2.5 saati geçmemelidir. Uzun kalma sürelerinde septik şartlar oluşmakta, bu da çöktürme tankı performansının düşmesine (havasız çürüme şartlarında oluşan gazlar çamurun çökmesini engellemekte) ve koku oluşmasına sebep olmaktadır (havasız çürüme sırasında çıkan gazlar). Uzun çamur yaşı ise çöken organik katıların çözünmesine neden olmakta, bu da takip eden arıtma üniteleri için daha yüksek organik yüklemeye sebep olmaktadır. Düzgün tasarlanmış çamur toplama üniteleri, toplanan çamurun uygun sürede nakli ile tankın dibinde çamur birikimini önleyecektir. Çamur kalınlığı, septik şartların oluşumunu ve uzun çamur yaşını önlemek üzere minimize edilmelidir.
Çöktürme işlemlerinde çöken çamurun akışkan tarafından sürüklenmemesi için akışkanın yatay hızı büyük önem taşımaktadır. Akışkanın yatay hızının belirli bir değerden büyük olması durumunda akışkanın çöktürme tankı tabanında birikmiş çamuru sürükleme riski vardır.
Dairesel çöktürme havuzlarında derinlik, 3 ile 4.5 m arasında (ortalama 3 m), çap, 3 ile 60 m arasında, taban eğimi, 62 ile 167 mm/m arasında ve sıyırıcı devir sayısı ise 0.02 ile 0.05 devir/dak arasında değişmektedir. Çöktürme havuzundaki ortalama yük kaybı 0.4 m ile 0.6 m arasında değişmektedir.
Çökeltim havuzları suyun üniform dağıtımını ve akımını sağlayacak giriş-çıkış yapıları ile teçhiz edilmiş olmalıdır. Çamur haznesinin büyüklüğü çamurun özelliklerine ve çamur boşaltma aralıklarına uygun olmalıdır.
3.2 Biyoloijk Arıtma Birimleri (İkincil Arıtma)
Atıksuda bulunan organik kirleticilerin, mikroorganizmalar tarafından besin ve enerji kaynağı olarak kullanılmak suretiyle atıksudan uzaklaştırılmaları esasına dayanan arıtma yöntemleridir. Biyokimyasal süreçlerin sonunda, ayrışabilen organik madde elektron verip yükseltgenerek (oksitlenme) kararlı son ürün olan CO2 ve H2O’ya dönüşür. Dolayısı ile ayrışabilen organik maddelerin bir kısmı biyokütleye, diğer kısmı da enerjiye dönüşür.
Biyolojik arıtmada en yaygın kullanılan yöntem aktif çamur sistemleridir. Organik kirliliğin, askıda tutulan mikroorganizmalar (heterotrofik bakteriler) yardımıyla giderildiği bir arıtma metodudur.
Deşarj standartlarına bağlı olarak aktif çamur sistemleri organik madde giderimi ve nitrifikasyon; denitrifikasyon; aşırı biyolojik fosfor giderimi için uygun reaktör konfigürasyonları ile efektif olarak çalıştırılabilir. Proses şartlarına bağlı olarak aktif çamur reaktörü aerobik (havalandırmalı), anoksik ve anaerobik şartlarda çalıştırılabilir. Son çöktürme tankında çöken çamur aktif çamur havuzuna geri devrettirilmek sureti ile uygun biyokütle miktarı sağlanmış olur. Öngörülen biyokütle miktarından fazlası ise çamur işleme ünitelerine biyolojik fazla çamur olarak gönderilir.
Aerobik prosesler oksijenli ortamda organik madde giderimi ve/veya nitrifikasyon prosesleri için kullanılmaktadır. Nitrifikasyon prosesinde ototrof bakteriler amonyum azotunu oksijenli ortamda nitrata kadar yükseltger. Bu prosesler, mikroorganizmaların konumuna göre askıda çoğalma, yüzeyde çoğalma ve ikisinin birlikte uygulandığı kombine sistemler olarak sınıflandırılır. Birden fazla prosesin ardarda kullanıldığı ardışık sistemler de mevcuttur.
Biyolojik atıksu arıtımının temel amaçları:
· Temel olarak çözünmüş ne partiküler biyolojik olarak parçalanabilen bileşenleri (organik madde) kabul edilebilir son ürünlere dönüştürmek veya okside etmek (H2O, H2S, CO2, CH4)
· Askıda ve çökelemeyen kolloidal katıları biyolojik bir floga yada biofilm tarafından yakalanmasını veya bir araya gelmesini sağlamak.
· Azot ve fosfor gibi nütrientleri dönüştürmek ve uzaklaştırmak.
· Bazı durumlarda spesifik iz (eser) organik bileşenleri ve bileşikleri uzaklaştırmak.
Yukarıda söylediklerimiz evsel atıksular için geçerlidir. Endüstriyel atıksular için amaç (biyolojik arıtım) organik ve inorganik bileşiklerin konsantrasyonunu azaltmak veya uzaklaştırmaktır. Endüstriyel atıksularda bulunan bileşenlerin ve bileşiklerin bir kısmı mikro organizmalara toksik olduğundan dolayı endüstriyel atıksular evsel kanalizasyon sistemine deşarj edilmeden önce ön arıtımının yapılması gerekir. Tarımsal sulama amaçlı geri kullanılan atıksular için amaç azot ve fosfor gibi nütrientleri uzaklaştırmaktır (bunlar aquatik bitkilerin büyümesini teşvik eden bileşiklerdir). Biyolojik atıksu arıtma sahasında kullanılan yaygın terimler Tablo 1’de sunulmuştur.
Tablo 1. Biyolojik atıksu arıtma sahasında kullanılan yaygın terimler
Aerobik (oksik) Prosesler
Oksijen mevcudiyetinde gerçekleşen biyolojik arıtım prosesleri
Anaerobik Prosesler
Oksijen yokluğunda gerçekleşen biyolojik arıtım prosesleri
Anoksik Prosesler
Nitrat azotunun oksijen yokluğunda biyolojik olarak N2 gazına dönüştürüldüğü prosestir. Bu proses aynı zamanda denitrifikasyon olarakta bilinir.
Fakültatif Prosesler
Hem moleküler oksijen varlığında hem de oksijen yokluğunda mikro organizmaların faaliyet gösterdiği biyolojik proseslerdir.
Kombine Aerobik/ Anoksik/ Anaerobik Prosesler
Spesifik bir arıtma amacını gerçekleştirmek için aerobik, anaerobik, anoksik proseslerinin birlikte kullanılmalarıdır.
Arıtım Prosesleri
Askıda-Büyüme Prosesleri
Atıksudaki organik madde veya diğer bileşenlerin gazlara ve hücre dokusuna dönüşümü için sorumlu olan mikro organizmaların sıvıdaki süspansiyonda olduğu biyolojik arıtım prosesleridir.
Bağlı-Büyüme Prosesleri
Atıksudaki organik maddelerin veya diğer bileşenlerin gazlara ve hücre dokusuna dönüşümü için sorumlu mikro organizmalar, taş, cüruf veya özellikle tasarlanmış seramik maddeler bir kısım inert maddelere bağlandığı biyolojik arıtım prosesleridir. Bağlı büyüme arıtma prosesleri sabit filmli prosesler olarakta bilinir.
Kombine Prosesler
Kombine prosesleri tanımlamak için kullanılan prosestir (kombine askıda ve bağlı büyüme prosesleri).
Lagün Prosesleri
Farklı uzunluk ve derinlikleri olan havuzlarda veya lagünlerde meydana gelen arıtma prosesleri için kullanılan genel bir terimdir.
Arıtma Fonksiyonları
Biyolojik Nütrient Uzaklaştırma
Biyolojik arıtma proseslerinde azot ve fosforu uzaklaştırılmasında uygulanan ifade veya terimdir.
Biyolojik Fosfor Uzaklaştırma
Biomass birikimle ve biomasstan ayrılmasıyla fosforun biyolojik gideriminde kullanılan terim.
Karbonlu BOİ5 Uzaklaştırma
Atıksudaki karbonlu maddelerin hücre, doku ve çeşitli gaz formundaki son ürünlere biyolojik dönüşümü
Nitrifikasyon
Amonyağın önce nitrite sonra nitrata dönüştüğü iki basamaklı biyolojik proses.
Denitrifikasyon
Nitratın azota ve diğer gaz formunda olan son ürünlere indirgendiği biyolojik proses
Stabilizasyon
Atıksuların biyolojik arıtımında ön çökeltmeden üretilen çamurdaki organik maddenin, çoğunlukla gazlara ve hücre dokularına stabilize edildiği biyolojik prosesler. Bu stabilizasyonun aerobik veya anaerobik şartlarda gerçekleştirilip gerçekleştirilmediği proses aerobik veya anaerobik çürütme olarak bilinir.
Substrat
Biyolojik arıtım esnasında dönüştürülen veya biyolojik arıtımına sınırlayıcı olabilen organik maddeleri veya nütrientleri göstermek için kullanılan terimdir. Örneğin atıksudaki karbonlu organik maddeler, biyolojik arıtım esnasında dönüştürülen substrat olarak adlandırılır.
Atıksu arıtımında mikroorganizmaların rolü:
Atıksuda bulunan organik maddelerin stabilizasyonu ve çözünmüş ile partiküler karbonlu BOİ nin giderimi temel olarak bakteri ve çeşitli mikroorganizmalar kullanılarak biyolojik olarak başarılır. Mikro organizmalar çözünmüş ve partiküler karbonlu organik maddeleri basit son ürünlere ve yeni oluşan biomassa okside etmek veya dönüştürmek için kullanılır. Organik maddelerin aerobik biyolojik oksidasyonu için aşağıdaki denklem kullanılabilir.
V1 (organik madde) + V2O2 + V3NH3 + V4PO4 ® V5 (yeni hücreler) + V6CO2 + V7H2O
V= stokiometrik katsayılar
Bu denklemle O2, NH3, PO4, organik maddenin basit son ürünlere (CO2, H2O) dönüştürmek için gerekli nütrientleri göstermede kullanılır. Oksidasyon prosesinin olması için mikro organizmlar gösterilir.
Yeni hücre terimi organik madde oksidasyonu sonucu olarak üretilen biomassı göstermek için kullanılır. Mikro organizmalar aynı zamanda atıksu arıtma proseslerinde azotun ve fosforun uzaklaştırılması içinde kullanılır. Spesifik bakteriler amonyağı nitrit ve nitrata okside edebilir. Diğer bakterilerde okside olan azotu gaz formundaki azota indirgeyebilir. Fosfor giderimi için büyük miktarda inorganik fosforu alabilmek ve depolayabilmek kapasitesi olan bakterilerin büyümesini gerçekleştirmek için biyolojik prosesler tasarlanır. Biomass sudan daha büyük yoğunluğa sahip olduğundan dolayı biomass yerçekimi çökelmesiyle arıtılmış sudan uzaklaştırılabilir. Organik maddeden üretilen biomassın sudan tamamen ayrılması önemlidir. Aksi takdirde çıkış suyuyla birlikte sistemi terk edecektir. Çıkış suyunda boi olarak ölçülecektir.
Atıksu Arıtımında Biyolojik Proses Tipleri:
Atıksu arıtmak için kullanılan temel biyolojik prosesler iki temel kategoriye ayrılabilir. Bunlar askıda büyüme ve bağlı büyüme prosesleridir. Askıda ve bağlı büyüme prosesleri için temel proses uygulamaları tablo 2’de verilmiştir. Tablo 2’de listelenen proseslerin tam tasarımı ve işletimi, proseste yeralan mikro organizma türlerinin ve gerçekleştirdiği spesifik reaksiyonların, performanslarını, nütrient gereksinimlerini ve reaksiyon kinetiklerini etkileyen çevresel faktörlerin anlaşılmasını gerektirir.
TİP
ORTAK İSİM
KULLANIM
Aerobik Prosesler
Askıda büyüme
Aktif çamur prosesi
C’lu BOI giderimi, Nitrifikasyon
Havalandırmalı lagünler
C’lu BOI giderimi, Nitrifikasyon
Aerobik çürütme
Stabilizasyon, C’lu BOI giderimi
Bağlı büyüme
Damlatmalı filtreler
C’lu BOI giderimi, Nitrifikasyon
Dönen biyodiskler
C’lu BOI giderimi, Nitrifikasyon
Paket yataklı reaktörler
C’lu BOI giderimi, Nitrifikasyon
Kombine Askıda ve Bağlı Büyüme Prosesleri
Damlatmalı Filtreler / Aktif Çamur prosesleri
C’lu BOI giderimi , Nitrifikasyon
Anoksik Prosesler
Askıda Büyüme
Askıda Büyüme Denitrifikasyon
Denitrifikasyon
Bağlı Büyüme
Bağlı Büyüme Denitrifikasyon
Denitrifikasyon
Anaerobik prosesler
Askıda Büyüme
Anaerobik Kontak Prosesler
C’lu BOI giderimi
Anaerobik Çürüme
Stabilizasyon,katı imhasında patojen giderimi
Bağlı Büyüme
Anaerobik Paketleme ve akışkan yataklı Prosesler
C’lu BOI giderimi, atık stabilizasyonu,denitrifikasyon
Çamur Yatağı
Yukarı akışlı anaerobik çamur yatağı
C’lu BOI giderimi
Özellikle yüksek gerilimli atıklar
Hibrit
Yukarı akışlı yatak/bağlı büyüme
C’lu BOI giderimi
Kombine Aerobik, Anaerobik ve Anoksik Prosesler
Askıda büyüme
Tek veya çoklu prosesler, çeşitli özellikli prosesler
C’lu BOI giderimi, Nitrifikasyon, Denitrifikasyon ve P giderimi
Hibrit
Tek veya çoklu prosesler, bağlı büyüme için paketleme ile
C’lu BOI giderimi, Nitrifikasyon, Denitrifikasyon ve P giderimi
Lagün Prosesler
Aerobik lagünler
Aerobik lagünler
C’lu BOI giderimi
Maturation(tertiary) lagünler
Maturation(tertiary) lagünler
C’lu BOI giderimi, Nitrifikasyon,
Fakültatif lagünler
Fakültatif lagünler
C’lu BOI giderimi
Anaerobik lagünler
Anaerobik lagünler
C’lu BOI giderimi, atık stabilizasyonu
3.2.1 Askıda Büyüyen Sistemler
Aktif çamur havuzu içindeki biyokütle havalandırma ya da mekanik karıştırma ile askıda tutulması ve atıksu ile homojen karıştırılarak uygun koşullarda istenilen reaksiyonların oluşturulması esasına dayanır. Bu amaçla, genellikle difüzörler veya yüzeysel havalandırıcıların kullanımı oksijen transferi ve tam karışımın sağlanması açısından yeterli olmaktadır. Havalandırma havuzuna oksijen transferi günlük ve mevsimlik ihtiyacı karşılayacak şekilde tasarlanmalıdır.
Tam karışımlı veya piston akımlı reaktör olarak projelendirilebilen aktif çamur havuzlarında atıksu biyolojik üniteyi takiben son çöktürme havuzuna yönlendirilir. Son çöktürme tanklarında yerçekiminden faydalanılarak arıtılmış su biyokütleden ayrılarak sonraki arıtma ünitelerine (dezenfeksiyon, filtrasyon vb.) iletilir veya deşarj edilir. Burada dikkat edilmesi gereken bir husus, aerobik aktif çamur tanklarının kullanıldığı sadece organik madde ve amonyum azotu gideriminin (nitrat azotuna çevrilmesi) sağlanmasıdır. Dolayısı ile yalnızca aerobik sistemlerin kullanıldığı arıtma “Hassas Bölgeler” için uygulanabilecek bir yöntem değildir.
Askıda çoğalan aktif çamur sistemleri organik madde giderimi ve nitrifikasyon prosesi sistemin (aerobik) çamur yaşına bağlıdır. Organik madde giderimi yapan heterotrofik bakteriler, nitrifikasyonu sağlayan ototrofik bakterilere göre daha az hassastır. Dolayısı ile normal şartlarda, nitrifikasyonun sağlandığı koşullarda organik madde giderimi de sağlanmaktadır. Öncelikle, nitrifikasyon prosesi için gerekli olan (aerobik) çamur yaşı soğuk hava şartları gözönüne alınarak hesaplanmalı ve reaktör hacmi buna göre hesaplanmalıdır. Pratikte nitrifikasyon organik karbonlu maddenin giderilmesi için kullanılan reaktörde gerçekleştirilebileceği gibi, ayrı bir reaktörde de sağlanabilmektedir.
Nitrifikasyon prosesinde 1 gram amonyum azotunun (NH4-N) oksitlenmesi sonucu 7.14 gram CaCO3 alkalinitesi tüketilmektedir. Dolayısı ile nitrifikasyon prosesi için atıksudaki alkalinitenin kontrol edilmesi gerekmektedir.
Biyolojik çamurun stabilizasyonu, reaktörün içinde yani yüksek çamur yaşlarında uzun havalandırma yöntemine göre işletilmesi ya da oluşan fazla çamurun reaktör dışında seçilen bir çamur stabilizasyon prosesi ile sağlanmaktadır. Arıtma tesisi tasarımı aşamasında tesisinin tümünün ele alınarak ilgili tasarım parametreleri açısından kütle dengesinin oluşturulması gerekmektedir.
3.2.2 Yüzeyde Büyüyen sistemler
a) Damlatmalı Filtreler
Organik maddelerin bir yüzeye bağlı mikroorganizmalar tarafından giderildiği klasik bir arıtma metodudur. Damlatmalı filtreler taş veya plastik dolgu malzemesinden oluşurlar. Taş dolgu malzemelerde filtre malzemesi derinliği 1.8-2.4 m, plastik madde için 3.0-12.2 m aralığında önerilmektedir. Atıksu bu filtre yatağından geçerken; dolgu malzemesi üzerinde bakteriler bir biyofilm tabakası oluşturur. Kullanılan dolgu malzemesinin arasında boşluklar bulunur. Böylece, mikroorganizmaların dolgu malzemesi üzerinde bir tabaka halinde yaşamaları, organik maddelerle beslenmeleri ve hava geçişi ile oksijen trasferi sağlanır. Mikroorganizmalar belirli bir kalınlığa ulaştıktan sonra, dolgulardan koparlar, çıkış suyundaki bu biyofilm parçacıkları son çöktürme havuzlarında çökeltilerek sudan ayrılırlar. Damlatmalı filtrelerin boyutlandırılması yüzeysel hidrolik yük (m3/m2/gün), hacimsel organik yükleme (kg BOİ5/m3/gün) ve geri dönüş oranı esas alınarak yapılır. Filtrenin yıkanmasını sağlamak ve minimum debilerde akışı sağlayacak geri devir düzenekleri teşkil edilmelidir. Damlatmalı filtreler ünitede sağlanan yüzeysel hidrolik yük; hacimsel ve organik yükün büyüklüğüne göre düşük, orta ve yüksek hızlı olmak üzere üç tip olabilmektedir. Hacimsel organik madde ve azot (TKN) yükleme hızı oranına bağlı olarak organik madde giderimi; organik madde ile birlikte nitrifikasyon sağlanabilir. Yaz ve kış koşullarında optimum oksijenlenmeyi sağlayacak havalandırma sistemi (havalandırma delikleri ve kanalları) teşkil edilmelidir.
b) Biyodisk
Biyodisk sistemleri, bakterilerin üzerinde üremesi için uygun bir yüzeyi sağlayacak şekilde yapılmış, gelen atıksuyun muhtemel korozif özelliğinden etkilenmeyecek, mesela plastik (stropor gibi) malzemelerin diskler halinde, döner bir şaft üzerine yerleştirildiği veya içi dolgu malzemesi ile dolu tambur şeklindeki silindirik bir yapıdan oluşur. Bu silindirlerin genelde uygulanabilir çapları 1.5-3.0 metredir. Şaftın her 1 metresine 2 cm aralıklarla 20-30 adet disk yerleştirilebilir. Şaftın uzunluğu 6 m’ye kadar olabilir. Dolgulu tambur tiplerinde ise istenen toplam yüzey sağlanacak şekilde boyutlandırma yapılır. Bunların her biri ayrı bir silindir haznesine, % 45’i su içinde batık olacak şekilde monte edilir.
c) Dolgu Yataklı Reaktörler
Dolgu yataklı reaktörler, mikroorganizmaların tutunması için bir dolgu maddesi içeren biyofilm sistemleridir. Tipik bir dolgu yataklı reaktörde hava alt kısmından havalandırıcılar yardımıyla verilir.
3.2.3 Biyolojik Azot ve Fosfor Giderimi Sistemleri
Heterotrofik (fakültatif) bakteriler oksijensiz ortamda ayrışabilen organik maddeyi ve bağlı oksijeni (nitrat, nitrit vb.) kullanarak organik madde oksidasyonunu gerçekleştirmektedir. Denitrifikasyon prosesi yardımıyla anoksik koşullarda nitratın azot gazına dönüştürülmesi sonucu azot giderimi gerçekleştirilmektedir. Anoksik koşullar askıda ya da yüzeyde çoğalan sistemlerde sağlanabilir. Ancak, denitrifikasyon veriminin yüksek olması, proses stabilitesi ve proses kontrolünün kolaylığı açısından anoksik koşullar askıda çoğalan sistemlerde kolaylıkla sağlanmaktadır. Denitrifikasyon prosesinin verimi anoksik reaktöre giren organik madde miktarı, aerobik ünitelerden geri devrettirilen nitrat miktarı ve ortamdaki oksijen konsantrasyonuna bağlıdır.
Askıda çoğalan sistemlerde denitrifikasyon: Askıda çoğalan sistemlerde denitrifikasyon, aktif çamur sistemlerinde oksijenin olmadığı aerobik tanklardan geri devredilen nitrat yardımıyla anoksik havuzlarda gerçekleştirilir. Nitratın yanında bakteriler için gerekli olan organik karbon kaynağı sağlanmalıdır. Gerekli olan organik madde ham atıksudaki organik maddeden ya da dışsal karbon kaynağından sağlanır. Biyolojik azot giderimi için tasarlanan aktif çamur sistemlerinde ön çöktürme tanklarının verimi organik maddenin denitrifikasyon prosesinin yeterliliği açısından kontrol edilmelidir. Denitrifikasyon hacminden önce nitrifikasyonun sağlandığı aerobik reaktör hacmi belirlenmeli daha sonra arıtılmış suda deşarj edilen toplam azot konsantrasyonunu sağlayacak anoksik hacim oranına göre denitrifikasyon hacmi (VD) seçilmelidir. Anoksik reaktörlerin boyutlandırılmasında anoksik hacim oranının, VD/V (anoksik reaktör hacminin toplam reaktör hacmine oranı) %50 değerini aşması istenmemektedir. Denitrifikasyon prosesinde 1.0 gram nitrat azotunun (NO3-N) azot gazına çevrilmesinde 3.56 gram CaCO3 alkalinitesi kazanılmaktadır. Nitrifikasyon prosesinde kaybedilen alkalinite denitrifikasyon ile geri kazanılmaktadır.
Yüzeyde çoğalan sistemlerde denitrifikasyon: Yüzeyde çoğalan sistemlerde denitrifikasyonu, içerisinde taş veya plastik dolgu malzemesi bulunan bir ortamda gerçekleştirilir. Dolgu maddesinin boyutlarına bağlı olarak, bu işlem bir çöktürme havuzu tarafından izlenebilir. Dolgu yatakta tıkanmaların engellenebilmesi için periyodik olarak geri yıkama gerekebilir. Bu işlemde de, askıda büyüme denitrifikasyonunda olduğu gibi, dışsal karbon kaynağı genellikle gereklidir. Günümüzde özellikle büyük sistemler için yüzeyde çoğalan sistemlerde etkin denitrifikasyon sağlamak oldukça zordur.
3.2.4 Fosfor Giderme Yöntemleri
Atıksularda bulunan fosforu (orto-fosfat, PO4-P) arıtmak için kimyasal ve biyolojik yöntemler birlikte veya ayrı ayrı kullanılmaktadır. Genellikle aşırı biyolojik fosfor giderimi yapan tesislerde kimyasal fosfor arıtma ünitesi emniyet açısından teşkil edilmektedir.
a) Kimyasal Yöntemler
Fosforun kimyasal olarak arıtılmasında alüminyum tuzları, demir tuzları ya da kireç kullanılabilir. Kimyasal çöktürmede, fosfat metal-fosfat tuzları halinde çöktürülerek uzaklaştırılmaktadır. Fosfor giderimi için eklenen kimyasal maddeler arıtma tesisi ön ve son çöktürme tankları öncesinde kullanılabileceği gibi arıtılmış suda da uygulanabilmektedir. Ancak kimyasal madde eklenmesinden sonra bir çöktürme işlemine tabi tutulması gerekmektedir. Kimyasal madde eklenmesi durumunda arıtma tesisinin alkalinite dengesinin kontrol edilmesi gerekmektedir.
b) Biyolojik Yöntemler
Heterotrofik bakteriler çoğalma sırasında nütrient ihtiyacı olarak fosforu bünyelerine almaktadır. Bu durumda fosfor giderimi %10-30 mertebesinde olmaktadır. Ancak, biyolojik aşırı fosfor gideriminde, fosfor depolayan mikroorganizmalar fosfatı nütrient ihtiyacından daha fazlasını depolamakta olup sistemin fosfor giderimi %85-95 mertebesine kadar ulaşmaktadır. Fosfor depolayan heterotrofik mikroorganizmalar nitrat ve çözünmüş oksijenin bulunmadığı anaerobik koşullarda atıksudaki uçucu yağ asitlerini depolayarak bünyesinde tuttuğu fosforu hücre dışına salmaktadır. Bunu takibeden anoksik ve/veya aerobik koşullarda ise depolama ürünlerini hücre sentezinde kullanarak saldığı fosfordan daha fazlasını bünyesinde depolamaktadır. Biyolojik aşırı fosfor giderimi için biyolojik denitrifikasyonun yapıldığı anoksik reaktörlerin yanında anaerobik reaktörlerde reaktör konfigürasyonuna eklenmelidir. Diğer aktif çamur ünitelerinden geri devir akımları (içsel geri devir ve çamur geri devri) ile anaerobik reaktörlere dönen nitrat ve oksijen konsantrasyonları minimum seviyede tutulmalıdır.
Biyolojik aşırı fosfor giderimi için giriş suyundaki kolay ayrışabilen organik madde miktarı (fermente olabilen maddeler, uçucu yağ asitleri vb.) büyük önem taşımaktadır. Özellikle düşük konsantrasyonda kolay ayrışabilen organik madde miktarı içeren atıksular için uygun proses konfigürasyonu seçilmesi gereklidir. Biyolojik çamur stabilizasyonunun biyoreaktör içinde gerçekleştirildiği uzun havalandırmalı aktif çamur sistemleri yalnız biyolojik aşırı fosfor giderimi (BAFG) için uygulanmamalıdır. Fosfor içeriği yüksek biyolojik çamura stabilizasyon (aerobik, anaerobik) işlemi uygulandığında çamur yoğunlaştırma ve susuzlaştırma ünitelerinden arıtma tesisine geri dönen tüm geri devir akımlarındaki nütrient yükleri açısından kütle dengesi hesaplanması gereklidir. Gerekli görüldüğünde arıtma tesisine dönen çamur geri devir akımlarında uygun arıtma işlemleri (kimyasal madde dozlaması vb.) de uygulanmalıdır.
Biyolojik nütrient (azot ve fosfor) giderimi için tasarlanan atıksu arıtma tesisleri “Kentsel Atıksuların Arıtılması Yönetmeliği’ nde yeralan “Hassas Bölgeler” kapsamındaki yerleşimler için mutlaka uygulanmalıdır. Ancak, gerekli görüldüğü takdirde biyolojik azot ve/veya fosfor giderimi “Hassas Olmayan Bölgeler” için de uygulanabilir.
Atıksu arıtma tesisleri tasarımında prosese uygun online ölçüm cihazları, proses kontrol ekipmanları ve bilgisayar kontrol sistemleri de teşkil edilmelidir.
c) Askıda ve Yüzeyde Çoğalan Aktif Çamur Ardışık Sistemleri
Yukarıda bahsedilen arıtma metotlarının kombinasyonlarını yapmak suretiyle çok sayıda arıtma akım şeması oluşturmak mümkündür. Özellikle mevcut arıtma tesislerinin genişletilmesi (geliştirilmesi) ile biyolojik azot ve fosfor giderimi sağlayan tesisler haline dönüştürülmesi mümkündür. Böylece tek başına yeterli arıtmayı sağlayamayan aktif çamur ya da damlatmalı filtre sistemleri yeni konfigürasyonlarla bir arada kullanılarak uygun arıtılmış su kalitesini sağlamak mümkün olabilmektedir.
Tablo 3.1’de, karbon giderimi yapan aktif çamur prosesleri için tasarım parametreleri, Tablo 3.2’de ise biyolojik azot ve fosfor giderimi için önerilen temel tasarım parametreleri vrilmiştir.
Tablo 3.1 Aktif çamur prosesleri için tasarım parametreleri
Proses çeşitleri
Θc, gün
F/M,kgBOI/
kgTAKM.g
kgBOI/ m3.g
TAKM,
mg/l
V/Q,
saat
Qr/Q
Konvansiyonel
Tam karışımlı
Kademeli besleme
Değiştirilmiş havalandırmalı
Temas stabilizasyonu
Uzun havalandırmalı
Yüksek-hızlı havalandırma
Kraus prosesi
Saf oksijenli
Oksidasyon hendeği
AKR
Derin shaft reaktörü
Tek kademeli nitrifikasyon
İki kademeli nitrifikasyon
5-15
5-15
5-15
0,2-0,5
5-15
20-30
5-10
5-15
3-10
10-30
1
2
8-20
15-100
0,2-0,4
0,2-0,6
0,2-0,4
1,5-5.0
0,2-0,6
0,05-0,15
0,4-1,5
0,3-0,8
0,25-1,0
0,05-0,3
0,05-0,3
0,5-5
0,1-0,25
(0,02-0,15)3
0,05-0,2
(0,04-0,15)4
0,32-0,64
0,8-1,92
0,64-0,96
1,2-2,4
0,96-1,2
0,16-0,4
1,6-16
0,64-1,6
1,6-3,2
0,08-0,48
0,08-0,24
2
0,08-0,32
0,05-0,144
1500-3000
2500-4000
2000-3500
200-1000
(1000-3000)a
(4000-10000)b
3000-6000
4000-10000
2000-3000
2000-5000
3000-6000
(1500-5000)d
2
2000-3500
2000-3500
4-8
3-5
3-5
1,5-3
(0,5-1)a
(3-6)b
18-36
2-4
4-8
1-3
8-36
12-50
0,5-5
6-15
3-6
0,25-0,75
0,25-1
0,25-0,75
0,05-0,25
0,5-1,5
0,5-1,5
1-5
0,5-1
0,25-0,5
0,75-1,5
1
2
0,5-1,5
0,5-2,0
1 uygulanamaz, 2 bilgi yok a kontakt birimde , b katı stabilizasyon birimi
Tablo 3.2 Biyolojik azot ve fosfor giderimi için önerilen temel tasarım parametreleri
Aktif Çamur Sistemi
Ön denitrifikasyon
3.2.5 Son Çöktürme Havuzları
Son çöktürme havuzları biyolojik arıtmadan sonra arıtılmış atıksuyu biyokütleden yerçekimi etkisi ile fiziksel olarak ayıran dairesel ya da dikdörtgen plana sahip havuzlardır. Dairesel havuzlarda biyokütle atıksu karışımı besleme şekli olarak merkezden ya da çevreden yapılmakta; arıtılan su radyal doğrultuda hareket etmektedir. Dikdörtgensel havuzlarda ise karışım yatay hareket ederek çöktürme tankından çıkmaktadır. Giriş yapısı ve çamur toplama sisteminin tasarımı çöktürme tankındaki laminer akım koşullarına ve çamurun çökelme özelliğini bozmayacak şekilde yapılmalıdır. Ayrıca, giriş yapısı ve köprünün hızı, karışımın enerjisini (momentum) kırıcı düzenekler ile donatılmalı ve gerekli hız tahkikleri yapılmalıdır.
Çökeltilmiş su, son çöktürme havuzlarından savaklar yardımı ile toplanır. Birim savak yükleri hesaplanarak gerekli olan toplam savak uzunluğu ve savak sayısına karar verilir. Gerekli görüldüğü takdirde tek taraflı ve çift taraflı savaklar teşkil edilir. Kanal ile suyu toplayan savaklar genellikle dikdörtgensel, V-tipi olarak seçilmektedir. Savak yapıları minimum ve maksimum yükü kaldıracak şekilde planlanmalıdır.
Yüzeydeki köpük ve tabandaki biyolojik çamur birikintilerinin uzaklaştırılması için uygun bir yüzey ve taban sıyırma tertibatı bulunmalıdır. Tabandan çamur toplama işlemi köprüye bağlı sıyırıcı ya da emme tipli olarak projelendirilir. Çamur haznesinin büyüklüğü çamurun özelliklerine ve çamur boşaltma aralıklarına uygun olmalıdır. köprüye bağlı sıyırıcı olan sistemlerde uygun havuz tabanı teşkil edilmelidir. Emme tipi sıyırma tertibatında son çöktürme tankının tabanı düz olmalıdır. Son çöktürme tankındaki yan duvar su yüksekliğinin en az 3.2 m olması öngörülmektedir.
Özellikle biyolojik nütrient (azot ve fosfor) giderimi yapan sistemlerde son çöktürme tankının tasarımı, sistemin verimi açısından büyük önem taşımaktadır. Son çöktürme tankında bekletme süresi ve besleme şekli, denitrifikasyondan dolayı serbest azot gazının ortaya çıkmasına izin vermeyecek şekilde seçilmelidir. Bunun sebebi serbest azot gazı biyolojik çamurun yüzmesine neden olmasıdır. Ayrıca çamurun son çöktürme tankında çok beklemesi sonucu anaerobik koşulların oluşması fosfor depolayan bakterilerin bünyesine aldığı fosforu tekrar salmasına neden olmakta ve çıkış kalitesini bozmaktadır. Dolayısı ile projelendirmede bu hususlar gözönüne alınmalıdır.
Son çöktürme havuzları için ana tasarım parametreleri katı madde yükü (qM), yüzeysel hidrolik yük (qH) ve kenar net su yüksekliğidir (HS). Bu parametrelerden katı madde yükü havalandırma havuzundan son çöktürme tankına gelen (atıksu ve çamur geri devir debileri ile birlikte) toplam katı madde yükünün havuzun etkin yüzey alanına bölünmesi ile bulunmaktadır. Yüzeysel hidrolik yük ise havuzun yüzeyinden savaklanan arıtılmış su debisinin havuzun yüzey alanına bölünmesi ile bulunmaktadır. Son çöktürme tankının tasarım kriterleri maksimum debi koşullarında da kontrol edilmesi gereklidir. Biyolojik fazla çamur, geri devir akımından (ya da biyolojik reaktörden) düzenli olarak atılmalı ve çamur işleme ünitelerine hemen ulaştırılmalıdır.
3.2.6 Havalandırmalı Lagünler
Havalandırmalı lagünler, 2.5-5 metre derinliğinde toprak yapılardır. Havalandırma, dubalar veya sabit kolonlar üzerine yerleştirilen mekanik havalandırıcılar vasıtasıyla yapılır. Bu havuzlar, stabilizasyon havuzlarına göre daha kısa bekletme sürelerine sahip ve daha derindirler. Bundan dolayı, stabilizasyon havuzları ile kıyaslandığında %10-20 daha küçük hacimlere sahiptirler. Mekanik ekipman olarak, yüzeysel havalandırıcılara ihtiyaç vardır.
İnşaatları, stabilizason havuzlarınınkine benzemektedir. Bu havuzların tasarımında büyük esneklikler vardır. Bu tip lagünler bir taraftan basit fakültatif tipte, diğer taraftan da çamur geri devrinin yapıldığı daha verimli ve kompleks üniteler olarak projelendirilebilirler. Her durumda da bunların inşaatları ve işletilmeleri çok kolaydır. Bu nedenle hem gelişmiş hem de gelişmekte olan ülkelerde yaygın kullanım alanına sahiptirler. Havalandırmalı lagünlerin tasarımında gözönüne alınan faktörler, BOİ giderimi, çıkış suyu özellikleri, oksijen ihtiyacı, sıcaklık etkisi, karıştırma için gerekli enerji ve katı ayırma sistemidir. Lagün çıkış atıksuyunda önemli parametreler BOİ ve AKM konsantrasyonudur. Çıkış suyundaki BOI ve AKM konsantrasyonları bazen küçük miktarda alg’i de kapsamaktadır. Oksijen ihtiyacı aktif çamur tasarımında kullanılan yöntemlere göre belirlenir. İhtiyaç duyulan oksijen miktarı giderilen BOI’nin 0.7 ile 1.4 katı olarak hesaplanır. Havalandırmalı lagünler geniş iklim şartları ve sıcaklık değişimlerinde kurulup ve işletileceği düşünülerek tasarlanırlar. Burada sıcaklığın iki önemli etkisi, biyolojik aktiviteyi azaltması ve arıtım verimini düşürmesi ile buz oluşturmasıdır.
Havalandırmalı lagünler evsel ve endüstriyel atıksuların arıtımında başarı ile kullanılmaktadırlar. Lagünler başlıca üç tipe ayrılabilirler: Fakültatif, havalı, sürekli beslemeli ve havalı, çamur geri devirli. Her üç tip havalandırmalı lagünde de biyolojik arıtma prensipleri aynıdır. Her üç havuz için tasarım kriterleri Tablo 3.3’de verilmiştir.
Fakültatif havalandırmalı lagünlerde birim hacme düşen enerji yoğunluğu, gerekli oksijen miktarının sıvıya verilmesi için yeterlidir. Fakat bu enerji girdisi, bütün katıları askıda tutmak için yeterli değildir. Bunun sonucunda, lagüne giren askıda katı maddelerin bir kısmı ve substrat giderimi sonucunda oluşan katı maddeler, tabana çökmeye çalışırlar ve tabanda havasız bozunma meydana getirirler. Lagündeki aktivite kısmen havalı, kısmen de havasız olduğundan bu tip lagünlere “fakültatif” denir.
Havalı Lagünlerde enerji yoğunluğu, sadece istenilen miktarlardaki oksijeni sıvı içerisine verecek seviyede değil, aynı zamanda aktif çamur havalandırma tanklarında olduğu gibi bütün katı maddeleri askıda tutacak seviyede de olmalıdır. Bu nedenle, bu tip lagünlerde askıda katı çökelmesi olmaz. Arıtım verimi fazla yüksek değildir. Çıkış suyunda çok miktarda askıda katı madde bulunduğundan verim yaklaşık % 50-60 seviyesindedir. Daha iyi BOI ve katı madde giderim istenirse ilave arıtma gerekir.
Çamur geri devirli havalı lagünler, uzun havalandırmalı sistemlere benzerler. Enerji girdisi hem oksijen ihtiyacını karşılayacak, hem de bütün katıları askıda tutacak şekilde olmalıdır. Bu lagünlerdeki çamur geri devrinden dolayı katı madde konsantrasyonu da oldukça yüksektir. İşletmeyi kolaylaştırmak için, lagün içerisinde bir çöktürme bölgesi oluşturulabilir veya alternatif kullanım amacıyla iki paralel bölüm yapılabilir. BOI giderimi yüksek olup %95-98 aralığındadır. Sistemde aynı zamanda nitrifikasyon da gerçekleşmektedir.
Bu havuzların boyutlandırılmasında, uygun bekletme süresi seçilerek hacim hesaplanır. Seçilen mekanik havalandırıcı için uygun su derinliği seçilerek boyutlar bulunur. Bu boyutlara göre dispersiyon katsayısı belirlenir. Dispersiyon sayısı için dispersiyon katsayısı bilinmelidir. Havuz şekline ve akıma göre dikdörtgen havuzlar için D=(16.7-33).B arasında alınabilir. Havuz sıcaklığı hesaplanır ve bu sıcaklıktaki KL değeri hesaplanarak, Wehner-Wilhelm denkleminden veya bu denklemin kullanılmasıyla elde edilen tablo veya diyagramdan çıkış konsantrasyonu belirlenir. Mekanik havalandırmalı havuzlarda havalandırıcı gücü, fakültatif olanlarda havuz hacmi başına 1.0-1.2 Watt/m3 ve havalı olanlarda 2.75 Watt/m3 den büyük alınarak hesaplanır.
Tablo 3.3 Evsel atıksuları arıtan faklı tipteki lagünlerin tasarım kriterleri
Özellik
Fakültatif
Lagündeki AKMkonsantrasyonu, mg/l
UAKM/AKM (%)
Çamur yaşı Өc, gün
BOI giderim hızı
(20oC’de günlük, filtrelenmiş), kg/m3/gün
Sıcaklık katsayısı, Ө
Hidrolik kalış süresi, gün
BOI giderim verimi (%)
Nitrifikasyon
Koliform giderimi (%)
Lagün derinliği, m
Arazi ihtiyacı,(m2/kişi)
Sıcak iklim
Ilık iklim
Güç ihtiyacı, kW/kişi-yıl
hp/1000
Min.güç
(kW/103 m3lagün hacmi)
Çamur
Çıkış yapısı
Yoktur (bir kısmı çöker, diğer kısmı arıtılmış su ile çıkar).
3.2.7 Stabilizasyon Havuzları
Stabilizasyon havuzları, en basit ve işletilmesi kolay arıtma sistemleridir. Bu havuzlarda, enerji ve mekanik teçhizata ihtiyaç yoktur. Ayrıca yetişmiş işletme elemanına da ihtiyaç yoktur. Bu sistemde atıksular sığ havuzlarda uzun süre bekletilir ve organik maddelerin ayrışması sağlanır. Ancak yukarda belirtilen çok büyük üstünlüklerinin yanında, geniş araziye ihtiyaç göstermeleri bir mahzur olarak alınabilir. Dolayısıyla, stabilizasyon havuzları ancak arazinin ucuz ve iklim şartlarının müsait olduğu bölgeler için uygun arıtma sistemi olarak düşünülebilir. Stabilizasyon havuzları, reaksiyon kinetikleri ve akım şekilleri yönünden reaktörlere benzemektedir. Arıtım verimi, BOI giderimi ile birlikte mikroorganizma ve besi maddeleri (N ve P) arıtımında da istenilen şartları sağlayacak şekilde tasarlanabilir. Stabilizasyon havuzlarını üç sınıfta toplamak mümkündür. Bunlar, aerobik stabilizasyon havuzları, anaerobik stabilizasyon havuzları ve fakültatif stabilizasyon havuzlarıdır. Bunlara ait boyutlandırma kriterleri Tablo 3.4’de verilmiştir.
Tablo 3.4 Havalı, havasız ve fakültatif stabilizasyon havuzları için tasarım parametreleri
Parametre
Havalı
Fakültatif
Havasız
Hidrolik Kalış süresi, gün
Su derinliği, m
BOI5 yükü, kg/ha.gün
Çözünmüş BOI5 giderimi,%
Toplam BOI5 giderimi,%
Alg konsantrasyonu, mg/l
Çıkış AKM, mg/l
Aerobik stabilizasyon havuzlarında derinlik, ışık geçirimi ve fotosentezle alg oluşumunu en yüksek seviyede tutmak için oldukça sığdır. Derinlikleri, 0.5 m civarındadır. Anaerobik stabilizasyon havuzlan ise daha derin inşaa edilirler. Anaerobik ve fakültatif mikroorganizmalar, nitratlar ve sülfatlardaki oksijeni kullanırlar. Bu tip havuzlar yüksek organik yükleri kabul edebilirler ve alg fotosentezi olmadan çalışabilirler. Işığın geçirimi bu havuzlarda önemli olmadığından, 3-5 m derinlikler kullanılır. Ancak günümüzde bu havuzlar yerine daha verimli oldukları için havasız çamur yataklı reaktörler (HÇYR) ve havasız çamur battaniyesi (AAÇB) sistemleri kullanılabilir.
Fakültatif stabilizasyon havuzları ise ne tam aerobik ne de tam anaerobiktir. Bu havuzların derinlikleri 1 ile 2 m arasındadır. Fakültatif stabilizasyon havuzlarında iki tabaka mevcut olup, yüzeye yakın kısımlarda alglerin faaliyeti sonucu oksijen mevcuttur. Üst tabaka aerobiktir. Organik maddeler çökeldiği için alt tabaka anaerobiktir. Bu tip havuzlar kısmen havalı, kısmen de havasız olarak çalışmaktadırlar. Bu nedenle hem alg hem de fakültatif mikroorganizma gelişimi olur. Gündüz güneş ışığında havuz ağırlıklı olarak havalı karakterde iken, gece havuz tabanındaki su havasız karakterli olur. Dünyadaki mevcut havuzların çoğu fakültatif tiptedir. Bekletme süreleri iklim durumuna göre 20 - 40 gün, hatta daha fazla alınabilir. BOİ giderme verimi, iklime, bekletme süresi ve karışım şekline bağlı olarak % 70 ile 90 arasında ve koliform giderme verimi % 60 ile % 99.9 arasında değişmektedir.
Stabilizasyon havuzlarının boyutlandırılması şu kademelerden oluşmaktadır: Oksijen üretimi hesaplanır. 20 °Ciçin Kp tahmin edilir ve havuz sıcaklığı seçilir ve sıcaklık düzeltmesi yapılır. d seçilir. Gerekli verim veya S/So değerlerinden Kp.t hesaplanır ve t, bekletme süresi bulunur. En sonunda, havuz hacmi bulunur ve boyutlar seçilir.
Fakültatif stabilizasyon havuzları için BOİ yüklemeleri, Akdeniz Bölgesinde 150 kg BOİ/ha.gün, Ege, Marmara ve Karadeniz Bölgelerinde 100 kg BOİ/ha.gün, İç Anadolu Bölgesinde, 80 kg BOİ/ha.gün ve Doğu Anadolu Bölgesinde 50 kg BOİ/ha.gün alınabilir. Fakültatif stabilizasyon havuzlarının boyutlandırılmasında iklim (sıcaklık, güneş ışığı, bulutluluk, rüzgar vb) ve tasfiye edilecek atıksuyun özelliklerinin tesiri olduğu dikkate alınmalıdır.
Çamur birikimi 0.03-0.05 m3/çamur/kişi.yıl’dır. Bu durum gözönünde tutularak çamur birikimi için fazladan bir hacim dikkate alınmalıdır. Hacim hesabında, çamurlann 5-10 yılda bir defa temizleneceği kabul edilmelidir.
Stabilizasyon havuzları, tabii zeminde inşa edilirler. Havuz tabanının su sızdırmaması, dolayısıyla yeraltı sularını kirletmemesi için havuz tabanı geçirimsiz yapılmalıdır. Zemin sıkıştırılıp, killi toprak serilmesi gerekebilir. Havuz yan yüzleri, 2-2.5 yatay ve 1 düşey olacak şekilde şevli inşa edilir. Yan yüzler, beton veya taş ile kaplanacaksa eğim, 1-1.5 yatay ve 1 düşey alınabilir.
Hiçbir arıtmadan geçmemiş atıksuları kabul eden havuzlara ham veya birinci kademe stabilizasyon havuzları denir. Ön çöktürmeden geçmiş veya biyolojik olarak arıtılmış atıksuların geldiği havuzlara ise ikinci-kademe stabilizasyon havuzları adı verilir. İkinci kademe stabilizasyon havuzlarına örnek olarak olgunlaştırma havuzları sayılabilir. Stabilizasyon havuzlarında veya diğer konvansiyonel arıtma tesislerinde arıtılan atıksular, daha iyi hale getirilmek üzere (özellikle, bakteri sayısı azaltılmak üzere) belli bir süre (yaklaşık 5-7 gün) olgunlaştırma havuzlarında ilave arıtmaya tabi tutulurlar. Olgunlaştırma havuzları, organik yük yönünden oldukça hafif yüklenirler. Sıcak iklimlerde olgunlaştırma havuzları, klorla dezenfeksiyona ekonomik yönden fizibil bir alternatif olmaktadır.
3.2.8 Havasız Arıtma Sistemleri
Havasız (anaerobik) arıtma, organik atıkların oksijensiz ortamda biyolojik süreçlerle ayrıştırılarak metan (CH4) ve karbondioksite (CO2) dönüştürülmesi olarak tanımlanmaktadır. Çoğunlukla arıtma çamurları ve yüksek konsantrasyonda organik madde içeren endüstriyel atıksular için uygulanan bu arıtma sistemi son yıllarda kentsel atıksuların arıtılmasında da yaygın olarak kullanılmaktadır. Oluşan biyolojik çamur miktarının düşük olması, havalı sistemlere göre daha az alan kaplaması, biyoenerji eldesi, mekanik-ekipman maliyetinin düşük olması, reaktörlerin beslemeksizin aktivitelerini uzun süre koruyabilmeleri havasız arıtma sistemlerinin üstün taraflarıdır. Ancak bu arıtma sistemleri ile alıcı ortama deşarj kriterlerinin sağlanması mümkün değildir. Bu nedenle havasız ve havalı arıtmanın birlikte uygulanması daha uygun olabilir.
Havasız arıtmayı gerçekleştiren gerçekleştiren mikroorganizma toluluğunun kapasitesinden yüksek oranda yararlanabilmek için reaktörde uygun çevre şartlarının sağlanması gereklidir. Bunlardan en önemlisi sıcaklıktır. Evsel atıksuların arıtımı sırasında sıcaklık dışındaki parametreler çok önem taşımazlar. Üç farklı sıcaklık sınıfına göre havasız sistemler işletilebilir. Bunlar sakrofilik (<20°C), mezofilik (25-40°C) ve termofilik (>45°C)’tir. Evsel atıksuların KOİ konsantrasyonu nisbeten düşük olduğu için bu sistemlerden elde edilen gaz miktarları küçük tesislerde ekonomik olarak değerlendirilemeyecek miktardadır. Bu nedenle reaktör işletme sıcaklığı seçilirken ısıtma için dışarıdan enerji kaynağına ihtiyaç duyulacağı göz önünde bulundurulmalıdır. Enerji gereksinimini azaltmak için havasız arıtma hava sıcaklığının yüksek ve gece ile gündüz arasındaki sıcaklık değişiminin düşük olduğu yerleşim yerlerinde tercih edilmelidir. Havasız arıtma özellikle mevsimlik arıtmanın söz konusu olduğu turistik tesislerde büyük bir potansiyele sahiptir.
Reaktörler genellikle silindirik veya yumurta kesitli olarak yapılırlar. Reaktör tipi havasız sistemlerde atıksu reaktör tabanından beslenerek yukarı doğru akış sağlanır. Mikroorganizmalar reaktör tipine bağlı olarak askıda veya yüzeyde çoğalırlar. Kentsel atıksu arıtımında yaygın olarak kullanılan havasız arıtma tipleri Havasız Fıltre, Havasız Çamur Yatağı ve Havasız Lagün’dür.
a) Havasız Filtre
Dolgu malzemesi boşluklarında ve yüzeyindeki mikroorganizma ile atıksuyun etkin temasının sağlandığı bir arıtma sistemidir. Dolgu malzemesi biyokütleyi sistemde tutan en iyi sistemdir. Reaktördeki biyokütle belli oranda filtre dolgu malzemesi üzerinde ince bir biyofilm tabakası halinde tutunur, ancak sistemdeki toplam biyokütlenin çok büyük kısmı malzeme içinde ve arasındaki boşluklarda biriken granüler ve floküler çamur halindedir. Damlatmalı filtrelere benzerler, ancak havasız filtrelerde giriş suyu tabandan verilir. Mahzuru ise sistemin oluşan biyokatılar, giriş akımındaki askıda katı madde ve çökelen mineraller tarafından tıkanma ihtimalidir. Bu nedenle çözünmüş organik maddelerin arıtılması için uygun bir sistemdir. Diğer konvansiyonel arıtma tesislerinde olduğu gibi, bu sistemde de ham atıksu önce ızgaralardan ve kum tutucudan geçirilir. Anaerobik filtreler diğer anaerobik işlemlere göre daha düşük sıcaklıklarda çalışırlar.
Hidrolik bekletme süresi 4-36 st arasında değişir. Evsel atıksuların yüksek verimlerde havasız olarak arıtılabilmeleri ve reaktör içersinde iyi bir karışımın sağlanabilmesi için sistemin yüksek hidrolik yüklerle beslenmesi gerekmektedir. Bu sebeple, düşük kirlilik yüklerine sahip atıksuların havasız arıtımları sırasında gerekli reaktör hacimleri genellikle hidrolik bekleme süresi ile belirlenmelidir. Bu tesislerde kentsel atıksu için hacimsel yük 0.1 ila 1.2 kg KOİ/m3.gün’dür ve KOİ giderme verimi %50-70’tir. Havasız filtreler daire veya dikdörtgen enkesitli, çapı veya genişliği 6-26 m, yüksekliği ise 3-13 m arasında değişen reaktörlerdir. Dolgu malzemesi özgül yüzeyi, sentetik malzeme tipinden bağımsız olarak ortalama 100 m2/m3 alınabilir.
Aynı zamanda alt kısmında dolgu malzemesi bulunmayan hibrid filtrelerin kullanımı da yaygındır. Bu tip reaktörlerde alt kısım granüler çamurlu havasız çamur yatağı, dolgu malzemeli üst kısım ise yüzeyde çoğalan biyokütlenin hakim olduğu ve daha ziyade lamelli çökeltici gibi havasız filtre yer alır. Havasız filtre reaktör yüksekliğinin üst 2/3 lük kesimini kaplamalı ve dolgu yüksekliği asgari 2 m olmalıdır.
b) Havasız Çamur Yatağı
İyi çökelen floklardan oluşan çamur yatağının kendine has özellikleri dolayısıyla sistemde kolaylıkla tutulan yukarı akışlı bir sistemdir. Sistemin akışkanlık özelliği atıksu ile biyokütlenin temas yüzeyini artırdığından yüksek KOİ giderim verimleri elde edilmektedir. Diğer konvansiyonel arıtma tesislerinde olduğu gibi, ızgara ve kum tutucudan geçirilen atıksu dağıtım yapısı ile çok sayıda düşey borularla taşınarak havasız çamur yatağı reaktörüne alınır (Şekil 3.1). Bu reaktör tipinde çapı 1-5 mm olan granüler biyokütle ile birlikte flok yapıdaki biyokütle de gözlenmektedir. Granüller yüksek yoğunluğa sahip olup yüksek çökelme hızına ve yüksek metanojenik aktiviteye sahiptirler. Biyokütlenin granüler ya da flok yapıda olması sistemin verimini etkilememektedir. Reaktördeki biyokütleyi muhafaza etmek için ortalama debide yukarı akış hızı 0.5 m/st ve pik debide ise 1.2 m/st’i geçmemelidir.
Bu tip arıtma sistemleri genellikle 20°C ve üstü olduğu iklim koşullarında tercih edilir. Reaktördeki ortalama biyokütle konsantrasyonu ~70 kg/m3 olarak alınabilir. HÇYR’lerin önemli diğer bir tasarım parametresi olan hidrolik bekleme süresi de ortalama debide qh³ 8~10 gün alınır. Kentsel atıksuların arıtıldığı HÇYR’lerde toplam derinlik 4.5-5.0 m olup çamur örtüsü kalınlığı 2.0 / 2.5 m’dir. Üst kısımdaki çökelme bölmesi yüksekliği 2.0 / 2.5 m alınır. Yeterli seviyede çamur çökelmesi için maksimum yüzeysel hidrolik yük 1~1.2 m/st sınırlarını aşmamalıdır. Organik yük 0.3-1.0 kg KOİ/kg UKM.gün, hacimsel yük ise 1-3 kg KOİ/m3.gün olarak alınmalıdır. Floklu tip çamur ihtiva eden sistemin enkesit tayininde de yüzeysel hidrolik yükün 1-1.5 m/st’i aşmaması tavsiye edilmektedir.
c) Havasız Lagün
Havasız ortamı sağlayacak çözünmüş oksijenin olmadığı derin havuzlardan oluşan sistemdir. Geçirimsiz kil tabakasından oluşturulmuş bu havuzlar genellikle kentsel atıksuların ön arıtımında kullanılmaktadır. Endüstriyel atıksulardan dolayı artacak organik yüke de cevap vermesi açısından ideal bir ön arıtma sistemi olarak düşünülebilir. Bu ön arıtmada, çökelebilen katı maddelerin tabanda birikmesi, çürümesi ve sıvı fazdaki organik maddelerin ayrışması sağlanmaktadır. Havasız lagün çıkış suyu alıcı ortama deşarj için uygun değildir. Deşarj standartlarını yakalamak için gerekli arıtma genellikle aerobik veya fakültatif lagünler kullanılarak yapılır. Arazinin çok ve maliyetinin düşük olduğu küçük ve kırsal yerleşim yerlerinde uygulanan bir sistemdir. Düşük ilk yatırım ve işletme maliyetlerinden dolayı havasız lagünler diğer arıtma sistemlerine göre daha caziptir. Havasız arıtma sistemlerinde sıralanan üstünlüklerin dışında en önemlisi değişken organik yüklemelere hızlı ve etkili bir şekilde cevap verebilmesidir. Havasız lagünlerde herhangi bir havalandırma, ısıtma veya karıştırma yapılmaz. Bu nedenle enerji gereksinimi de yoktur. Buna karşın geniş arazi ihtiyacı, istenmeyen kokuların oluşması ve uzun bekletme süreleri ise mahzurlarıdır.
Havasız lagünlerin girişine çubuk ızgara ve sonrasında debi ölçümü için Parshall savağı yerleştirilir. Lagünlerin üzeri, üretilen metan gazının toplanması ve kullanımı için kapatılabilir. Ancak bu uygulama pratik değildir. Havasız ortamın oluşturulması ve yüzeyden oluşacak oksijen difüzyonunu azaltmak için lagün derinliğinin en az 2.4 m olması gereklidir. Uygulamada genellikle 6 m seçilmektedir. Derinliğin artması ile lagünün yüzey alanı azaltılır ve lagündeki ısı korunmuş olur. Tipik kabul edilebilir organik yükleme hızı sıcaklığa bağlı olarak 0.04 ila 0.3 kg BOİ5 /m3.gün arasında değişmektedir. Hidrolik bekletme süresi 1- 50 gün’dür. Yüzey alanı 0.2-0.8 ha seçilmelidir. Tabanda birken katı maddelerin yılık ölçümler yapılarak miktarı belirlenmelidir. Genellikle 5-10 yılda bir biriken katı maddelerin lagünden çekilmesi gerekir.
3.2.9 Membran Biyoreaktörler
Membran biyoreaktörler (MBR), klasik aktif çamur sistemlerinin geliştirilmiş şeklidir. Biyolojik reaktörler ile membran teknolojisinin birleştirilmiş halidir. Biyolojik arıtmadan sonra, çöktürme havuzu yerine ultrafiltrasyon (UF) veya mikrofiltrasyon (MF) membranları kullanılarak, ayırma işlemi gerçekleştirilmektedir.
Membran biyoreaktörlerde elde edilen süzüntü suyu, askıdaki maddeler, bakteri ve virüslerden arındırılmış, geri kullanılabilecek mertebede temiz sulardır. Membran biyoreaktörlerin iki değişik tertip tarzı vardır. Bunlardan birincisinde, ayrışma ve ayırma işlemi aynı tankda, ikincisinde ise, ayrı tanklarda gerçekleşmektedir (Şekil 3.2). Şekil 3.2a’da görüldüğü üzere, iki işlemin aynı tankda gerçekleştiği birleşik sistemde, plaka ve çerçeve ile tubular membranlar kullanılmaktadır. Bu sistemlerde, süzüntü akımı vakum ile çekilmektedir. Ayrık sistemde, sipiral sargılı ve boşluklu elyaf membranlar kullanılmaktadır. Biyolojik sistemden çıkan atıksu bir pompa ile membranlara gönderilmektedir. Membranda akım ikiye ayrılmakta, süzüntü kısım uzaklaştırılmakta, konsantre akımı ise biyolojik reaktöre geri devir ettirilmektedir (Şekil 3.2b). Evsel atıksuların arıtımında son yıllarda, birleşik sistem MBR sistemleri yaygın hale gelmiştir. Ayrık sistem ise daha çok endüstriyel atıksuların arıtımında kullanılabilmektedir.
Özellikle debisi az olan, otel ve tatil köyü gibi yerleşim yerleri için çok uygun bir sistemdir. Evsel atıksuların geri kazanılmasında yaygın bir kullanımı söz konusu olduğu gibi endüstriyel atıksuların arıtılmasında da bir çok alanda kullanılmaktadır.
Çıkış
(Süzüntü)
Çıkış
(Süzüntü)
Fazla Çamur
Fazla Çamur
Giriş
Biyoreaktör
Biyoreaktör
b) Birleşik sistem
a) Ayrık sistem
Giriş
Membran biyoreaktörlerin en önemli özelliği, yüksek organik yükleme oranlarını karşılayabilmesidir (10 kg COD / m3. gün’e kadar). Membranın tipine bağlı olarak, havalandırma havuzunda biyokütle miktarı, 40000 mg/l mertebesine çıkabilmektedir. Bundan dolayı, havalandırma havuzunun hacmi çok azalmaktadır. Bunun yanında oluşan çamur miktarı da çok az olmaktadır. Dönüşüm oranı, klasik aktif çamur sistemlerinde, 0.5 kg SS/kg CODgiderilen mertebesinde iken, membran biyoreaktörlerde, 0.05-0.2 kg SS/kg CODgiderilen civarındadır.
MBR prosesinin optimum tasarımı oldukça komplekstir. Çünkü membran performansı ve maliyeti, enerji tüketimi ve çamur arıtımı gibi birçok bağımlı faktör göz önünde tutulmalıdır. Ayrıca, bunların çoğunluğu birbiri ile alakalı olup yatırım ve işletme masraflarını olumsuz yönde etkileyebilmektedir. Bu faktörlerin birbirlerini nasıl etkileyebildiklerine ve nasıl birbirlerine bağımlı olduklarına bir örnek verecek olursak, biyokütle konsantrasyonunun MBR tasarımında sahip olduğu etki göz ardı edilemez. Önceden belirtildiği gibi, oldukça sık gündeme gelen MBR'nin avantajı yüksek biyokütle konsantrasyonunda sistemi kullanabilme imkanıdır. Bu nedenle, hacimsel yükü arttırmak da mümkündür. Yüksek biyokütle konsantrasyonu ise, oksijen transferi ve çamur viskozitesini dolayısıyla da enerji masraflarını etkilemektedir.
Membran seçimini etkileyen en önemli faktör, membranın akısıdır. Diğer önemli bir faktör de, membranın maliyetidir. Atıksuyun türüne bağlı olarak da, membran seçimi değişebilir. Arıtılacak atıksu geri kazanılacaksa, daha iyi kalitede su üreten membranlar seçilebilir. Büyük ölçekli tesislerde, maliyeti azaltmak için, maliyeti ucuz yeni membranlar geliştirilebilir. Ayrıca, membranların tıkanma eğilimi az olmalıdır (Hidrofilik olmalıdırlar) ve kolay temizlenebilmelidirler.
Membran biyoreaktörlerde, içi boş ince fiber membranlar (hollow fiber) ve levha halindeki membranlar kullanılabilmektedir. MBR sistemlerinin boyutlandırılmasında kullanılan en önemli parametre akıdır. Boyutlandırmada, ince boşluklu membranlar için akı değeri olarak 10-25 l/m2.st (ortalama 13 l/m2.st), levha halindeki membranlar için ise 10-30 l/m2.st (ortalama 17 l/m2.st) değerleri alınabilmektedir. Oksijen transfer katsayısı, biyokütle konsantrasyonu arttıkça azalmakta, enerji ihtiyacı ise artmaktadır. Enerji ihtiyacı olarak ince boşluklu membranlar için 0.7-1.0 kWst/m3, levha halindeki membranlar için ise 0.7-0.8 kWst/m3 değerleri alınabilmektedir. Enerji ihtiyacı, 15000 mg/l biyokütle konsantrasyonuna kadar sabit kalmakta, 15000 mg/l’nin üzerindeki biyokütle konsantrasyonlarında ise artmaktadır. MBR sistemlerinde gerekli membran alanını bulmak için akı değeri seçilmekte ve debi, seçilen bu akı değerine bölünmektedir.
MBR sistemlerinde, azot giderimi de yapılabilmektedir. Havalı reaktör öncesinde, anoksik bölme ilave edilebilmektedir. Anoksik bölme olmadan bile, havalı reaktördeki yüksek biyokütle konsantrasyonlarından dolayı, havalı reaktör içerisinde yer yer anoksik bölmeler oluşabilmekte ve konvansiyonel aktif çamur sistemlerine göre daha yüksek azot giderimleri meydana gelebilmektedir.
3.2.10 Olgunlaştırma Havuzları
Olgunlaştırma havuzları, fakültatif havuz çıkış suyu kalitesinin özellikle patojenler açısından iyileştirilmesi amacıyla kullanılan havuzlardır. Olgunlaştırma havuzlarının BOİ giderim verimi çok az olsa da azot ve fosfor giderimine katkıları büyüktür. Olgunlaştırma havuzlarında dikey biyolojik ve fizikokimyasal tabakalaşma gözlenmemektedir. Olgunlaştırma havuzunun yer aldığı tipik bir akım şeması Şekil 3.3’de verilmektedir.
Anaerobik
(Seçime bağlı)
Dezenfeksiyon
Şekil 3.3. Olgunlaştırma Havuzunun Yer Aldığı Tipik Bir Akım Şeması
Olgunlaşma havuzlarındaki alg popülasyonu fakültatif havuzlardakine oranla çeşitlidir. Fakültatif havuzlarda kısmen fekal bakteri giderimi gerçekleşirken olgunlaştırma havuzlarının sayısı ve boyutları çıkış suyundaki fekal bakteri miktarını belirler. Fakültatif ve olgunlaştırma havuzlarında fekal bakteri giderimi için başlıca faktörler:
- Süre ve sıcaklık
- Yüksek pH (>9) ve
- Çözünmüş oksijen konsantrasyonu ile birlikte yüksek ışık yoğunluğu.
Zaman ve sıcaklık, olgunlaştırma havuzlarının tasarımında kullanılan iki ana parametredir. Alglerin hızlı fotosentezi nedeniyle karbondioksit tükenmesi ve bakterial solunumun gerçekleşmesi sonucu karbonat ve bikarbonat iyonlarının ayrılması ile olgunlaştırma havuzunda yüksek pH değerleri oluşur. 425-700 nm arasındaki ışık dalga boylarında fekal bakteri giderilebilmektedir.
Olgunlaştırma havuzunun da yer aldığı bir stabilizasyon havuzu sisteminde (anaerobik havuz + fakültatif havuz + olgunlaştırma havuzu) olgunlaştırma havuzu sayısına bağlı olarak, azot giderimi %80’e ulaşırken, amonyak giderimi % 90’ın üzerinde olmaktadır. Ayrıca, bu tür bir sistemde %50 oranında fosfor giderimi elde edilebilir.
Olgunlaştırma havuzları fakültatif havuzlardan sığ olup, 1-1.5 m derinlikte dizay edilebilirler. Olgunlaştırma havuzlarına düşük organik yüklemeler uygulanması nedeniyle derinlik boyunca iyi oksijenlenme sağlanır. Olgunlaştırma havuzlarının bekletme süresi 18-20 gün arasında değişmekte olup, organik kirlilik yükü 15 kg BOİ5/ha.gün’den küçük olmalıdır.
Olgunlaştırma havuz veya lagünlerinde çeşitli su bitkilerinin yetiştirilmesi ve/veya balık üretimi bu sistemlerdeki arıtma verimlerini arttırabileceği gibi, üretilen bitkisel veya hayvansal protein de ekonomik olarak değerlendirilebilir.
3.2.11 Yapay Sulak Alan Sistemleri
Doğal sulakalanların kullanılması sırasında, atıksuda bulunan zehirli maddeler ile patojenlerin olası zararlı etkileri ve atıksu deşarjlarından kaynaklanacak ek besi maddelerinin yanı sıra hidrolik yüklemeler nedeniyle ortamın uzun süreli bozunmaya maruz kalması sonucunda yapay sulak alanları uygulamaları önem kazanmıştır. Yapay sulakalanlar, doğal sulakalanda gerçekleşen sürecin kontrollü bir sistem içerisinde gerçekleştirilmesi nedeniyle bir üstünlük taşımaktadır. Atıksuyun doğal koşullarda fiziksel, kimyasal ve biyolojik prosesler ile genellikle derinliği 1 m’den az olan havuz veya kanallarda, suda yetişen bitkilerin büyütülmesi ile arıtılması esasına dayanmaktadır. Geçirimsiz kil tabakası veya sentetik tabakalar ile izole edilen ortamların içine taş, çakıl ve kum gibi gözenekli maddelerin yerleştirilmesi ile oluşturulan, atıksu akışının, bekletme süresinin ve atıksu seviyesinin kontrol edildiği yapılardır.
Uygulanabilecek nüfuslara büyüklüğü; mevcut arazi durumu, hidroloji, iklim ve zemin şartları, toprak geçirgenliği, taşkın riski, çevresel ve düzenleyici şartlar gibi faktörlere bağlıdır. Buna rağmen kuzey avrupa ülkelerinden Danimarka gibi soğuk ikilme sahip ülkelerde de kullanılmaktadır. Bu tesisler, nüfus yoğunluğunun düşük olduğu ve düşük debilerin ileri arıtmaya ihtiyaç duyduğu yerlerde kullanılmaktadır. Genellikle yatak akımlı tiptedir.
Yapay sulak alanlar, arazi ekonomik değerinin düşük olduğu ve tecrübeli personelin mevcut olmadığı yerleşimler için uygun bir teknolojidir. Hedeflenen arıtma ihtiyacı doğrultusunda çeşitli arıtma alternatifleri ile beraber uygulanabilir. Yapay sulakalanlarının ham atıksu için kullanılması tavsiye edilmemektedir. Arıtma veriminin iyileştirilmesi için uygun bir ön arıtmanın ardından ikincil arıtma alternatifi olarak kullanılması yapay sulak alanın verimini arttıracaktır. Yapay sulakalan arıtma alternatifinin yer aldığı tipik bir akım şeması Şekil 3.4’de görülmektedir.
Ön arıtma seçenekleri olarak, kaba partiküllerin giderilmesi için ızgara ünitesinin ardından ağır katı atıkların giderilmesi ve organik yüklemenin azaltılması için imhoff tankı, foseptik tanklar, stabilizasyon havuzları, veya ön çöktürme havuzu uygulanabilir. Atıksu arıtıldıktan sonra uygulanacak nihai işleme bağlı olarak yapay sulak alan sistemlerinden önce veya sonra diğer arıtma sistemleri eklenerek başarılı bir arıtma sağlanabilir. Yapay sulak alanları özellikle evsel yerleşimlerde yer alan foseptik tanklardan gelen atıksular ile havalandırmalı lagünler veya aktif çamur sistemlerinden çıkan atıksuların 3. kademe arıtılması için kullanılır.
Yüzey akışlı ve yüzey altı akışlı olmak üzere iki tip yapay sulakalan sistemi mevcuttur. Yüzey akışlı yapay sulak alanında atıksu akışı, toprak tabakasının altına doğru kök salmış su bitkilerinin gövdesi ve yaprakları arasından geçerek sağlanır. Yüzeyaltı yapay sulak alanlarda ise taş, çakıl ve kum gibi malzemelerin içerisinde yetiştirilmiş bitkilerin yeraltı gövdesi ve kökleri ile atıksu temas ettirilerek akış sağlanır.
Sulakalanlarının başlıca bileşenleri; arıtma hücresine yakın setler, en uygun arıtma için giriş atıksuyunu dağıtan ve düzenleyen giriş yapısı, açık su alanları ve bütünüyle bitki büyümesinin gözlendiği alanların kombinasyonu, giriş yapısı tarafından sağlanan dağılımı tamamlayıcı ve arıtma hücresindeki su seviyesini düzenleyici çıkış yapısıdır.
Elverişli bir ön arıtma ve yapay sulakalan uygulaması ile yüzey akışlı sulakalan ile aylık ortalama bazında 10 mg/L’den daha az BOİ, TAKM ve TA konsantrasyonlarda çıkış standartları elde edilebilir. Yüzey altı akışlı sulakalanların çıkışında ise BOİ ve TAKM konsantrasyonları 30 mg/L altındaki değerlere ulaşabilmektedir.
Yüzey akışlı sulakalanlar için tasarım kriterleri:
Su derinliği, yüzey akışlı sulakalanın dizaynı için önemli bir fiziksel parametre olmasının yanısıra, sulakalanın performansının değiştirilmesi için kullanılan bir işletme parametresidir. Yüzey akışlı sulakalanlar için su derinliği için genellikle 0.15-0.6 arasında değişen tipik değerler kullanılmakla beraber yetişen bitkilerin yoğunluğuna bağlı olarak yaklaşık 0.1 m’den 2 m’ye kadar seçilebilir. Yüzey akışlı sulakalanlar için yüzey alanı, tasarım bekletme süresi ve derinliğe bağlıdır. Sistemin yüzey alanı, iyi bir hidrolik kontrol ve işletme kolaylığı sağlamak amacıyla banketler ile ayrılan en az iki paralel havuza bölünmelidir.
Yüzey akışlı sulakalanlarda bitkiler, çökelmiş katılar, diğer katı maddeler, su kolonunun uzunluğu kullanılabilir su alanı azaltabilir. Sulakalanın gözenekliliği veya boşluk oranı, su akışı için kullanılabilir toplam alanın fonksiyonudur. Bitkilerin yoğun bulunduğu bölgeler için sulakalanın gözenekliliği 0,65-0,75 arasında kabul edilebilirken, bitki yoğunluğunun artması ile orantılı olarak daha düşük değerler kullanılmalıdır. Açık su alanına sahip sulakalanlar için sulakalanın gözenekliliği 1,0 kabul edilebilir.
Yüzey akışlı sulakalanlarda su kolonuna oksijen sağlanması bitki yoğunluğuna bağlı olarak azalmakta olup organik yükleme oranı 18-116 kg BOİ/ha.gün arasında değişmekte ve %70-95 arasında giderme verimi elde edilmektedir.
Yüzey altı akışlı sulakalanlar için tasarım kriterleri:
Yüzey altı akışlı sulakalanlarda bitkiler suya gövde/kök sistemi ile oksijen sağladığı için tasarım derinliği bitki gövdelerine ve köklerine nüfuz etme derinliği ile kontrol edilmektedir. Su derinliğinin maksimum 0,4 m kabul edilmeli ve girişteki atıksu seviyesi ile tanımlanan ortam derinliği ise su derinliğinden en az 0.1 m fazla olmalıdır. Yüzey altı akışlı sulaklalanların kesit alanı hedeflenen hidrolik kapasiteye ve akış hızına bağlı olarak hesaplanır Akış hızı en fazla 6.8 m/gün olmalıdır.
Başlangıçta sualanının gözenekliliği için tipik değerler olarak 0.18-0.35 arasında kabul edilirken, sistemin bitki gövdelerinin büyümesi ile olgunlaşması sonucu gözeneklilik değeri değişmektedir.
Yüzey altı akışlı sulakalanların organik yükleme miktarı en fazla 110 kg/ha.gün olabilir. Sistemin giriş yapısında BOİ yoğun halde bulunacağı için, tasarım organik yükleme oranının oksijen transfer hızının bir buçuk katından fazla olmaması tavsiye edilir.
3.3 Üçüncül Arıtma Birimleri
3.3.1. Dezenfeksiyon Sistemleri
Arıtılan atıksuyun, alıcı ortama verilmeden önce dezenfeksiyonu yapılmalıdır. Su kirliliği kontrol yönetmeliğinde değişik su kalitesi sınıfları için, rekreasyon amacıyla kullanılan kıyı ve deniz sularının sağlaması gereken standart değerleri için, derin deniz deşarjları için uygulanacak kriterler için değişik koliform standartları verilmiştir. Benzer şekilde, yüzme suyu yönetmeliğinde de koliform standartları için kriterler belirtilmiştir.
Dezenfeksiyon kimyasal, (Klor ve bileşikleri, brom, iyot, ozon, hidrojen peroksit vb), fiziksel (Isı, ışık (UV), ses dalgaları), mekanik ve radyasyon (Elektromanyetik, akustik ve partiküler radyasyon) yöntemleri ile atıksu dezenfeksiyonu yapılabilmektedir.
Dezenfeksiyonun mekanizması, hücre duvarının parçalanması, hücre geçirgenliğinin bozulması, hücre protoplazmasının kolloid yapısının bozulması ve enzim aktivitesinin inhibisyonu şeklindedir. Dezenfeksiyona etki eden faktörler, temas süresi, dezenfektan konsantrasyonu, su içerisinde bulunan diğer bileşiklerin miktarı ve tipi, sıcaklık, mikroorganizma tipi ve sıvının özellikleridir. Sıcaklık arttıkça dezenfeksiyon hızı da artmaktadır. Aynı dezenfeksiyon verimini almak için gerekli temas süresi azalmaktadır.
Atıksu dezenfeksiyonunda en çok, ucuz olduğu için klor kullanılmaktadır. Klorun dezavantajı, taşınması ve uygulanması sırasında kaza durumunda toksik etkisi, organik maddelerle teması sonucu koku ve dezenfeksiyon yan ürünü oluşturması, oluşan bu yan ürünlerin alıcı ortamdaki toksik etkisidir. Gerekli klor dozu, başlangıç klor gereksinimi (inorganik bileşiklerin indirgenmesi için gerekli klor gereksinimi), mikroorganizmaların dezenfeksiyonu için gerekli klor dozu ve bakiye klordur. 1 saatlik temas süresi sonunda suda kalması gereken bakiye klor miktarı 2 – 4 mg/l arasında olmalıdır. Su ve atıksulardaki organik maddeler klorla reaksiyona girerek klorlu organik maddeleri oluştururlar. Bu maddelerin alıcı ortam üzerindeki uzun süreli etkilerinin engellenebilmesi için atıksudaki bakiye klor giderilmelidir. Bu amaçla kükürtdioksit (SO2), sodyum bisülfit (NaHSO3), sodyum metabisülfit (Na2S2O5), sodyum tiosülfat (Na2S2O3) ve aktif karbon kullanılabilir. Deklorinasyon amacıyla en cok kullanılan kimyasal, sıvılaştırılmış SO2’dir. Bu kimyasal 45, 68 ve 908 kg’lık tüpler halinde satılmaktadır.
Klorlama ve deklorinasyon tesislerinin dizaynında, klor dozajının belirlenmesi, akım diyagramının belirlenmesi, doz kontrolü, injeksiyon ve ilk karışım üniteleri, klor temas tankı dizaynı, minumum su hızının kontrolü, çıkış kontrolü ve bakiye klor ölçümü, nötralizasyon üniteleri ve deklorinasyon ünitelerinin boyutlandırılması gelmektedir. Klorlamada temas süresi olarak, 30 – 120 dak (Pik debide: 15 – 90 dak) alınmaktadır. Kısa devreler ve hidrolik olarak ölü bölgelerin oluşmaması için uzun piston akımlı reaktörler kullanılır. Reaktörün boy/en oranı, 20/1 (tercihen 40/1) olmaktadır. En az 2 adet klor tankı yapılmalıdır. Klor temas tankında katı maddelerin çökelmesinin önlenebilmesi için yatay akış hızı 2 – 4.5 m/dakika olmalıdır. Reaktör içerisinde şaşırtma duvarları ve perdeler kullanılır. Perdeler üzerindeki açıklıkların toplam alanı, akımın geçtiği kesit alanının % 6-10’u arasında değişmektedir.
Diğer kimyasal dezenfektan yöntemi ozondur. Ozon, arıtma tesisinde ozon jeneratörleri ile üretilir ve temas tankları vasıtasıyla atıksuya karıştırılır. Ozon temas tanklarına beslenen gaz içerisindeki ozon konsantrasyonu oldukça düşüktür. Bu nedenle gaz – sıvı transfer verimi sistemin ekonomisi açısından oldukça önemlidir. Bu nedenle derin ve kapalı temas tankları yapılır. 3 odalı reaktörler kullanılır. İlk oda da hızlı ozon reaksiyonları gerçekleşir. 2. odada daha yavaş gerçekleşen dezenfeksiyon reaksiyonları gerçekleşir. 3. odada reaksiyonlar tamamlanır ve ozonun bozunması sağlanır. Ozon reaktöre boru hattı üzerine döşenen statik karıştırıcılarla transfer edilir. Doğru tasarlanmış bir difüzörde ozon transfer verimi % 90’dır. Atıksu dezenfeksiyonu için pek yaygın değildir.
Son zamanlarda özellikle atıksuların sulama amaçlı olarak geri kazanılmasının planlandığı durumlarda, UV sistemi kullanılabilmektedir. Fiziksel bir prosestir. Yeni geliştirilmiştir. Bu konudaki çalışmalar devam etmektedir. Elektromanyetik enerji, kaynağından (UV lambası) hücrelerin protein ve nükleik asitlerine (RNA-DNA) transfer edilir. UV ışını, organizma tarafından adsorbe edilmelidir. Ancak bu şekilde organizmaya zarar verebilir. Organizmaya adsorbe olan UV ışını, yansıma ile ölçülür. UV ışınının en önemli hedefi, DNA molekülüdür. Organizmaların temel yapısını bozduğu için, zarar vermesini önler. DNA tarafından emilen ışığın zarar verme derecesi, UV ışınının dalga boyu ile ilgilidir. Yapılan çalışmalarda en çok zarar, 250-265 nm dalga boylarında olduğu belirtilmiştir. Bunun optimum değeri olarak, 254 nm dalga boyu belirtilmektedir. UV lambalarının kaynağı düşük basınçlı civa lambalarıdır. Bütün dünya tarafından kabul edilmiş en etkili lamba türüdür. Lambaların tüpleri, 0.75-1.5 m uzunluğunda ve 1.5-2 cm çapında olabilir. Enerjinin % 35-40’ı ışığa dönüşmektedir. Toplam ışığın % 85’inde 254 nm dalga boyu vardır. Bu şekilde toplam verim, % 35 civarındadır. UV lambaları, atıksu ile temas eden ve etmeyen şeklinde iki türdedir. UV dezenfeksiyonuna etki eden en önemli husus, atıksu içerisindeki katı madde konsantrasyonudur.
Yukarıda belirtilen dezenfektantların yanında, deniz deşarjları, stabilizasyon havuzları da dezenfeksiyon maksadı ile kullanılabilmekte ve iyi bir mikroorganizma giderimi elde edilebilmektedir.
4. Evsel atıksuların biyolojik arıtımı uygulanabilecek arıtma sistemleri ve akım şemaları
Atıksu arıtma tesisleri arıtılmış su deşarj kriterleri ve çamur prosesleri dikkate alınarak teknoloji seçimi gerçekleştirilir. Tasarımdan önce tesis geneli üzerinde KOİ, AKM, TKN, TP parametrelerine ait kütle dengeleri kurulmalıdır. Özellikle nütrient (azot, fosfor) gideren sistemler için çamur akımlarından sisteme dönen nütrient yükleri tesisin verimi açısından büyük önem taşımaktadır.
4.1 Biyolojik Karbon, Azot ve Fosfor Giderimi Sistemleri
Akım diyagramları, 1) organik karbon giderimi ve nitrifikasyon yapan sistemler, 2) biyolojik azot gideren ve 3) biyolojik azot ve fosfor (nütrient) gideren sistemler olarak sınıflara ayrılmıştır. Biyolojik arıtma ünitesinden önce ve fiziksel arıtmadan sonra planlanan ön çökeltme ünitesi de proses akım şemasına eklenebilir. Ön çökeltme ünitesi aktif çamur tesisi yükünü azaltmak, çamura anaerobik çürütme işlemi uygulanarak enerji elde edebilmek, çamurdan fermentasyon ürünleri (Uçucu Yağ Asidi) elde etmek vb. amaçlar doğrultusunda planlanabilir. Ancak ön çökeltme işlemi sonrasında biyolojik azot ve fosfor giderimi için gerekli olan ayrışabilen organik maddenin yeterli olup olmadığı tahkik edilmeli, buna yönelik önlemler alınmalıdır. Aşağıda atıksu arıtma tesislerinin biyolojik karbon, azot ve nütrient (N,P) giderimi için önerilen akım diyagramları verilmektedir.
4.1.1 Organik Karbon Giderimi ve Nitrifikasyon
Aşağıda, aktif çamur sisteminin konfigürasyonları verilmiştir (Şekil 4.1-4.6). Ayrıca, yüzeyde tutunan, damlatmalı filtreler ve biyodisk sistemleri (Şekil 4.7-4.8) için de akım şemaları verilmiştir. Evsel atıksulardan organik karbon ile birlikte nitrifikasyonu (amonyum azotu oksidasyonu) aerobik (oksijenli) ortamda eş zamanlı olarak sağlanabilir. Öncelikle tasarım aşamasında nitrifikasyon için emniyetli aerobik çamur yaşı seçimi ile amonyum azotu oksitlenmiş azot formlarına dönüştürülür. Nitrifikasyonun prosesi ile birlikte aynı koşullarda organik karbon giderimi de sağlanmaktadır. Çamur yaşının belirli seviyede seçilmesi ile sadece organik karbon giderimi de sağlanabilir.
(a)
4.1.2 Biyolojik Azot Giderimi (Nitrifikasyon-Denitrifikasyon)
Evsel atıksulardan biyolojik azot giderimi aerobik ve anoksik koşulların mevcut olduğu aktif çamur sistemi konfigürasyonları ile sağlanmaktadır. Öncelikle aerobik şartlarda amonyum azotu nitrata dönüştürülmektedir. Oluşan nitratı denitrifiye etmek için anoksik reaktöre geri devrettirilmeli (Nitrat geri devri) ve atıksudaki organik madde ile tam karışması sağlanmalıdır. Benzer olarak Şekil 4.9’da verilen sistem ön denitrifikasyon prosesidir. Denitrifikasyon aerobik tankın öncesine yerleştirilen anoksik reaktörde sağlanmaktadır. Geri devir akımı ile birlikte çözünmüş oksijenin anoksik reaktöre geri devrinin minimize edilmesi gerekmektedir. Şekil 4.10’da ise iki anoksik reaktörün kullanıldığı Bardenpho tipi aktif çamur sistemi gösterilmektedir. Aerobik tankı takibeden ikinci anoksik reaktör daha çok bakteriyel içsel solunum prosesini kullanarak azot giderimini sağlamaktadır.
Biyolojik azot giderimi simültane nitrifikasyon ve denitrifikasyon (SNdN) prosesi ile de sağlanabilmektedir. Uygun çamur yaşı seçilmesi ile hem nitrifikasyon hem de denitrifikasyon prosesleri birlikte gerçekleştirilebilmektedir. Bunun için çözünmüş oksijen konsantrasyonu seviyesinin reaktör içinde etkin olarak kontrol edilmesi gerekmektedir. Biyolojik azot giderimi aynı reaktör içinde sağlanmaktadır. Simültane nitrifikasyon-denitrifikasyon prosesi aynı reaktör içindeki farklı bölgelerde anoksik ve aerobik koşulların yaratılması (oksidasyon havuzları vb.) ve/veya aynı reaktör içinde oksijenin düşük seviyelerde kontrol edilmesi ile de sağlanabilir (Şekil 4.11).
4.1.3. Biyolojik Azot ve Fosfor Giderimi
Atıksulardan biyolojik azot ve fosfor giderimi için anaerobik, anoksik ve aerobik koşulların sağlandığı aktif çamur sistemi konfigürasyonları gerekmektedir. Yukarıda bahsedilen biyolojik azot giderimi prosesine ek olarak fosfor depolayan bakteriler için anaerobik şartların da sağlanması gerekmektedir. Şekil 4.12’da verilen A2O prosesinde (Anaerobik-Anoksik-Oksik) ön denitrifikasyon proses önüne bir anaerobik reaktörünün eklenmesi ile elde edilmiştir. Burada nitrat geri devri anoksik reaktöre, çamur geri devri ise son çökeltme tankından anaerobik reaktöre yapılmaktadır. Anaerobik koşulların sağlanması için geri devir akımlarındaki nitrat ve oksijenin minimize edilmesi gerekmektedir.
Şekil 4.15’da ise biyolojik azot ve fosfor gideren 5 Kademeli Bardenpho prosesi gösterilmektedir. Biyolojik azot giderimi yapan 4 Kademeli Bardenpho prosesinin başına anaerobik reaktörün eklenmesi ve çökeltilmiş çamurun bu reaktöre geri devrettirilmesi ile biyolojik fosfor giderimi de sağlanmaktadır.
4.1.4 Ardışık Kesikli Reaktörler (AKR)
Ardışık kesikli reaktörler, özellikle küçük ve orta ölçekli yerleşim yerlerinde yaygın olarak kullanılan aktif çamur sistemleridir. Atıksu miktarına bağlı olarak ardışık kesikli sistem tek ya da birden çok reaktörü paralel olarak kullanabilir. Atıksu debisinin sürekli geldiği ve tek reaktörlü konfigürasyonlarda, dengeleme tankının kullanılması gerekmektedir. Ardışık kesikli reaktörler (1) doldurma TD, (2) havalandırma/karıştırma TR, (3) çökeltme, TÇ (4) boşaltma, TB ve (5) dinlendirme, TI fazlarından oluşmaktadır (Şekil 4.17). Bu fazların sürelerinin toplamı çevrim süresini (TC) vermektedir. Fazların süreleri ayarlanarak organik karbon, biyolojik azot ve fosfor giderimi sağlanabilir. Doldurma/Karıştırma ve Havalandırma fazlarının (sürelerinin) farklı şekillerde uygulanması ile etkin organik karbon ve biyolojik nütrient giderimi sağlanabilmektedir. Örneğin organik karbon kaynağı sağlamak için doldurma süresi havalandırma/karıştırma fazı boyunca sürdürelebilir. Fazlardan boş faz, paralel çalıştırılan AKR sistemlerinin faz sürelerinin ayarlanmasında ve fazla çamur atılması işlemleri için kullanılmaktadır.
AKR sistemlerinde reaktörün başlangıç (V0) ve doldurma (VF) hacmi arasındaki oran ayarlanarak nitrat geri devri yapılmıştır. Reaktördeki anaerobik koşulların oluşabilmesi için nitratın olmaması gerekmektedir. Biyolojik fosfor giderimine yönelik olarak anaerobik koşulları sağlayacak işletme düzenine (nitrat geridevrinin azaltılması, atıksudaki VFA potansiyelinin kullanılması, uygun karıştırma süreleri vb) ihtiyaç duyulmaktadır.
Biyolojik azot ve fosfor giderimi yapan aktif çamur sistemleri kısa ve/veya uzun süreli değişken çevresel koşullara ve kirlilik yüklerine maruz kaldığından dolayı optimum giderim veriminin sürdürülebilirliğinin sağlanması için uygun online ölçüm cihazları, proses kontrol ekipmanları ve otomasyon sistemleri ile donatılması gerekmektedir.
http://xzenon34.files.wordpress.com/2012/03/4-su-ve-atc4b1ksu-arc4b1tc4b1mc4b1.doc
Su ve Atıksu Arıtımı
Prof. Dr. Halil Hasar
Fırat Üniversitesi, Çevre Mühendisliği Bölümü
1. Giriş
Kentsel alanlardan kaynaklanan atıksular iki sınıfa ayrılır: evsel ve endüstriyel atıksular. Kentlerde, evsel atıksuları toplamak amacıyla inşa edilmiş kanalizasyon şebekelerine çoğu durumda ön arıtmadan geçmiş endüstriyel atıksular da verilmektedir. Endüstriyel atıksuların debi değeri küçük olsa da, içerdikleri kirleticiler bakımından evsel atıksu karakteristiğini değiştirip hem kirletici çeşitliliğini hem de konsantrasyonlarını arttırırlar. Genellikle bu istnmeyen bir durum olup merkezi kensel atıksu arıtma tesisleri üzerinde negatif etkilere sahip olurlar. Evsel ve endüstriyel kaynaklı atıksular, eğer hiç veya yeterli derecede arıtma yapılmadan alıcı ortama verilirse çeşitli problemlere neden olurlar. Bu problemler;
- Ötrofik olduğu belirlenen veya gerekli önlemler alınmazsa yakın gelecekte ötrofik hale gelebilecek tatlı su kaynaklarının organik madde ve nütrientler ile yüklenmesi,
- haliçler ve kıyı sularını kirletmeleri,
- içme suyu temini amaçlanan yüzeysel tatlı sularının kirlenmesi,
- Sulama amaçlı yüzeysel suların kirlenmesi
- Dolaylı olarak yer altı sularının kirlenmesi
Yukarda ifade edilen problemlerin etkileri hem canlı hem de cansız varlıklar üzerinde olumsuz etkilere sahiptir. Örneğin, atıksularda bulunabilecek kanserojenik mikrokirleticilerin besin zincirine müdahil olarak insalara ulaşması olası etkenlerden biridir. Yüzeysel suların kirlenmesi ile bir göl veya nehirdeki çözünmüş oksijen konsantrasyonunun azalması, o ortamda yaşayan canlıların ölümüne ve ekolojik yapısının bozulmasına yol açacaktır. Bunun gibi birçok nedenden dolayı, atıksular alıcı ortama verilmeden önce arıtma sistemleri ile arıtılmak zorundadır. Arıtma işlemi, herhangi bir ortamda mevcut olan kirleticilerin uzaklaştırılması veya az zararlı/zararsız ürünlere dönüştürülmesi işlemidir. Su arıtımı; içme suyu olarak kullanılacak olan yer altı veya yüzeysel suların içilebilir hale getirilmesi işlemidir. Atıksuların arıtımı ise, çeşitli aktiviler sonucunda farklı amaçlar için kullanılan suların alıcı ortama verilmeden önce çeşitli mühendislik işlemleri uygulanarak bünyesinde bulunan kirleticilerin giderilmesi veya zarasız ürünlere dönüştürülmesidir. Atıksu arıtma yöntemleri, atıksu karakteristiğine göre çok değişken olabilmektedir. Atıksuların, Su Kirlenmesi Kontrolü Yönetmeliğindeki ilgili deşarj standartlarını sağlayacak şekilde, uygun bir arıtma sistemi ile arıtılmaları gerekmektedir.
Su kaynaklarının giderek azalması nedeniyle, arıtılan atıksuların yeniden kullanılma alternatifleri değerlendirilmelidir. Kaynakta azaltma, endüstrilerde temiz üretim teknolojilerinin kullanılması gibi atık azaltıcı tedbirler de göz önünde bulundurulmalıdır.
2. Su arıtımı
İçme suyu arıtımındaki temel amaç, suyu içilebilir kaliteye getirmektir. İçme suyunda aranan bazı özellikler bulunmaktadır. Bunlar;
- Sularda fenoller, yağlar gibi suya kötü koku ve tat verecek maddeler olmamalı; sular, renksiz, berrak ve içimi serinletici olmalıdır. Suda en düşük çözünmüş oksijen konsantrasyonu 5 mg/l olmalıdır.
- Su hastalık yapıcı mikroorganizma içermemelidir. Suda Shigella dysenterial organizması Basili dizanteri hastalığına, Salmonella typhi Tifo hastalığına, entamoeba histolytica Amibli dizanteri hastalığına, hepatitis virüsü sarılığa yol açmaktadır. Bunlardan başka, çeşitli virüslerin su ortamında bulunması ile birçok hastalık bulaşabilir. Sudaki zararlı organizmaları yok etmek için, ülkemizde en yaygın kullanılan teknik klor dezenfeksiyonudur. Suyun bakiye klor miktarı 0.1-0.2 mg/l olacak şekilde ve uygun temas süresi ile bağırsak patojen bakterilerini ve 0.3-0.4 mg/l oranında klorla dezenfeksiyon halinde virüslerin yok edildiği bilinmektedir.
- Suda sağlığa zararlı olacak miktarda ve çeşitlilikte kimyasal maddeler bulunmamalıdır. Bu kimyasallardan Arsenik, toz halinde iken zehirsiz iken, su veya havadaki nem ile Arsenik trioksite (AS2O3) dönüşerek oldukça zehirli bir forma dönüşür. Ayrıca, en fazla kanserojen olduğu düşünülen ağır metaldir. Civa da suda bulunduğu taktirde, baş ağrısı, yorgunluk, kol ve bacaklarda ağrı oluşturması yanı sıra diş etlerinde iltihaba neden olur, ruhi bozukluklar, duyu bozukluklarına neden olur. Kadmiyum, ilk etapta baş ağrısı, boğazda kuruluk, sinirlilik, boğazda kuvvetli tahriş öksürüğü gibi rahatsızlıklara neden olur. Krom, ülser, bronşit, akciğer ve böbrek hastalıklarına yol açar. Kurşun ilk etapta iştahsızlık, karın ağrısı, yorgunluk hissettirir, akabinde felç ve duyu organlarının bozulmalarına yol açar. Baryum kas ve kalp adalelerine, damar ve sinir sistemine direk zarar verir. Nitrat, özellikle bebeklerde ölümlere yol açar. Florür diş çürümelerine karşı etkili olsa da fazla bulunduğu taktirde zehirli olup kişide iştah azalmasına omurga ve bacak kemiklerinde sertleşmelere yol açar.
- Su kullanma maksatlarına uygun olmalıdır. Özellikle kuyulardan çekilen sular demir (Fe+2) ve mangan (Mn+2) bakımından zengindirler. Demir (+2) oksijen ile buluştuğunda Fe(+3)’e yükseltgendiğinden su sarımtırak bir renk alır. Su dağıtım şebekelerinde Fe bakterilerinin oluşmasına ve tıkanmalara da yol açar. Diğer taraftan Mangan da benzer şekilde oksijen ile buluştuğunda suda siyah çökeleklere yol açar.
- Sular agresif olmamalıdır. Suyun agresifliği serbest CO2 ile HCO3- iyonunun dengede olmamasından ileri gelir. Suların agresifliği, boruların korozyonuna yol açar. Boru materyalinin bileşenleri bu şeklide suya geçerek besin zincirine katılmış olur.
2.1. Su arıtımının Amaçları:
İçme suyu arıtımının genel amaçları şunlardır:
- Su sıcaklığının düşürülmesi/yükseltilmesi
- Renk bulanıklık, koku giderilmesi
- Mikroorganizma giderilmesi
- Demir ve Mangan giderilmesi
- Amonyum giderilmesi
- Oksijen konsantrasyonunun yükseltilmesi
- Suya CO2 verilmesi/giderilmesi
- Hidrojen sülfür/metan giderilmesi
- Asitlerden temizleme
- Su yumuşatma
- Suyun korrozif özelliğinin kaldırılması
- Tuzluluğun giderilmesi
- Zararlı kimyasalların giderilmesi
- Nitrat giderilmesi
- Klorlu halojenlerin giderilmesi
2.3. Su Arıtımında Temel Üniteler
2.3.1. Gaz Transferi ve Havalandırma
Suya oksijen veya CO2 kazandırmak veya CO2, H2S, CH4, uçucu organikler gibi gazları su ortamından uzaklaştırmak için kullanılırlar. Su ve kullanılmış su arıtımında kullanılan havalandırıcıları dört sınıfta toplamak mümkündür. Bunlar;
- Cazibe ile çalışanlar
- Kademeli kaskat havalandırıcılar
- Eğik düzlem şeklindeki havalandırıcılar
- Düşümlü havalandırıcılar
- Damlatmalı filtreler
- Püskürtücüler: su püskürtücüden düşey eğimli şekilde yukarı doğru püskürtülür. Bu sırada su damlalarla ayrılır, temas yüzeyi artar ve havadan oksijeni alır.
- Basınçlı hava ile (kabarcıklı) havalandırma: havuzun veya reaktörün tabanına veya belli bir yüksekliğine yerleştirilen delikli borular veya gözenekli tüp veya difüzörlerden basınçlı hava verilir. Hava blower ile verilir. Gerekli hava miktarı ve basıncı boru ve difüzörlerdeki yük kayıplarına bağlı olarak hesaplanır. Kış şartlarında don problemi yoktur.
- Mekanik Havalandırıcılar: bir tahrik ve dişli tertibatına bağlı bir havalandırıcıdan ibaret olup, su ile temas eden aksam koni, plaka veya fırça şeklinde olur.
2.3.2. Izgaradan Geçirme
Yüzücü ve iri maddeleri tutmak için uygulanır.
2.3.3. Mikro-eleklerden Geçirme:
Süspansiyon halindeki maddeleri ve algleri tutmak için uygulanır.
2.3.4. Biriktirme:
Su kalitesini iyileştirmek, konsantrasyondaki salınımları dengelemek için kullanılır. Faydaları şunlardır:
- Suda bulunan iri daneler çökelir
- Suyun bulanıklığı azalır
- Su sertliğinde azalma olabilir, çünkü suda çözünmüş halde bulunan CO2 algler tarafından alındığında aşağıdaki reaksiyon sola doğru kayar.
- Organik oksidasyon nedeniyle, koku ve tad bakımından iyileşme ve BOİ azalması gerçekleşebilir.
- Koliform sayısında veya hastalık yapan mikroorganizma sayısında azalma görülebilir.
- Su kalitesinde dengeleme olabilir
Ayrıca su kalitesinde bozulmalarda olabilir:
- Alg büyümesi problem olabilir, koku ve tad problemlerine neden olur, kısa sürede filtrelerin tıkanmasına yol açabilir, daha az verimli dezenfeksiyona yol açabilir.
- Bazı kirleticiler tekrar oluşabilir. Tabana biriken organik maddelerin, anaerobik ayrışması sonucunda metan, H2S vb oluşabilir.
- Sıcaklık tabakalaşması nedeniyle su kalitesi bozulabilir.
2.3.5. Nötralizasyon
Suya asit veya baz ilave edilerek suyun pH’sının istenilen değere getirilmesi için uygulanır.
2.3.6. Hızlı Karıştırma ve Yumaklaştırma
Alimünyum ve demir tuzları gibi yumaklaştırıcı maddeleri ham suya ilave ederek çökemeyen ve koloidal maddeleri çökebilen yumaklar haline getirerek sudan ayırmak için uygulanır. İki tip yumaklaştırma vardır:
- Perikinetik Yumaklaşma: Brownia hareketleri ile oluşan yumaklaşma çeşididir.
- Ortokinetik yumaklaşma: Danecik sayısındaki azalma hızı, hız gradyantı, danecik çapı ve danecik sayısına bağlıdır.
Yüzey suları 10-7 – 0.1 mm büyüklüğündeki danecikleri ihtiva eder. Bu danecikler, çözünmüş maddeler, kolloidler ve askıdaki maddeler olarak sınıflandırılırlar. Çözünmüş maddeler çapları 0.001 µm’den küçük olan maddelerdir. Kolloidlerin çapları ise 0.001-1 µm arasındadır. Kil, SiO2, Fe(OH)3, virüsler (0.03-0.3 µm) kolloid sınıflandırmasına dahildir. Askıdaki maddelerin çapları 1 µm’den büyüktür. Bir daneciğin çökelme hızı danenin yoğunluğuna, dane çapına ve sıvı viskozitesine bağlıdır. Dane çapı küçüldükçe çökelme hızı azalır. O halde daha hızlı bir çökelme için bu danecikler yumak haline getirilmelidir. Yumaklar daha sonra yumkalaştırıcıdan sonra gelen çökeltim havuzlarında veya filtrasyon ünitesinde giderilir.
Metal oksitler (Al+3, Fe+2) pozitif yüke sahiptirler. Metal olmayan oksitler, kil vb ise genelde negatif yüke sahiptirler. İçme suyunda karşılaşılan kolloidler genellikle negatif yüke sahip olduğundan alum ve demir tuzları kullanıldığında suda stabil halde bulunan kolloidler destabilize olarak yumak oluşturmaya meyilli hale gelirler. Sudaki kolloidlerin yüküne zıt yüke sahşp iyonlar, danecik çevresinde birikecek ve sabit bir tabaka oluşturacaktır. Daha sonra suda bulunan kolloidler de zıt yüklü bu iyonlar etrafında sabit bir tabaka oluşturacağından dolayı daha büyük bir yumak tanesi oluşacaktır.
Atıksudaki kolloidler hidrofobik veya hidrofilik olabilirler.
Hirofobik kolloidler (çamur, vs.) sıvı ortama bir yakınlık göstermezler ve elektrolit ortamda kararsızdırlar. Bunlar kolayca koagüle olabilirler.
Proteinler gibi hidrofilik kolloidler ise suya yakınlık gösterirler.
Absorbe olan su flokülasyonu geciktirir ve bu yüzden etkin bir koagülasyon için özel işlem gerektirir.
Kolloid maddeler elektriksel özelliğe haizdirler. Bu özellikleri itici güç oluşturarak bir araya toplanmayı ve çökmeyi engeller.
Kolloid maddelerin kararlılığı itici elektrostatik güçlere, hidrofilik kolloidler durumunda ise koagülasyonu engelleyen su tabakasında çözünmeye bağlıdır.
Kolloid maddelerin kararlılığı önemli ölçüde elektrostatik yüke bağlı olduğundan flokülasyon ve koagülasyon sağlamak için bu yükün nötralizasyonu gerekir.
Zeta potansiyeli, elektrostatik yükün büyüklüğü dolayısı ile stabilizasyonun derecesi ile ilgilidir. Kolloid bir çözeltide Stabilizasyonun bozulması dolayısı ile çökmenin sağlanması için zeta potansiyelinin düşürülmesi gerekir. Endüstriyel atıksuların çoğunda kolloid maddeler negatif yüklü olduğundan atıksuya yüksek değerlikli katyon ilavesi ile zeta potansiyeli düşürülür.
Arsenik oksidin çöktürülmesinde katyon değerliğinin çöktürme gücüne etkisi aşağıdaki durumda gerçekleşir.
Na+ :Mg+2 : Al+3 = 1 :63 :570
Optimum koagülasyon, zeta potansiyeli 0 olduğunda ortaya çıkar, Bu izoelektrik noktası olarak adlandırılır. Etkin bir koagülasyon ±0.5 mV zeta potansiyeli aralığının üstünde oluşur.
Koagülasyon Prosesi Mekanizması:
Koagülant Özellikleri:
Atık arıtma uygulamalarında en çok kullanılan koagülant alüminyum sülfattır (Al2(SO4)3.18H2O). Alkalinite bulunan bir ortamda suya alum ilave edildiğinde aşağıdaki reaksiyon olur:
Al2 (SO4)3.18H2O + 3Ca(OH)2 →3CaSO4 + 2Al(OH)3 +18H2O
Alüminyum hidroksit Al2O3.x H2O kimyasal formunda olup amfoterik yapıdadır. Yani asit ya da baz gibi davranır. Asidik şartlarda:
[Al+3][OH- ]3 =1.9x10-33
pH 4 de çözeltide 51.3 mg/l Al+3 mevcuttur. Alkali şartlarda ise susuz alüminyum oksit çözünür:
Al2O3 + 2OH-→2AlO2- + H2O
[AlO2-][H+] = 4x10-13
pH 9.0 da çözeltide 10.8 mg/l alüminyum vardır
Alum flokları pH 7.0 de çok az çözünür. pH 7.6 nın altında flok yükü pozitif, pH 8.2 nin üstünde ise negatiftir. Bu limitler arasında flok yükü karışıktır.
Demir tuzları da yaygın olarak kullanılan bir koagülanttır. pH 3.0-13.0 aralığında çözünmeyen sulu demir oksit oluşur:
Fe+3 +3OH- → Fe(OH)3
[Fe+3][OH-]3 =10-36
Asidik pH da flok yükü pozitif alkali pH da negatif, pH 6.5-8.0 aralığında ise karışık yüklüdür. Ortamda anyonların bulunması flokülasyon derecesini etkiler. Sülfat iyonu asit aralığında flokülasyon yükseltir, alkali aralığında ise düşürür. Klorür iyonu hem asit hem bazik pH da biraz yükseltir. Kireç gerçek bir koagülant değildir ancak bikarbonat alkalinitesiyle birleşerek kalsiyum karbonat, ortofosfat ile birleşerek kalsiyum hidroksiapatit oluşturur. Magnezyum hidroksit yüksek pH seviyelerinde çöker. İyi ayırma için ortamda bir miktar jelimsi Mg(OH)2 olması gerekir, ancak bu durumda oluşan çamurun susuzlaştırılması zorlaşır. Kireç çamuru genellikle sıkıştırılabilir, susuzlaştırılabilir ve tekrar kullanım için kalsiyum karbonatı kirece dönüştürmek üzere kalsinleştirilir.
Koagülant Yardımcıları:
Bazı kimyasalların ilavesi ile daha büyük hızla çöken flok oluştuğundan koagülasyon hızlanır.
Aktifleştirilmiş silika çok ince alüminyum hidrat parçacıklarını birbirine bağlayan kısa zincirli bir polimerdir. Silika yüksek dozlarda, elektronegatif özelliğinden dolayı flok oluşumunu engeller. En uygun doz 5-10 mg/l dir.
Polielektrolitler yüksek molekül ağırlıklı polimerlerdir. İçerdikleri adsorplanabilen gruplardan dolayı partiküller veya yüklü floklar arasında köprü oluştururlar. Alum veya demir klorür ile birlikte düşük dozlarda (1-5mg/l) polielektrolit ilavesi ile büyük floklar (0.3-1mm) oluşur. Polielektrolitler pH dan etkilenmeksizin koloidin etkin yükünü azaltarak koagülasyonu sağlarlar.
Koagülant Ekipmanları:
Endüstriyel atıkların flokülasyon ve koagülasyonu için iki temel ekipman kullanılır.
- Konvansiyonel sistemde hızlı karıştırma tankı, bunu takiben yavaş karıştırmanın yapıldığı pedallı flokülasyon tankı bulunur.
- Floklaşmış karışım konvansiyonel çöktürme tankında çöktürülür. Çökebilen flokların oluşma süresini ve koagülant dozunu azaltmak için çöken çamur geri döndürülür. Böylece kimyasal madde miktarı azalır, ayrıca çamur yatağı filtre görevi görerek çıkış suyunun berraklaşmasını sağlar.
2.3.7. Çöktürme
Çökebilen katıları uzaklaştırmak için uygulanır.
2.3.8. Flotasyon (Yüzdürme)
Yağ ve sudan hafif yüzücü maddeleri sudan ayırmak için uygulanır.
2.3.9. Filtrasyon
Suyu daneli malzeme ile teşkil edilmiş filtrelerden geçirerek sudaki koloidal ve askıdaki katı maddeleri tutmak için uygulanır.
2.3.10. Dezenfeksiyon
Suda bulunan zararlı mikroorganizmaları bertaraf etmek için uygulanır. Sterilizasyon, dezenfeksiyondan daha ileri bir kademe olup sporlar dahil bütün canlı organizmaların öldürülmesi işlemidir. İçme sularının dezenfekte edilmesinin gayesi sudan geçen hastalıkların önlenmesidir. Dezenfeksiyon birkaç şekilde yapılabilir.
- Kaynatma ve benzeri fiziki işlemler
- Ultraviyole ışınlarıyla dezenfeksiyon
- Ozon ile dezenfeksiyon
- Klor ile dezenfeksiyon
- Dezenfektanın cinsi ve dozu
- Gerekli temas süresi
- Suyun sıcaklığı ve kimyevi özellikler
- Giderilecek mikroorganizmaların cins ve özellikler
Monokloramin
Dikloramin
Trikloramin
Suda bromin olduğu taktirde;
Bromat
2.3.11. Adsorpsiyon
Aktif karbon gibi maddelerle sudaki koku ve tat veren maddeleri tutmak için uygulanır.
2.3.12. İyon değiştirme
Suyun iyon değiştiricilerden geçirilmesiyle istenmeyen iyonların başka iyonlarla yer değiştirmesi işlemidir.
2.3.13. Membran Prosesler
Sudaki geniş zararlı kitlesi için mikrofiltrasyon, ultrafiltrasyon, nanofiltrasyon ve ters osmoz sistemlerinin uygulanmasıdır. Membran proseslerin avantajları arasında başlıca;
- kesiksiz ve otomatik işletme sağlayan sürekli prosesler olmaları,
- ne faz ne de sıcaklık değişimlerinden etkilenmesi,
- az enerji kullanımı,
- belirli bir boyut sınırlandırılması olmaması,
- modüler olarak tasarımının yapılabilmesi,
- kirleticinin formu ve kimyası üzerinde etki yapmaması,
- kimyasal katkı ihtiyacının olmaması,
- çok az yer ihtiyacının olması,
- çok yüksek konsantrasyonlarda uygulanabilmesi,
- taşınabilir olması,
- herhangi bir inşaat gerektirmemesi
- ve maliyetinin gün geçtikçe daha da aşağılara çekilmesi
sayılabilir.
Aşağıdaki şekilde de bir membranın şematik gösterimi verilmiştir. Membran proseslerde, üç faz vardır. Bunlar;
- Beslenme (Feed)
- Süzüntü (Permeate veya filtrate)
- Konsantre (Retentate)
Faz I
Beslenme
(Sürücü Kuvvetler)
Faz III Konsantre
Faz II - Süzüntü
Şekil Membran ile arıtmanın şematik gösterimi
Arıtma işlemi, I. Fazdaki (besleme fazı) bir bileşenin, membran tarafından belli bir oranda tutulması esasına dayanır. Membranda akım iki kısma ayrılır. Membrandan geçen akım süzüntü, geçemeyen akım ise konsantre akım olarak adlandırılır. Membrandan süzüntü tarafına doğru bir geçişin olması için bir sürücü kuvvetin uygulanması gerekmektedir. Membranlar sürücü kuvvetlerine göre,
- Basınç (DP)
- Konsantrasyon (DC)
- Elektriksel potansiyel (DE)
- Sıcaklık farklılığı (DT)
olmak üzere dört ana grupta toplanır. Membranların sürücü kuvvetlerine göre sınıflandırılması Tablo 1’de verilmiştir.
Membran proseslerin en çok kullanılanları basınç uygulamalı olanlarıdır. Bunlar, boşluk büyüklüklerine bağlı olarak;
1. Ters Osmoz (RO)
2. Nanofiltrasyon (NF)
3. Ultrafiltrasyon (UF)
4. Mikrofiltrasyon (MF)
Basınç kuvveti altında çalışan membran proseslerine ait ayırma mekanizması Aşağıdaki şekil’de gösterilmiştir.
Tablo 1 Membran proseslerinin sürücü kuvvetlerine göre sınıflandırılması
Membran Prosesler
Faz I
Faz II
Sürücü Kuvvet
Mikrofiltrasyon (MF) Sıvı
Sıvı
DP
Ultrafiltrasyon (UF) Sıvı
Sıvı
DP
Nanofiltrasyon (NF) Sıvı
Sıvı
DP
Ters osmoz (RO) Sıvı
Sıvı
DP
Gaz Ayırma Gaz
Gaz
DP
Dializ Sıvı
Sıvı
DC
Osmoz Sıvı
Sıvı
DC
Pervaporasyon Sıvı
Gaz
DP
Elektrodializ Sıvı
Sıvı
DE
Termo-osmoz Sıvı
Sıvı
DT/DP
Membran distilasyonu Sıvı
Sıvı
DT/DP
Su
Bazı tuzlar
Su
Tuzlar
Makromoleküller
Su
Tuzlar
Makromoleküller
Askıda Katılar ve Kolloidler
Makro moleküller
Su
Tuzlar
a) Mikrofiltrasyon
b) Ultrafiltrasyon
Çözünmüş Tuzlar
c) Nanofiltrasyon d) Ters Osmoz
MF
UF
NF
RO
Şekil 2. Basınç sürücü kuvveti altında çalışan membran prosesle
Metre
10
-10
10
-9
10
-8
10
-7
10
-6
10
-
5
Moleküller Ağırlık (
Dalton)
200 20.000 500.000
Serbest
Atomlar
Küçük
organik
monomerler
Şeker
Herbisid
Pestisid
Çözünmüş
Tuzlar
Endotoksin/
Pirogenler
Koloidler:
Albumen Protein
Kolloidal
Silica
Virüsler
Bakteri (
~
40
m
m)
K
ırmızı
Kan
Hücresi
Kripto
sporid
Ters
Osmoz
Nanofiltrasyon
ULTRAF
İLTRASYON
M
İKROFİLTRASYON
Derin
Yataklı
Filtrasyon
Figure 3. Farklı Membran Ayırma Proseslerinin Tutma Yetenekleri
Tablo 2. Basınç sürücülü membran proseslerin özellikleri (Scott, 1995)
Memb. Proses
Membran Tipi
Uygulanan Basınç Türü
Uygulamalar
Membran kalınlığı
MF
Simetrik ve asimetrik mikroboşluklu
Hidrostatik basınç
(<2 bar)
Partikül Ayrımı, Steril filtrasyonu
10-150 m
UF
Asimetrik,
mikroboşluklu
Hidrostatik basınç
(1-8 bar)
Makromolekül ayrımı
0.1-1.0 m
NF
Asimetrik
Hidrostatik basınç
(10-30 bar)
Küçük organik bileşiklerin ve bazı tuzların ayırımı
0.1-1.0 m
RO
Asimetrik, ince film kompozit
Hidrostatik basınç
(10-100 bar)
Küçük moleküler ağırlıklı çözünmüş maddelerin ayırımı
0.1-1.0 m
2.4. Su Arıtımındaki Akım Şemaları
a) Çökebilen madde miktarı yüksek ve mevsimlere göre kil muhtevası ve rengi değişen nehir suları
Cl2
K.M
pH kont
Hızlı
Karıştırm
Yumaklaştırma
Çöktür-me
Filtre
Hazne
Cl2
Biriktirme
Izgara
Nehir
Biriktirme müddeti 10-20 gün alınır.
b) Ötrofik Göl ve Su Haznelerinin Suları
Bu sular bazı mevsimlerde yüksek alg, kil ve diatoma ihtiva ederler. İri Çakıl ve kum daneleri yoktur, az miktarda mil bulunur.
Cl2
K.M
pH kont
Hızlı
Karıştırm
Yumaklaştırma
Çöktür-me
Filtre
Hazne
Cl2
Göl
c) Su Kalitesi iyi olan Göller
Cl2
K.M
pH kont
Hızlı
Karıştırm
Yumaklaştırma
Filtre
Hazne
Cl2
Göl
d) Rengi fazla fakat askıdaki madde muhtevası as sular
K.M
pH ayarlama
Hızlı
Karıştırm
Yumaklaştırma
Filtre
Hazne
Cl2
Rengi fazla su
3-10 dakika
Opsiyonel
Hız: 5-10 m/st
e) Yer altı suları için akım şemaları
K.M
Havalandırma
Bekletme
Filtre
Hazne
Cl2
Kuyu suyu
e) Sert Yer altı suları için akım şemaları
Soda
Havalandırma
Karıştırma
Filtre
Hazne
Cl2
Kuyu suyu
Kireç
Çöktürme
GAC
3. Atıksu Arıtımı
3.1 Mekanik ön arıtma birimleri (Birincil Arıtma)
3.1.1 Izgaralar
Atıksu içerisinde bulunan büyük parçaların pompa, boru ve teçhizata zarar vermemesi, diğer arıtma kısımlarına gelen yükün hafifletilmesi ve yüzücü maddelerin sudan ayrılması gibi amaçlarla ızgaralar kullanılır. Izgaralar, atıksu arıtma tesisi girişlerine yerleştirilmektedirler. Izgaraların seçiminde su derinliği, çubuklar arasındaki açıklık, tarama sıklığı, müsaade edilen yük kaybı, serbest akış alanı, ızgaraların önünde veya arasında çökelme ihtimali, yaklaşım kanalının şekli, ızgara kanalının göz sayısı, tutulacak çöp miktarı ve türü, kapaklar önünde oluşacak su yükü ve ızgaradan sonra uygulanacak proses rol oynamaktadır. Izgaraların serbest açıklığı, maksimum debiyi geçirecek ve hatta biraz daha fazlasını geçirebilecek büyüklüğe sahip olmalıdır. Izgaralar, kaba ızgara ve ince ızgara olmak üzere iki çeşittir.
Kaba Izgaralar: arıtma tesisinin en başında ve 40 mm’den iri maddelerin mevcut mekanik ekipmanlara zarar vermemesi ve boru hatlarında tıkanıklık yaratmaması (çöp, naylon, ahşap malzeme v.b) için tutulması ve uzaklaştırılması için kullanılırlar. Üç değişik tipte inşaa edilirler. Bunlar, sabit çubuk ızgaralar, hareketli bant ızgaralar ve öğütücülerdir. Çubuk ızgaralar, pompaların ve terfi merkezlerinin önüne yerleştirilirler. Elle temizlemeli veya mekanik temizlemeli olabilirler. Büyük arıtma tesislerinde, mekanik, küçük arıtma tesislerinde elle temizlemeli olanlar kullanılır. Hareketli bant ızgaralar (mikroelekler), çubuk ızgaraya göre daha küçük parçacıkların uzaklaştırılmasında kullanılır. Düz, sepet, kafes ve disk tiplileri vardır. Izgaralar kanaldan çıkartılarak temizlenip yerine takılırlar. Yeni tipleri hareketli eleklerdir. Tasarımları ince ızgaralara benzer. Uzaklaştırılacak maddelerin boyutuna bağlı olarak aralıkları, 3-20 mm arasında olabilir. Öğütücüler, kaba eleklerle birlikte kullanılırlar. Izgaralarda tutulan katı maddeleri öğütürler. Dönen veya titreşen bir merdane üzerinde kesme dişleri veya doğrama kısımları vardır. Öğütücüler tamamen batmış konumdadırlar.
İnce ızgaralar: çubuk aralığı, 2.3–6 mm mertebesindedir. Bu tip ızgaralar mekanik temizleme mekanizmalarına sahip olup, ızgarada tutulan katı maddeler zaman zaman otomatik olarak temizlenerek katı madde konteynerlerinde depolanır ve daha sonra uygun alanlara dökülür. Son yıllarda ikinci kademe arıtma çıkış suyunu iyileştirmek amacıyla mikroelekler de üretilmiştir. İnce ızgaralar, hareketli ve hareketsiz eleklerden oluşmuştur. Hareketsiz veya statik elekler dik, eğik veya yatay olarak monte edilirler. Hareketli elekler, çalışma sırasında sürekli olarak temizlenirler. Her iki tip ince elekte de, % 20-25 oranında askıda katı madde ve BOI5 giderimi sağlanır.
Elle temizlenenler 1.7 m boyundaki bir adamın boyuna göre, tırmığı rahat çekmesi göz önünde tutularak, yatayla 35 ile 450 açı yapacak şekilde tertiplenmektedir.
Mekanik ızgaralar ise 60 ile 800 açı ile düzenlenmektedir. İnce ızgaralarda tırmık sıyırma hızı, 0.10-0.15 m/sn alınabilir. Tırmığın bir tur yapması (çalışma devresi), ızgara boyuna bağlı olarak 2 ile 5 dakika arasında değişmektedir.
Genel halde, ızgara çubuklar arasındaki ortalama su hızı 0.75 m/sn, maksimum su hızı 1.25 m/sn olmalıdır. Daha büyük hızlar çöpleri sürükleyeceği için istenmemektedir. Yaklaşım kanalındaki hız ise çökelmeye meydan vermeyecek şekilde, maksimum debide, 1 m/sn değerini geçmemesi ve minimum debide 0.3 m/sn değerinden küçük olmaması gerekir. Izgara kanalının minimum genişliği, 60 cm olmalıdır.
Izgaralar giriş-çıkış su seviyeleri arasındaki fark belirli bir değere (mesela 15-25 cm) ulaştığı zaman temizlenmelidir. Ancak seviye farkı bu değere ulaşıncaya kadar uzun bir süre geçerse bu halde ızgara üzerindeki çöpler kuruyarak otomatik temizleme aletine zorluk çıkarmaya başlar. Bu sebeple, ızgaraların temizleyicileri hem seviye farkına hem de zaman saatine göre devreye girmelidir.
3.1.2 Dengeleme Havuzu
Arıtma sistemlerinde dengelemenin amacı atıksu karakteristiklerindeki değişiklikleri minimize ederek arıtma kademelerinde optimum şartları sağlamaktır. Dengeleme ünitesinin boyutu ve tipi, atıksuyun miktarı ve değişimi ile ilgilidir. Dengeleme tankı, atıksu debisindeki farklılıkları ve üretimden dolayı zaman zaman atılan veya istemeyerek dökülen bazı konsantre atıksu akımlarını biriktirebilecek boyutta dizayn edilir. Dengeleme ünitesinde, konsantrasyonun dengelenmesi ve çökelmenin önlenmesi amacıyla karıştırma uygulanır. Buna ilaveten karıştırma ve havalandırma ile yükseltgenebilen maddelerin ve BOI’nin kısmi oksidasyonu gerçekleşir. Dengeleme tanklarında karıştırma, giriş akımının dağıtımı ve perdeleme, türbinlerle karıştırma, difüzörle havalandırma ve mekanik havalandırıcılarla havalandırma gibi tekniklerle yapılmaktadır. Atıksu debisi gözönüne alındığında, dengeleme havuzlarının hacimlerine günlük maksimum ve minimum atıksu debilerini dengeleyecek şekilde karar verilir. Bunun dışında dengeleme havuzları özellikle Ardışık Kesikli Reaktör (AKR) gibi kesikli çalışan sistemlerin uygun işletilmesinde de kullanılabilir.
Debi dengelenmesinde gerekli hacim, toplam akış hacminin zamana karşı çizilmesi ile hesaplanır. Aynı diyagrama ortalama günlük akış hızı (orijin ile son noktanın birleştirildiği düz çizgi) da çizilir. Kütle akış eğrisine teğet, ortalama günlük akış hızı eğrisine paralel bir doğru çizilir. Gerekli dengeleme hacmi, teğet çizilen noktanın ortalama günlük akış hızı doğrusuna dik doğrultudaki uzaklığıdır. Eğer akış hızı grafiği, ortalama akış hızı doğrusunun üstüne çıkıyorsa gerekli dengeleme hacmi, iki teğet doğru arasındaki dik uzaklıktır. Uygulamada dengeleme tankı hacmi teorik olarak hesaplanan değerden daha büyük tutulur. Genellikle, bekletme süresi 2 ile 8 saat arasında olacak şekilde bir bekletme süresi seçilir. Bazı durumlarda 12 saat, hatta daha fazla olabilir.
Dengeleme tankının ön arıtmadan sonra, biyolojik arıtmadan önce bir yerde olması uygundur. Ön arıtmadan hemen sonra dengeleme, çamur ve köpük problemlerini azaltacaktır. İlk çöktürmeden ve biyolojik arıtmadan önce yapılacak dengeleme ünitelerinde, katı maddelerin çökmesini ve konsantrasyon dalgalanmalarını önlemek için yeterli karışım, koku problemine karşı da yeterli havalandırma sağlanmalıdır. Karıştırma, tank içeriğinin karışmasını sağlamak ve tankta katıların çökmesini önleyecek düzeyde olmalıdır. 220 mg/l askıda katı madde içeren orta kuvvette bir evsel atıksu için karıştırma gereksinimi, 0.004-0.008 kW/m3 dür. Havalı şartları korumak için de 0.01-0.015 m3/m3.dak debide hava verilmelidir. Ön çöktürme sonrası ve kısa kalma süreli (iki saatten daha az) dengelemede havalandırma gerekmeyebilir.
Dengeleme tankı inşasında dikkate alınacak hususlar, inşaatın yapıldığı malzeme, tank şekli ve teçhizattır. Mevcut bir havuz kullanılacaksa gerekli değişiklikler yapılır. Genellikle borulama ve yapısal değişiklikler gerekmektedir. Dengeleme havuzları toprak, beton veya çelikten inşa edilebilir. Toprak havuzların maliyeti daha düşüktür. Yerel şartlara bağlı olarak yanal eğim 3:1 ve 2:1 olmalıdır. Yeraltı suyu kirliliğini önlemek için havuz geçirimsiz bir malzeme ile kaplanır. Havasız şartların oluşmasını önlemek için difüzörler veya yüzer havalandırıcılar ile havalandırma yapılır.
3.1.3 Kum tutucu
Kum, çakıl gibi inorganik maddeleri atık sudan ayırmak, arıtma tesislerindeki pompa ve benzeri teçhizatın aşınmasına ve çökeltim havuzlarında tıkanma tehlikesine engel olabilmek, hareketli mekanik ekipmanın aşınmasını önlemek, boru ve kanallarda birikintileri engellemek ve kum birikiminden dolayı çamur çürütücünün temizlenme periyodunu azaltmak için kum tutucular kullanılır. Bu çeşit maddeler genellikle, yağmur suları ile sürüklenerek kanalizasyon sistemlerine karışmaktadır. Kum tutucularda sadece, inorganik malzemelerin çökelmesi istenir. Çökelmesi halinde koku problemine sebep olabilecek organik maddelerin çökelmesi istenmez. Özellikle, yoğunluğu 2650 kg/m3 ve tane çapları 0.1-0.2 mm’den daha büyük olan katı maddelerin tam olarak tutulmasını sağlamak için kullanılır. Kum tutucular genellikle kaba ızgaradan sonra ilk çöktürmeden önce kullanılırlar.
Kum tutucularda, istenen büyüklükteki katı maddeler tutulacak, arzu edilmediği halde tabana çökelen daha küçük çaplı katı maddeler ve organik maddelerin tekrar suya karışacak şekilde projelendirilmesi gerekmektedir. Bunun için yatay akış hızı belli bir değerin altına düşürülmemelidir. Yatay akış hızı, 0.25-0.4 m/sn (ortalama 0.3 m/sn) olacak şekilde projelendirilir ve kum tutucuların boyutlandırılmasında kullanılan en önemli parametredir. Bu akış hızı organik maddelerin kum tutuculardan dışarıya sürüklenmesini temin eder. Kum tutucuların boyutlandırılmasında kullanılan ikinci en önemli parametre, yüzey yüküdür. 0.1 mm ve daha büyük çaptaki daneciklerin çöktürülmesi için yüzey yükü, 24 m/st değerinin altında olmalıdır.
Kum tutucular, yatay akışlı dikdörtgen planlı, havalandırmalı, daire planlı ve düşey akımlı kum tutucular olarak sınıflandırılmışlardır. Yatay akışlı kum tutucular uzun havuzlardan ibarettir. Yatay akışlı kum tutucularda, bekletme süresi 1 dak, yatay akış hızının 0.3 m/sn ve yüzey yükünün 24 m3/m2.st olması gerekmektedir. Küçük tesislerde kum temizleme el ile mümkündür. Bu durumlarda temizlenecek olan havuz devre dışı kalacağı için en az iki gözlü olarak boyutlandırılması gerekmektedir. Büyük tesislerde mekanik temizleme ekipmanının teçhiz edilmesi gerekmektedir. Yatay akışlı kum tutucularda atıksu, kum tutucuyu yatay doğrultuda geçer, çizgisel hız, kum tutucunun boyutu, girişte dağıtım mekanizması ve çıkışta çeşitli savaklarla kontrol edilir.
Havalandırmalı kum tutucularda, havalandırma basınçlı havalandırma ile yapılmaktadır. Havalandırmalı kum tutucular, saatlik pik debilerde, 0,2 mm boyutundaki partikülleri, 2-5 dakikalık kalma süresinde gidermek üzere tasarlanmışlardır. Havalandırma difüzörleri, kum tutucu havuz tabanının 0.45-0.60 m yukarısına yerleştirilir. Endüstriyel atıksuların da karıştırıldığı kentsel atıksuların havalandırmalı kum tutucularda arıtımında, havalandırmadan dolayı UOK (Uçucu Organik Karbon) oluşumu dikkate alınmalıdır. UOK oluşumu, arıtma tesisi işletmecileri açısından sağlık riski teşkil eder. UOK oluşumu önemli miktarlarda ise kum tutucu üzerine kapak yapılmalı veya havalandırmasız kum tutucular tercih edilmelidir. Havalandırmalı kum tutucular spiral akışlı havalandırma tankından oluşur. Spiral hız, tank boyutu ve verilen hava miktarı ile kontrol edilir. Havalandırmalı kum tutucuların derinliği 2 m ve 5 m, boyu 7.5 m ve 40 m arasında, genişliği 2.5 m ve 7 m arasında, hava debisi 3-10 m3/st.m arasında değişmektedir.
Daire planlı kum tutucular, giriş ve çıkışı ayarlamak sureti ile akıma dairesel bir yörüngenin verildiği kum tutuculardır. Kumlar, merkezkaç kuvvetinin etkisi ile merkezdeki kum bölmesinde birikirler. Atıksu girişi teğetsel olarak giriş yaparak girdap oluşturur. Santrifüj ve yerçekimi kuvvetleri kumun çökmesine neden olur. Dairesel kum tutucunun boyutlandırılması, yüzey yükünün seçilmesi sureti ile gerçekleştirilir. Yüzey yükü olarak 24 m3/m2.st alınması tavsiye edilmektedir. Pik debide hidrolik bekletme süresi 30 sn alınabilir. Çapı, 1.5 ile 7 m aralığında, yüksekliği ise 3 m ile 4.5 m aralığında seçilebilir.
Tutulan kum miktarı, 0.004-0.21 m3/103m3 aralığında değişmektedir. Kişi başına ise günlük, 5 ile 15 gr arasında kumun oluştuğu belirtilmektedir. Kum tutucularda toplanan kum, kireçle stabilize edilip düzenli çöp depolama alanlarında bertaraf edilebilir. Kum tutucu tabanında biriken maddeler az da olsa bir miktar organik madde ve patojen mikroorganizma ihtiva ettiğinden bunların gelişigüzel atılmaları sakıncalıdır. Bunlar da ızgara atıklarında olduğu gibi evsel katı atıklarla beraber bertaraf edilirler.
3.1.4 Yağ ve gres tutucu
Atıksuda bulunan ve yoğunluğu sudan küçük olan yağ, gres, solvent ve benzeri yüzen maddeleri sudan ayırmak için yağ tutucular kullanılır. Evsel atıksu arıtma tesislerinde yağlar, ön çökeltme havuzu yüzeyindeki yağ sıyırıcıları ile uzaklaştırılırlar. Bu nedenle ön çöktürme havuzlarında, köpük ve yağ toplama tertibatı teşkil edilir. Ön çökeltim havuzunun olmaması veya bu gibi maddelerin oranının çok yüksek olması halinde, gerek bu maddeleri geri kazanmak, gerekse arıtma verimini yükseltmek amacıyla yağ tutucular yapılmalıdır.
Yağ tutucuda serbest yağ tankın yüzeyine toplanır ve daha sonra sıyırma ile ortamdan uzaklaştırılır. Yağ tutucu tasarımı, yoğunlukları 0.80 gr/cm3 ve çapı 0.015 cm’den büyük serbest yağ taneciklerinin giderilmesi esasına dayanmaktadır.
Yağ tutucu verimini artırmak için içerisine plakalar da yerleştirilmektedir. Levhalı yağ tutucu, paralel ve oluklu levhalardan oluşur ve 0.006 cm’den büyük yağ damlacıklarını ayırmak için tasarlanmıştır. Burada problem, yüksek yağ yüklemelerinde, yağ taneciğinin kesme kuvvetinden dolayı arıtma veriminin düşmesidir. Bu durumda atıksu girişi levhanın zıttı yönünde yapılmalıdır. Böylece ayrılan yağ tanecikleri akışın tersi yönünde hareket ederek yükselir (burada levhalar 45o açılı ve 10 cm aralıklı yerleştirilir). Hidrolik yük, sıcaklık ve yağın özgül ağırlığı ile değişmektedir. Yağ, 20 oC sıcaklık ve 0.9 gr/cm3 özgül ağırlığında en düşük debiye sahiptir. 0.5 m3/m2.st’lik hidrolik yüklemelerde, 0.006 cm boyutundaki yağ damlacıkları tutulabilmektedir. Tasarımda belirlenen büyüklük, % 50 emniyet faktörü ile büyütülmelidir.
Emülsifiye yağ, ortamda kolloidal halde bulunan yağdır. Emülsifiye yağın uzaklaştırılması için serbest forma dönüştürülmesi gerekmektedir. Serbest forma dönüşmesi için ise asit ilavesi yapılmakta veya emülsiyon kırıcı polimerler kullanılmaktadır. Daha sonra serbest yağ, yüzdürme ile yüzeyden alınmaktadır. Emülsiyon halindeki yağı ayırmak için ise, disperse hava flotasyonu ya da çözünmüş hava flotasyonu gibi üniteler kullanılır.
3.1.5 Ön Çöktürme Havuzu
Ön çöktürme, organik ve inorganik yapıda çökelebilme özelliğine sahip askıda katı maddelerin yerçekimi etkisiyle sudan ayrılması işlemidir. Ön çöktürme işlemi uygulanan atıksu sonraki arıtma ünitelerine yönlendirilir. Ön çöktürme işlemini takip eden diğer arıtma ünitelerinin organik madde ve katı madde yükleri azaltılmış olmaktadır. Ham atıksuyun içindeki çökelebilen maddeler sudan yüksek yoğunlukta ön çöktürme çamuru olarak uzaklaştırılır. Önçöktürme havuzunda askıda katı madde giderimi bekletme süresinin bir fonksiyonudur.
Atıksuda organik madde, etkin biyolojik azot ve fosfor giderimi için istenmektedir. Özellikle biyolojik nütrient giderimi için tasarlanan aktif çamur sistemlerinde ön çöktürme tanklarının projelendirilmesi aşamasında organik madde gideriminin tesisin çıkıştaki azot ve fosfor standardının sağlanmasında olumsuz bir durum yaratıp yaratmayacağı da tahkik edilmelidir. Ön çöktürme havuzları dikdörtgen ve dairesel planlı olarak projelendirilir. Ön çöktürme havuzları suyun üniform dağıtımını ve akımını sağlayacak giriş-çıkış savak yapıları ile donatılması gereklidir. Yüzeydeki köpük ve tabandaki çamur birikintilerinin uzaklaştırılması için uygun bir yüzey ve taban sıyırma tertibatı bulunmalıdır. Çamur haznesinin büyüklüğü çamurun özelliklerine ve çamur boşaltma aralıklarına uygun olmalıdır.
Ön çöktürme çamurları organik madde içeriği zengin olduğundan yoğunlaştırma aşamasından sonra çamur stabilizasyon işlemine (anaerobik, aerobik vb.) tabi tutulması gerekmektedir. Özellikle eşdeğer nüfusu büyük olan yerleşimler için ön çöktürme çamurunun anaerobik stabilizasyonundan elde edilen biyogaz ile enerji geri kazanımı ekonomik bir çözüm olabilmektedir.
Ön çöktürme havuzları, ızgaralar ve kum tutuculardan sonra inşaa edilir. Ön çöktürme tanklarının üç ana fonksiyonu vardır. Bunlar, çöktürme ile sıvıdan katıları (çamur) ayırma, yüzdürme ile sıvıdan katıları (köpük, yağ, yüzen birikintiler) ayırma ve katıları yoğunlaştırmadır. Ham atıksu kalitesi ve debisi dengelenmektedir. Ön çöktürme havuzunun yapılıp yapılmayacağı, KOİ/TKN oranına bağlıdır. KOİ/TKN oranı 7’nin üzerinde ise genellikle ön çöktürme havuzu yapılmakta, 7’den düşük ise yapılması gerekmemektedir. Bir diğer kriter debidir. Ön çöktürme tankları genellikle büyük kapasiteli (>3800 m3/gün) atıksu arıtma tesislerinde kurulur. Daha küçük tesislerde eğer ikinci kademe arıtma ünitesi tüm yükü kaldırabilecekse ve köpük, yağ ve yüzen kalıntılar işletme problemi yaratmayacaksa (kum tutucuda giderilebilecekse) ön çöktürme ünitesi kurulmaz. Damlatmalı filtre, döner biyolojik disk ve batmış biyolojik reaktör gibi ikinci kademe arıtma üniteleri mevcutsa ekipmanın zarar görmemesi için mutlaka sistemin önüne ön çöktürme tankı konulmalıdır.
Ön çöktürme havuzunda, AKM giderimi % 50-65’ler, BOİ giderimi ise % 25-40 seviyelerinde olmaktadır. Böylece biyolojik arıtma ünitesinde arıtılacak organik yük azaltılmış olmakta, organik yükteki azalma biyolojik arıtma ünitesinde sisteme verilmesi gerekli oksijen miktarının azalmasına, dolayısı ile enerji gereksiniminin ve oluşan fazla aktif çamur miktarının azalmasına neden olmaktadır. Ham atıksudaki köpüğün giderilmesi ile de havalandırma tankı ve çöktürme tanklarında köpük oluşumu azalmaktadır. Endüstriyel atıksu durumunda ise atıksudaki çözünmüş BOI5 miktarı farklı olduğundan bu oranlar değişir. Ön çöktürme tankına kimyasal ilavesi yapılırsa arıtım oranları yükselir. Çöktürme tankında hidrolik kısa devre, atıksu debisindeki aşırı değişiklikler, çok yüksek ya da düşük atıksu sıcaklıkları, yüksek geri devir oranları BOI5 ve askıda katı madde giderimlerinin tipik değerlerin altına düşmesine neden olmaktadır.
Toplam katı maddelerin homojen özellikte olması sebebiyle ön çöktürme işlemi, serbest çökelme ve yumaklı çökelme olmak üzere iki şekilde olmaktadır.
Ön çöktürme tanklarının tipleri, yatay akışlı, katı madde temaslı veya eğri yüzeyli olabilmektedir. Yatay akışlı havuzların avantajı, daha az yer kaplaması, birden fazla uniteler halinde olabilmesi, birden fazla unitelerde aynı duvar kullanılarak ekonomi sağlanması, koku kontrolünün daha kolay olması, daha uzun çökelme zamanı, giriş-çıkış yapılarındaki kayıpların az olması ve çamur toplama için daha az enerji harcanmasıdır. Dezavantajlar ise ölü bölgelerin oluşabilmesi, debi değişimlerine hassas olması, çamur toplama ekipmanı için genişliğin kısıtlayıcı faktör olması, savak yükünü azaltmak için birden fazla savak yapılması ve yüksek bakım masraflardır. Yatay akışlı havuzlar hem dairesel hemde dikdörtgen şeklinde yapılabilmektedir. Hangi türün seçileceği, tesisin büyüklüğü, yerel arazi şartları, mevcut birincil arıtma ekipmanı, ilgili mühendisin kararı, mal sahibinin tercihi, yatırım ve işletme maliyeti gibi faktörlere bağlıdır.
Dairesel ön çöktürme tanklarında besleme merkezden yapılmaktadır. Atıksu merkezden dış duvarlara doğru hareket etmekte ve dış çevre boyunca uzanan savaktan çıkış yapmaktadır. Çöken çamur sıyırıcılarla merkeze doğru itilmektedir. Üstte toplanan yüzer maddeler ise döner bir sıyırıcı ile toplanarak bir haznede biriktirilmektedir.
Dikdörtgen ön çöktürme tanklarında atıksu beslemesi bir uçtan yapılmakta, atıksu uzun kenar boyunca hareket ederek diğer uçtan tankı terk etmektedir. Çöken çamur, dip kısımda atıksuyun ters yönünde hareket eden sıyırıcılar vasıtasıyla çamur toplama bölümüne iletilmektedir. Su yüzeyinde dolaşan köpük toplayıcılar, yüzeydeki köpüğü toplayarak atıksu çıkışı tarafındaki köpük toplayıcı hazneye ulaştırmaktadır. Dikdötgen planlı ön çöktürme havuzlarının derinliği 3 ile 4.5 m arasında, uzunluğu, 15 ile 90 m, genişliği 3 ile 24 m ve sıyırıcı hızı ise 0.6 ile 1.2 m/dak arasında değişmektedir.
Katı madde temaslı ön çöktürme havuzlarında, katı maddeler yükselerek çamur battaniyesi oluştururlar. Gelen katı maddeler burada birleşerek tutunurlar. Sıvı faz ise yükselerek savaklara doğru ilerler. Aynı giderme verimindeki yataş akışlı ön çöktürme tanklarına göre daha iyi hidrolik performans gösterirler. Dairesel ya da dikdörtgen planlı olarak tasarlanırlar. Septik koşullar oluşturduğu için biyolojik çamurlar için kullanılması uygun değildir.
Eğri yüzeyli ön çöktürme havuzlarında, eğri yüzeyler çok daha kısa çökelme zamanı sağladığı için verimlidir. Yaygın olarak aşırı yüklü ilk ve son çöktürme tanklarının yenilenmesi/geliştirilmesi için kullanılır. Eğri yüzeyler (geniş yüzey alanı sağlamaktadır.), tüp şeklindeki yapı veya plakalar ile sağlanabilmektedir. Böylelikle tank hacmi küçülmektedir. Bu şekilde daha az rüzgar etkisi olmakta ve laminer akım oluşmaktadır. Dezavantajı ise septik koşulların oluşabilmesi ve tüplerin ya da kanalların tıkanmasıdır.
Ön çöktürme havuzlarının hesabı, yüzey yükü, bekletme süresi ve derinliğe bağlıdır. Ön çöktürme tanklarının boyutlandırtılmasında kullanılan en önemli parametre yüzey yüküdür. İyi bir performans elde etmek için bunun dışında tank derinliği, bekletme süresi, çamur sıyırıcı taşıma kapasitesi gibi parametrelerin de dikkate alınması gereklidir. Yüzey yükü ortalama debide, 33 ile 49 m3/m2.gün ve pik debide ise 81 ile 122 m3/m2.gün aralığında değişmektedir. Savak yük ise 124 ile 496 m3/m/gün aralığında değişmektedir. Savak yükünün ön çöktürme tankı performansına etkisi çok azdır. Aşırı su hızını önlemek üzere yeterli tank derinliği ve çıkış suyu olukları arasında yeterli mesafe olması önerilmektedir. Böylece dipte toplanan çamurun hareketlenip çıkış suyu ile sürüklenmesi önlenmiş olmaktadır.
Ortalama tasarım debisinde bekleme süresi 2.5 saati geçmemelidir. Uzun kalma sürelerinde septik şartlar oluşmakta, bu da çöktürme tankı performansının düşmesine (havasız çürüme şartlarında oluşan gazlar çamurun çökmesini engellemekte) ve koku oluşmasına sebep olmaktadır (havasız çürüme sırasında çıkan gazlar). Uzun çamur yaşı ise çöken organik katıların çözünmesine neden olmakta, bu da takip eden arıtma üniteleri için daha yüksek organik yüklemeye sebep olmaktadır. Düzgün tasarlanmış çamur toplama üniteleri, toplanan çamurun uygun sürede nakli ile tankın dibinde çamur birikimini önleyecektir. Çamur kalınlığı, septik şartların oluşumunu ve uzun çamur yaşını önlemek üzere minimize edilmelidir.
Çöktürme işlemlerinde çöken çamurun akışkan tarafından sürüklenmemesi için akışkanın yatay hızı büyük önem taşımaktadır. Akışkanın yatay hızının belirli bir değerden büyük olması durumunda akışkanın çöktürme tankı tabanında birikmiş çamuru sürükleme riski vardır.
Dairesel çöktürme havuzlarında derinlik, 3 ile 4.5 m arasında (ortalama 3 m), çap, 3 ile 60 m arasında, taban eğimi, 62 ile 167 mm/m arasında ve sıyırıcı devir sayısı ise 0.02 ile 0.05 devir/dak arasında değişmektedir. Çöktürme havuzundaki ortalama yük kaybı 0.4 m ile 0.6 m arasında değişmektedir.
Çökeltim havuzları suyun üniform dağıtımını ve akımını sağlayacak giriş-çıkış yapıları ile teçhiz edilmiş olmalıdır. Çamur haznesinin büyüklüğü çamurun özelliklerine ve çamur boşaltma aralıklarına uygun olmalıdır.
3.2 Biyoloijk Arıtma Birimleri (İkincil Arıtma)
Atıksuda bulunan organik kirleticilerin, mikroorganizmalar tarafından besin ve enerji kaynağı olarak kullanılmak suretiyle atıksudan uzaklaştırılmaları esasına dayanan arıtma yöntemleridir. Biyokimyasal süreçlerin sonunda, ayrışabilen organik madde elektron verip yükseltgenerek (oksitlenme) kararlı son ürün olan CO2 ve H2O’ya dönüşür. Dolayısı ile ayrışabilen organik maddelerin bir kısmı biyokütleye, diğer kısmı da enerjiye dönüşür.
Biyolojik arıtmada en yaygın kullanılan yöntem aktif çamur sistemleridir. Organik kirliliğin, askıda tutulan mikroorganizmalar (heterotrofik bakteriler) yardımıyla giderildiği bir arıtma metodudur.
Deşarj standartlarına bağlı olarak aktif çamur sistemleri organik madde giderimi ve nitrifikasyon; denitrifikasyon; aşırı biyolojik fosfor giderimi için uygun reaktör konfigürasyonları ile efektif olarak çalıştırılabilir. Proses şartlarına bağlı olarak aktif çamur reaktörü aerobik (havalandırmalı), anoksik ve anaerobik şartlarda çalıştırılabilir. Son çöktürme tankında çöken çamur aktif çamur havuzuna geri devrettirilmek sureti ile uygun biyokütle miktarı sağlanmış olur. Öngörülen biyokütle miktarından fazlası ise çamur işleme ünitelerine biyolojik fazla çamur olarak gönderilir.
Aerobik prosesler oksijenli ortamda organik madde giderimi ve/veya nitrifikasyon prosesleri için kullanılmaktadır. Nitrifikasyon prosesinde ototrof bakteriler amonyum azotunu oksijenli ortamda nitrata kadar yükseltger. Bu prosesler, mikroorganizmaların konumuna göre askıda çoğalma, yüzeyde çoğalma ve ikisinin birlikte uygulandığı kombine sistemler olarak sınıflandırılır. Birden fazla prosesin ardarda kullanıldığı ardışık sistemler de mevcuttur.
Biyolojik atıksu arıtımının temel amaçları:
· Temel olarak çözünmüş ne partiküler biyolojik olarak parçalanabilen bileşenleri (organik madde) kabul edilebilir son ürünlere dönüştürmek veya okside etmek (H2O, H2S, CO2, CH4)
· Askıda ve çökelemeyen kolloidal katıları biyolojik bir floga yada biofilm tarafından yakalanmasını veya bir araya gelmesini sağlamak.
· Azot ve fosfor gibi nütrientleri dönüştürmek ve uzaklaştırmak.
· Bazı durumlarda spesifik iz (eser) organik bileşenleri ve bileşikleri uzaklaştırmak.
Yukarıda söylediklerimiz evsel atıksular için geçerlidir. Endüstriyel atıksular için amaç (biyolojik arıtım) organik ve inorganik bileşiklerin konsantrasyonunu azaltmak veya uzaklaştırmaktır. Endüstriyel atıksularda bulunan bileşenlerin ve bileşiklerin bir kısmı mikro organizmalara toksik olduğundan dolayı endüstriyel atıksular evsel kanalizasyon sistemine deşarj edilmeden önce ön arıtımının yapılması gerekir. Tarımsal sulama amaçlı geri kullanılan atıksular için amaç azot ve fosfor gibi nütrientleri uzaklaştırmaktır (bunlar aquatik bitkilerin büyümesini teşvik eden bileşiklerdir). Biyolojik atıksu arıtma sahasında kullanılan yaygın terimler Tablo 1’de sunulmuştur.
Tablo 1. Biyolojik atıksu arıtma sahasında kullanılan yaygın terimler
Terim
Tanımlar
Metabolik Fonksiyon Aerobik (oksik) Prosesler
Oksijen mevcudiyetinde gerçekleşen biyolojik arıtım prosesleri
Anaerobik Prosesler
Oksijen yokluğunda gerçekleşen biyolojik arıtım prosesleri
Anoksik Prosesler
Nitrat azotunun oksijen yokluğunda biyolojik olarak N2 gazına dönüştürüldüğü prosestir. Bu proses aynı zamanda denitrifikasyon olarakta bilinir.
Fakültatif Prosesler
Hem moleküler oksijen varlığında hem de oksijen yokluğunda mikro organizmaların faaliyet gösterdiği biyolojik proseslerdir.
Kombine Aerobik/ Anoksik/ Anaerobik Prosesler
Spesifik bir arıtma amacını gerçekleştirmek için aerobik, anaerobik, anoksik proseslerinin birlikte kullanılmalarıdır.
Arıtım Prosesleri
Askıda-Büyüme Prosesleri
Atıksudaki organik madde veya diğer bileşenlerin gazlara ve hücre dokusuna dönüşümü için sorumlu olan mikro organizmaların sıvıdaki süspansiyonda olduğu biyolojik arıtım prosesleridir.
Bağlı-Büyüme Prosesleri
Atıksudaki organik maddelerin veya diğer bileşenlerin gazlara ve hücre dokusuna dönüşümü için sorumlu mikro organizmalar, taş, cüruf veya özellikle tasarlanmış seramik maddeler bir kısım inert maddelere bağlandığı biyolojik arıtım prosesleridir. Bağlı büyüme arıtma prosesleri sabit filmli prosesler olarakta bilinir.
Kombine Prosesler
Kombine prosesleri tanımlamak için kullanılan prosestir (kombine askıda ve bağlı büyüme prosesleri).
Lagün Prosesleri
Farklı uzunluk ve derinlikleri olan havuzlarda veya lagünlerde meydana gelen arıtma prosesleri için kullanılan genel bir terimdir.
Arıtma Fonksiyonları
Biyolojik Nütrient Uzaklaştırma
Biyolojik arıtma proseslerinde azot ve fosforu uzaklaştırılmasında uygulanan ifade veya terimdir.
Biyolojik Fosfor Uzaklaştırma
Biomass birikimle ve biomasstan ayrılmasıyla fosforun biyolojik gideriminde kullanılan terim.
Karbonlu BOİ5 Uzaklaştırma
Atıksudaki karbonlu maddelerin hücre, doku ve çeşitli gaz formundaki son ürünlere biyolojik dönüşümü
Nitrifikasyon
Amonyağın önce nitrite sonra nitrata dönüştüğü iki basamaklı biyolojik proses.
Denitrifikasyon
Nitratın azota ve diğer gaz formunda olan son ürünlere indirgendiği biyolojik proses
Stabilizasyon
Atıksuların biyolojik arıtımında ön çökeltmeden üretilen çamurdaki organik maddenin, çoğunlukla gazlara ve hücre dokularına stabilize edildiği biyolojik prosesler. Bu stabilizasyonun aerobik veya anaerobik şartlarda gerçekleştirilip gerçekleştirilmediği proses aerobik veya anaerobik çürütme olarak bilinir.
Substrat
Biyolojik arıtım esnasında dönüştürülen veya biyolojik arıtımına sınırlayıcı olabilen organik maddeleri veya nütrientleri göstermek için kullanılan terimdir. Örneğin atıksudaki karbonlu organik maddeler, biyolojik arıtım esnasında dönüştürülen substrat olarak adlandırılır.
Atıksu arıtımında mikroorganizmaların rolü:
Atıksuda bulunan organik maddelerin stabilizasyonu ve çözünmüş ile partiküler karbonlu BOİ nin giderimi temel olarak bakteri ve çeşitli mikroorganizmalar kullanılarak biyolojik olarak başarılır. Mikro organizmalar çözünmüş ve partiküler karbonlu organik maddeleri basit son ürünlere ve yeni oluşan biomassa okside etmek veya dönüştürmek için kullanılır. Organik maddelerin aerobik biyolojik oksidasyonu için aşağıdaki denklem kullanılabilir.
V1 (organik madde) + V2O2 + V3NH3 + V4PO4 ® V5 (yeni hücreler) + V6CO2 + V7H2O
V= stokiometrik katsayılar
Bu denklemle O2, NH3, PO4, organik maddenin basit son ürünlere (CO2, H2O) dönüştürmek için gerekli nütrientleri göstermede kullanılır. Oksidasyon prosesinin olması için mikro organizmlar gösterilir.
Yeni hücre terimi organik madde oksidasyonu sonucu olarak üretilen biomassı göstermek için kullanılır. Mikro organizmalar aynı zamanda atıksu arıtma proseslerinde azotun ve fosforun uzaklaştırılması içinde kullanılır. Spesifik bakteriler amonyağı nitrit ve nitrata okside edebilir. Diğer bakterilerde okside olan azotu gaz formundaki azota indirgeyebilir. Fosfor giderimi için büyük miktarda inorganik fosforu alabilmek ve depolayabilmek kapasitesi olan bakterilerin büyümesini gerçekleştirmek için biyolojik prosesler tasarlanır. Biomass sudan daha büyük yoğunluğa sahip olduğundan dolayı biomass yerçekimi çökelmesiyle arıtılmış sudan uzaklaştırılabilir. Organik maddeden üretilen biomassın sudan tamamen ayrılması önemlidir. Aksi takdirde çıkış suyuyla birlikte sistemi terk edecektir. Çıkış suyunda boi olarak ölçülecektir.
Atıksu Arıtımında Biyolojik Proses Tipleri:
Atıksu arıtmak için kullanılan temel biyolojik prosesler iki temel kategoriye ayrılabilir. Bunlar askıda büyüme ve bağlı büyüme prosesleridir. Askıda ve bağlı büyüme prosesleri için temel proses uygulamaları tablo 2’de verilmiştir. Tablo 2’de listelenen proseslerin tam tasarımı ve işletimi, proseste yeralan mikro organizma türlerinin ve gerçekleştirdiği spesifik reaksiyonların, performanslarını, nütrient gereksinimlerini ve reaksiyon kinetiklerini etkileyen çevresel faktörlerin anlaşılmasını gerektirir.
TİP
ORTAK İSİM
KULLANIM
Aerobik Prosesler
Askıda büyüme
Aktif çamur prosesi
C’lu BOI giderimi, Nitrifikasyon
Havalandırmalı lagünler
C’lu BOI giderimi, Nitrifikasyon
Aerobik çürütme
Stabilizasyon, C’lu BOI giderimi
Bağlı büyüme
Damlatmalı filtreler
C’lu BOI giderimi, Nitrifikasyon
Dönen biyodiskler
C’lu BOI giderimi, Nitrifikasyon
Paket yataklı reaktörler
C’lu BOI giderimi, Nitrifikasyon
Kombine Askıda ve Bağlı Büyüme Prosesleri
Damlatmalı Filtreler / Aktif Çamur prosesleri
C’lu BOI giderimi , Nitrifikasyon
Anoksik Prosesler
Askıda Büyüme
Askıda Büyüme Denitrifikasyon
Denitrifikasyon
Bağlı Büyüme
Bağlı Büyüme Denitrifikasyon
Denitrifikasyon
Anaerobik prosesler
Askıda Büyüme
Anaerobik Kontak Prosesler
C’lu BOI giderimi
Anaerobik Çürüme
Stabilizasyon,katı imhasında patojen giderimi
Bağlı Büyüme
Anaerobik Paketleme ve akışkan yataklı Prosesler
C’lu BOI giderimi, atık stabilizasyonu,denitrifikasyon
Çamur Yatağı
Yukarı akışlı anaerobik çamur yatağı
C’lu BOI giderimi
Özellikle yüksek gerilimli atıklar
Hibrit
Yukarı akışlı yatak/bağlı büyüme
C’lu BOI giderimi
Kombine Aerobik, Anaerobik ve Anoksik Prosesler
Askıda büyüme
Tek veya çoklu prosesler, çeşitli özellikli prosesler
C’lu BOI giderimi, Nitrifikasyon, Denitrifikasyon ve P giderimi
Hibrit
Tek veya çoklu prosesler, bağlı büyüme için paketleme ile
C’lu BOI giderimi, Nitrifikasyon, Denitrifikasyon ve P giderimi
Lagün Prosesler
Aerobik lagünler
Aerobik lagünler
C’lu BOI giderimi
Maturation(tertiary) lagünler
Maturation(tertiary) lagünler
C’lu BOI giderimi, Nitrifikasyon,
Fakültatif lagünler
Fakültatif lagünler
C’lu BOI giderimi
Anaerobik lagünler
Anaerobik lagünler
C’lu BOI giderimi, atık stabilizasyonu
3.2.1 Askıda Büyüyen Sistemler
Aktif çamur havuzu içindeki biyokütle havalandırma ya da mekanik karıştırma ile askıda tutulması ve atıksu ile homojen karıştırılarak uygun koşullarda istenilen reaksiyonların oluşturulması esasına dayanır. Bu amaçla, genellikle difüzörler veya yüzeysel havalandırıcıların kullanımı oksijen transferi ve tam karışımın sağlanması açısından yeterli olmaktadır. Havalandırma havuzuna oksijen transferi günlük ve mevsimlik ihtiyacı karşılayacak şekilde tasarlanmalıdır.
Tam karışımlı veya piston akımlı reaktör olarak projelendirilebilen aktif çamur havuzlarında atıksu biyolojik üniteyi takiben son çöktürme havuzuna yönlendirilir. Son çöktürme tanklarında yerçekiminden faydalanılarak arıtılmış su biyokütleden ayrılarak sonraki arıtma ünitelerine (dezenfeksiyon, filtrasyon vb.) iletilir veya deşarj edilir. Burada dikkat edilmesi gereken bir husus, aerobik aktif çamur tanklarının kullanıldığı sadece organik madde ve amonyum azotu gideriminin (nitrat azotuna çevrilmesi) sağlanmasıdır. Dolayısı ile yalnızca aerobik sistemlerin kullanıldığı arıtma “Hassas Bölgeler” için uygulanabilecek bir yöntem değildir.
Askıda çoğalan aktif çamur sistemleri organik madde giderimi ve nitrifikasyon prosesi sistemin (aerobik) çamur yaşına bağlıdır. Organik madde giderimi yapan heterotrofik bakteriler, nitrifikasyonu sağlayan ototrofik bakterilere göre daha az hassastır. Dolayısı ile normal şartlarda, nitrifikasyonun sağlandığı koşullarda organik madde giderimi de sağlanmaktadır. Öncelikle, nitrifikasyon prosesi için gerekli olan (aerobik) çamur yaşı soğuk hava şartları gözönüne alınarak hesaplanmalı ve reaktör hacmi buna göre hesaplanmalıdır. Pratikte nitrifikasyon organik karbonlu maddenin giderilmesi için kullanılan reaktörde gerçekleştirilebileceği gibi, ayrı bir reaktörde de sağlanabilmektedir.
Nitrifikasyon prosesinde 1 gram amonyum azotunun (NH4-N) oksitlenmesi sonucu 7.14 gram CaCO3 alkalinitesi tüketilmektedir. Dolayısı ile nitrifikasyon prosesi için atıksudaki alkalinitenin kontrol edilmesi gerekmektedir.
Biyolojik çamurun stabilizasyonu, reaktörün içinde yani yüksek çamur yaşlarında uzun havalandırma yöntemine göre işletilmesi ya da oluşan fazla çamurun reaktör dışında seçilen bir çamur stabilizasyon prosesi ile sağlanmaktadır. Arıtma tesisi tasarımı aşamasında tesisinin tümünün ele alınarak ilgili tasarım parametreleri açısından kütle dengesinin oluşturulması gerekmektedir.
3.2.2 Yüzeyde Büyüyen sistemler
a) Damlatmalı Filtreler
Organik maddelerin bir yüzeye bağlı mikroorganizmalar tarafından giderildiği klasik bir arıtma metodudur. Damlatmalı filtreler taş veya plastik dolgu malzemesinden oluşurlar. Taş dolgu malzemelerde filtre malzemesi derinliği 1.8-2.4 m, plastik madde için 3.0-12.2 m aralığında önerilmektedir. Atıksu bu filtre yatağından geçerken; dolgu malzemesi üzerinde bakteriler bir biyofilm tabakası oluşturur. Kullanılan dolgu malzemesinin arasında boşluklar bulunur. Böylece, mikroorganizmaların dolgu malzemesi üzerinde bir tabaka halinde yaşamaları, organik maddelerle beslenmeleri ve hava geçişi ile oksijen trasferi sağlanır. Mikroorganizmalar belirli bir kalınlığa ulaştıktan sonra, dolgulardan koparlar, çıkış suyundaki bu biyofilm parçacıkları son çöktürme havuzlarında çökeltilerek sudan ayrılırlar. Damlatmalı filtrelerin boyutlandırılması yüzeysel hidrolik yük (m3/m2/gün), hacimsel organik yükleme (kg BOİ5/m3/gün) ve geri dönüş oranı esas alınarak yapılır. Filtrenin yıkanmasını sağlamak ve minimum debilerde akışı sağlayacak geri devir düzenekleri teşkil edilmelidir. Damlatmalı filtreler ünitede sağlanan yüzeysel hidrolik yük; hacimsel ve organik yükün büyüklüğüne göre düşük, orta ve yüksek hızlı olmak üzere üç tip olabilmektedir. Hacimsel organik madde ve azot (TKN) yükleme hızı oranına bağlı olarak organik madde giderimi; organik madde ile birlikte nitrifikasyon sağlanabilir. Yaz ve kış koşullarında optimum oksijenlenmeyi sağlayacak havalandırma sistemi (havalandırma delikleri ve kanalları) teşkil edilmelidir.
b) Biyodisk
Biyodisk sistemleri, bakterilerin üzerinde üremesi için uygun bir yüzeyi sağlayacak şekilde yapılmış, gelen atıksuyun muhtemel korozif özelliğinden etkilenmeyecek, mesela plastik (stropor gibi) malzemelerin diskler halinde, döner bir şaft üzerine yerleştirildiği veya içi dolgu malzemesi ile dolu tambur şeklindeki silindirik bir yapıdan oluşur. Bu silindirlerin genelde uygulanabilir çapları 1.5-3.0 metredir. Şaftın her 1 metresine 2 cm aralıklarla 20-30 adet disk yerleştirilebilir. Şaftın uzunluğu 6 m’ye kadar olabilir. Dolgulu tambur tiplerinde ise istenen toplam yüzey sağlanacak şekilde boyutlandırma yapılır. Bunların her biri ayrı bir silindir haznesine, % 45’i su içinde batık olacak şekilde monte edilir.
c) Dolgu Yataklı Reaktörler
Dolgu yataklı reaktörler, mikroorganizmaların tutunması için bir dolgu maddesi içeren biyofilm sistemleridir. Tipik bir dolgu yataklı reaktörde hava alt kısmından havalandırıcılar yardımıyla verilir.
3.2.3 Biyolojik Azot ve Fosfor Giderimi Sistemleri
a) Anoksik Prosesler
Heterotrofik (fakültatif) bakteriler oksijensiz ortamda ayrışabilen organik maddeyi ve bağlı oksijeni (nitrat, nitrit vb.) kullanarak organik madde oksidasyonunu gerçekleştirmektedir. Denitrifikasyon prosesi yardımıyla anoksik koşullarda nitratın azot gazına dönüştürülmesi sonucu azot giderimi gerçekleştirilmektedir. Anoksik koşullar askıda ya da yüzeyde çoğalan sistemlerde sağlanabilir. Ancak, denitrifikasyon veriminin yüksek olması, proses stabilitesi ve proses kontrolünün kolaylığı açısından anoksik koşullar askıda çoğalan sistemlerde kolaylıkla sağlanmaktadır. Denitrifikasyon prosesinin verimi anoksik reaktöre giren organik madde miktarı, aerobik ünitelerden geri devrettirilen nitrat miktarı ve ortamdaki oksijen konsantrasyonuna bağlıdır.
Askıda çoğalan sistemlerde denitrifikasyon: Askıda çoğalan sistemlerde denitrifikasyon, aktif çamur sistemlerinde oksijenin olmadığı aerobik tanklardan geri devredilen nitrat yardımıyla anoksik havuzlarda gerçekleştirilir. Nitratın yanında bakteriler için gerekli olan organik karbon kaynağı sağlanmalıdır. Gerekli olan organik madde ham atıksudaki organik maddeden ya da dışsal karbon kaynağından sağlanır. Biyolojik azot giderimi için tasarlanan aktif çamur sistemlerinde ön çöktürme tanklarının verimi organik maddenin denitrifikasyon prosesinin yeterliliği açısından kontrol edilmelidir. Denitrifikasyon hacminden önce nitrifikasyonun sağlandığı aerobik reaktör hacmi belirlenmeli daha sonra arıtılmış suda deşarj edilen toplam azot konsantrasyonunu sağlayacak anoksik hacim oranına göre denitrifikasyon hacmi (VD) seçilmelidir. Anoksik reaktörlerin boyutlandırılmasında anoksik hacim oranının, VD/V (anoksik reaktör hacminin toplam reaktör hacmine oranı) %50 değerini aşması istenmemektedir. Denitrifikasyon prosesinde 1.0 gram nitrat azotunun (NO3-N) azot gazına çevrilmesinde 3.56 gram CaCO3 alkalinitesi kazanılmaktadır. Nitrifikasyon prosesinde kaybedilen alkalinite denitrifikasyon ile geri kazanılmaktadır.
Yüzeyde çoğalan sistemlerde denitrifikasyon: Yüzeyde çoğalan sistemlerde denitrifikasyonu, içerisinde taş veya plastik dolgu malzemesi bulunan bir ortamda gerçekleştirilir. Dolgu maddesinin boyutlarına bağlı olarak, bu işlem bir çöktürme havuzu tarafından izlenebilir. Dolgu yatakta tıkanmaların engellenebilmesi için periyodik olarak geri yıkama gerekebilir. Bu işlemde de, askıda büyüme denitrifikasyonunda olduğu gibi, dışsal karbon kaynağı genellikle gereklidir. Günümüzde özellikle büyük sistemler için yüzeyde çoğalan sistemlerde etkin denitrifikasyon sağlamak oldukça zordur.
3.2.4 Fosfor Giderme Yöntemleri
Atıksularda bulunan fosforu (orto-fosfat, PO4-P) arıtmak için kimyasal ve biyolojik yöntemler birlikte veya ayrı ayrı kullanılmaktadır. Genellikle aşırı biyolojik fosfor giderimi yapan tesislerde kimyasal fosfor arıtma ünitesi emniyet açısından teşkil edilmektedir.
a) Kimyasal Yöntemler
Fosforun kimyasal olarak arıtılmasında alüminyum tuzları, demir tuzları ya da kireç kullanılabilir. Kimyasal çöktürmede, fosfat metal-fosfat tuzları halinde çöktürülerek uzaklaştırılmaktadır. Fosfor giderimi için eklenen kimyasal maddeler arıtma tesisi ön ve son çöktürme tankları öncesinde kullanılabileceği gibi arıtılmış suda da uygulanabilmektedir. Ancak kimyasal madde eklenmesinden sonra bir çöktürme işlemine tabi tutulması gerekmektedir. Kimyasal madde eklenmesi durumunda arıtma tesisinin alkalinite dengesinin kontrol edilmesi gerekmektedir.
b) Biyolojik Yöntemler
Heterotrofik bakteriler çoğalma sırasında nütrient ihtiyacı olarak fosforu bünyelerine almaktadır. Bu durumda fosfor giderimi %10-30 mertebesinde olmaktadır. Ancak, biyolojik aşırı fosfor gideriminde, fosfor depolayan mikroorganizmalar fosfatı nütrient ihtiyacından daha fazlasını depolamakta olup sistemin fosfor giderimi %85-95 mertebesine kadar ulaşmaktadır. Fosfor depolayan heterotrofik mikroorganizmalar nitrat ve çözünmüş oksijenin bulunmadığı anaerobik koşullarda atıksudaki uçucu yağ asitlerini depolayarak bünyesinde tuttuğu fosforu hücre dışına salmaktadır. Bunu takibeden anoksik ve/veya aerobik koşullarda ise depolama ürünlerini hücre sentezinde kullanarak saldığı fosfordan daha fazlasını bünyesinde depolamaktadır. Biyolojik aşırı fosfor giderimi için biyolojik denitrifikasyonun yapıldığı anoksik reaktörlerin yanında anaerobik reaktörlerde reaktör konfigürasyonuna eklenmelidir. Diğer aktif çamur ünitelerinden geri devir akımları (içsel geri devir ve çamur geri devri) ile anaerobik reaktörlere dönen nitrat ve oksijen konsantrasyonları minimum seviyede tutulmalıdır.
Biyolojik aşırı fosfor giderimi için giriş suyundaki kolay ayrışabilen organik madde miktarı (fermente olabilen maddeler, uçucu yağ asitleri vb.) büyük önem taşımaktadır. Özellikle düşük konsantrasyonda kolay ayrışabilen organik madde miktarı içeren atıksular için uygun proses konfigürasyonu seçilmesi gereklidir. Biyolojik çamur stabilizasyonunun biyoreaktör içinde gerçekleştirildiği uzun havalandırmalı aktif çamur sistemleri yalnız biyolojik aşırı fosfor giderimi (BAFG) için uygulanmamalıdır. Fosfor içeriği yüksek biyolojik çamura stabilizasyon (aerobik, anaerobik) işlemi uygulandığında çamur yoğunlaştırma ve susuzlaştırma ünitelerinden arıtma tesisine geri dönen tüm geri devir akımlarındaki nütrient yükleri açısından kütle dengesi hesaplanması gereklidir. Gerekli görüldüğünde arıtma tesisine dönen çamur geri devir akımlarında uygun arıtma işlemleri (kimyasal madde dozlaması vb.) de uygulanmalıdır.
Biyolojik nütrient (azot ve fosfor) giderimi için tasarlanan atıksu arıtma tesisleri “Kentsel Atıksuların Arıtılması Yönetmeliği’ nde yeralan “Hassas Bölgeler” kapsamındaki yerleşimler için mutlaka uygulanmalıdır. Ancak, gerekli görüldüğü takdirde biyolojik azot ve/veya fosfor giderimi “Hassas Olmayan Bölgeler” için de uygulanabilir.
Atıksu arıtma tesisleri tasarımında prosese uygun online ölçüm cihazları, proses kontrol ekipmanları ve bilgisayar kontrol sistemleri de teşkil edilmelidir.
c) Askıda ve Yüzeyde Çoğalan Aktif Çamur Ardışık Sistemleri
Yukarıda bahsedilen arıtma metotlarının kombinasyonlarını yapmak suretiyle çok sayıda arıtma akım şeması oluşturmak mümkündür. Özellikle mevcut arıtma tesislerinin genişletilmesi (geliştirilmesi) ile biyolojik azot ve fosfor giderimi sağlayan tesisler haline dönüştürülmesi mümkündür. Böylece tek başına yeterli arıtmayı sağlayamayan aktif çamur ya da damlatmalı filtre sistemleri yeni konfigürasyonlarla bir arada kullanılarak uygun arıtılmış su kalitesini sağlamak mümkün olabilmektedir.
Tablo 3.1’de, karbon giderimi yapan aktif çamur prosesleri için tasarım parametreleri, Tablo 3.2’de ise biyolojik azot ve fosfor giderimi için önerilen temel tasarım parametreleri vrilmiştir.
Tablo 3.1 Aktif çamur prosesleri için tasarım parametreleri
Proses çeşitleri
Θc, gün
F/M,kgBOI/
kgTAKM.g
kgBOI/ m3.g
TAKM,
mg/l
V/Q,
saat
Qr/Q
Konvansiyonel
Tam karışımlı
Kademeli besleme
Değiştirilmiş havalandırmalı
Temas stabilizasyonu
Uzun havalandırmalı
Yüksek-hızlı havalandırma
Kraus prosesi
Saf oksijenli
Oksidasyon hendeği
AKR
Derin shaft reaktörü
Tek kademeli nitrifikasyon
İki kademeli nitrifikasyon
5-15
5-15
5-15
0,2-0,5
5-15
20-30
5-10
5-15
3-10
10-30
1
2
8-20
15-100
0,2-0,4
0,2-0,6
0,2-0,4
1,5-5.0
0,2-0,6
0,05-0,15
0,4-1,5
0,3-0,8
0,25-1,0
0,05-0,3
0,05-0,3
0,5-5
0,1-0,25
(0,02-0,15)3
0,05-0,2
(0,04-0,15)4
0,32-0,64
0,8-1,92
0,64-0,96
1,2-2,4
0,96-1,2
0,16-0,4
1,6-16
0,64-1,6
1,6-3,2
0,08-0,48
0,08-0,24
2
0,08-0,32
0,05-0,144
1500-3000
2500-4000
2000-3500
200-1000
(1000-3000)a
(4000-10000)b
3000-6000
4000-10000
2000-3000
2000-5000
3000-6000
(1500-5000)d
2
2000-3500
2000-3500
4-8
3-5
3-5
1,5-3
(0,5-1)a
(3-6)b
18-36
2-4
4-8
1-3
8-36
12-50
0,5-5
6-15
3-6
0,25-0,75
0,25-1
0,25-0,75
0,05-0,25
0,5-1,5
0,5-1,5
1-5
0,5-1
0,25-0,5
0,75-1,5
1
2
0,5-1,5
0,5-2,0
1 uygulanamaz, 2 bilgi yok a kontakt birimde , b katı stabilizasyon birimi
Tablo 3.2 Biyolojik azot ve fosfor giderimi için önerilen temel tasarım parametreleri
Aktif Çamur Sistemi
qX*
MLSS**
qH*** (saat)
Çamur Geri Devri
İçsel
Geri Devir
Proses Geri Devir
gün
g/L
Toplam
Anaerobik
Reaktör
Anoksik
Reaktör
Aerobik
Reaktör
% × QGiriş
% × QGiriş
Azot GiderimiÖn denitrifikasyon
7-20
3-4
5-15
1-3
4-12
50-100
100-200
Ardışık Kesikli Reaktör 10-30
3-5
20-30
Değişken
Değişken
-
-
Bardenpho (4-kademeli) 10-20
3-4
8-20
1-3
4-12
50-100
200-400
(1. tank)
(2. tank)
2-4
0.5-1
(3. tank)
(4. tank)
Oksidasyon Havuzu 20-30
2-4
18-30
Değişken
Değişken
50-100
BiodenitroTM 20-40
3-4
20-30
Değişken
Değişken
50-100
Orbal 10-30
2-4
10-20
6-10
3-6
50-100
Opsiyonel
(1. tank)
2-3
(2. tank)
Biyolojik Fosfor Giderimi
A/O 2-5
3-4
0.5-1.5
-
1-3
25-100
A2/O 5-25
3-4
0.5-1.5
0.5-1
4-8
25-100
100-400
UCT 10-25
3-4
1-2
2-4
4-12
80-100
200-400
(anoksik)
100-300
(aerobik)
VIP 5-10
2-4
1-2
1-2
4-6
80-100
100-200
(anoksik)
100-300
(aerobik)
Bardenpho (5-kademeli) 10-20
3-4
0.5-1.5
1-3
4-12
50-100
200-400
(1. tank)
(1. tank)
2-4
0.5-1
(2. tank)
(2. tank)
AKR 20-40
3-4
1.5-3.0
1-3
2-4
* Çamur yaşı; ** Reaktördeki askıda katı madde konsantrasyonu; *** Hidrolik bekletme süresi3.2.5 Son Çöktürme Havuzları
Son çöktürme havuzları biyolojik arıtmadan sonra arıtılmış atıksuyu biyokütleden yerçekimi etkisi ile fiziksel olarak ayıran dairesel ya da dikdörtgen plana sahip havuzlardır. Dairesel havuzlarda biyokütle atıksu karışımı besleme şekli olarak merkezden ya da çevreden yapılmakta; arıtılan su radyal doğrultuda hareket etmektedir. Dikdörtgensel havuzlarda ise karışım yatay hareket ederek çöktürme tankından çıkmaktadır. Giriş yapısı ve çamur toplama sisteminin tasarımı çöktürme tankındaki laminer akım koşullarına ve çamurun çökelme özelliğini bozmayacak şekilde yapılmalıdır. Ayrıca, giriş yapısı ve köprünün hızı, karışımın enerjisini (momentum) kırıcı düzenekler ile donatılmalı ve gerekli hız tahkikleri yapılmalıdır.
Çökeltilmiş su, son çöktürme havuzlarından savaklar yardımı ile toplanır. Birim savak yükleri hesaplanarak gerekli olan toplam savak uzunluğu ve savak sayısına karar verilir. Gerekli görüldüğü takdirde tek taraflı ve çift taraflı savaklar teşkil edilir. Kanal ile suyu toplayan savaklar genellikle dikdörtgensel, V-tipi olarak seçilmektedir. Savak yapıları minimum ve maksimum yükü kaldıracak şekilde planlanmalıdır.
Yüzeydeki köpük ve tabandaki biyolojik çamur birikintilerinin uzaklaştırılması için uygun bir yüzey ve taban sıyırma tertibatı bulunmalıdır. Tabandan çamur toplama işlemi köprüye bağlı sıyırıcı ya da emme tipli olarak projelendirilir. Çamur haznesinin büyüklüğü çamurun özelliklerine ve çamur boşaltma aralıklarına uygun olmalıdır. köprüye bağlı sıyırıcı olan sistemlerde uygun havuz tabanı teşkil edilmelidir. Emme tipi sıyırma tertibatında son çöktürme tankının tabanı düz olmalıdır. Son çöktürme tankındaki yan duvar su yüksekliğinin en az 3.2 m olması öngörülmektedir.
Özellikle biyolojik nütrient (azot ve fosfor) giderimi yapan sistemlerde son çöktürme tankının tasarımı, sistemin verimi açısından büyük önem taşımaktadır. Son çöktürme tankında bekletme süresi ve besleme şekli, denitrifikasyondan dolayı serbest azot gazının ortaya çıkmasına izin vermeyecek şekilde seçilmelidir. Bunun sebebi serbest azot gazı biyolojik çamurun yüzmesine neden olmasıdır. Ayrıca çamurun son çöktürme tankında çok beklemesi sonucu anaerobik koşulların oluşması fosfor depolayan bakterilerin bünyesine aldığı fosforu tekrar salmasına neden olmakta ve çıkış kalitesini bozmaktadır. Dolayısı ile projelendirmede bu hususlar gözönüne alınmalıdır.
Son çöktürme havuzları için ana tasarım parametreleri katı madde yükü (qM), yüzeysel hidrolik yük (qH) ve kenar net su yüksekliğidir (HS). Bu parametrelerden katı madde yükü havalandırma havuzundan son çöktürme tankına gelen (atıksu ve çamur geri devir debileri ile birlikte) toplam katı madde yükünün havuzun etkin yüzey alanına bölünmesi ile bulunmaktadır. Yüzeysel hidrolik yük ise havuzun yüzeyinden savaklanan arıtılmış su debisinin havuzun yüzey alanına bölünmesi ile bulunmaktadır. Son çöktürme tankının tasarım kriterleri maksimum debi koşullarında da kontrol edilmesi gereklidir. Biyolojik fazla çamur, geri devir akımından (ya da biyolojik reaktörden) düzenli olarak atılmalı ve çamur işleme ünitelerine hemen ulaştırılmalıdır.
3.2.6 Havalandırmalı Lagünler
Havalandırmalı lagünler, 2.5-5 metre derinliğinde toprak yapılardır. Havalandırma, dubalar veya sabit kolonlar üzerine yerleştirilen mekanik havalandırıcılar vasıtasıyla yapılır. Bu havuzlar, stabilizasyon havuzlarına göre daha kısa bekletme sürelerine sahip ve daha derindirler. Bundan dolayı, stabilizasyon havuzları ile kıyaslandığında %10-20 daha küçük hacimlere sahiptirler. Mekanik ekipman olarak, yüzeysel havalandırıcılara ihtiyaç vardır.
İnşaatları, stabilizason havuzlarınınkine benzemektedir. Bu havuzların tasarımında büyük esneklikler vardır. Bu tip lagünler bir taraftan basit fakültatif tipte, diğer taraftan da çamur geri devrinin yapıldığı daha verimli ve kompleks üniteler olarak projelendirilebilirler. Her durumda da bunların inşaatları ve işletilmeleri çok kolaydır. Bu nedenle hem gelişmiş hem de gelişmekte olan ülkelerde yaygın kullanım alanına sahiptirler. Havalandırmalı lagünlerin tasarımında gözönüne alınan faktörler, BOİ giderimi, çıkış suyu özellikleri, oksijen ihtiyacı, sıcaklık etkisi, karıştırma için gerekli enerji ve katı ayırma sistemidir. Lagün çıkış atıksuyunda önemli parametreler BOİ ve AKM konsantrasyonudur. Çıkış suyundaki BOI ve AKM konsantrasyonları bazen küçük miktarda alg’i de kapsamaktadır. Oksijen ihtiyacı aktif çamur tasarımında kullanılan yöntemlere göre belirlenir. İhtiyaç duyulan oksijen miktarı giderilen BOI’nin 0.7 ile 1.4 katı olarak hesaplanır. Havalandırmalı lagünler geniş iklim şartları ve sıcaklık değişimlerinde kurulup ve işletileceği düşünülerek tasarlanırlar. Burada sıcaklığın iki önemli etkisi, biyolojik aktiviteyi azaltması ve arıtım verimini düşürmesi ile buz oluşturmasıdır.
Havalandırmalı lagünler evsel ve endüstriyel atıksuların arıtımında başarı ile kullanılmaktadırlar. Lagünler başlıca üç tipe ayrılabilirler: Fakültatif, havalı, sürekli beslemeli ve havalı, çamur geri devirli. Her üç tip havalandırmalı lagünde de biyolojik arıtma prensipleri aynıdır. Her üç havuz için tasarım kriterleri Tablo 3.3’de verilmiştir.
Fakültatif havalandırmalı lagünlerde birim hacme düşen enerji yoğunluğu, gerekli oksijen miktarının sıvıya verilmesi için yeterlidir. Fakat bu enerji girdisi, bütün katıları askıda tutmak için yeterli değildir. Bunun sonucunda, lagüne giren askıda katı maddelerin bir kısmı ve substrat giderimi sonucunda oluşan katı maddeler, tabana çökmeye çalışırlar ve tabanda havasız bozunma meydana getirirler. Lagündeki aktivite kısmen havalı, kısmen de havasız olduğundan bu tip lagünlere “fakültatif” denir.
Havalı Lagünlerde enerji yoğunluğu, sadece istenilen miktarlardaki oksijeni sıvı içerisine verecek seviyede değil, aynı zamanda aktif çamur havalandırma tanklarında olduğu gibi bütün katı maddeleri askıda tutacak seviyede de olmalıdır. Bu nedenle, bu tip lagünlerde askıda katı çökelmesi olmaz. Arıtım verimi fazla yüksek değildir. Çıkış suyunda çok miktarda askıda katı madde bulunduğundan verim yaklaşık % 50-60 seviyesindedir. Daha iyi BOI ve katı madde giderim istenirse ilave arıtma gerekir.
Çamur geri devirli havalı lagünler, uzun havalandırmalı sistemlere benzerler. Enerji girdisi hem oksijen ihtiyacını karşılayacak, hem de bütün katıları askıda tutacak şekilde olmalıdır. Bu lagünlerdeki çamur geri devrinden dolayı katı madde konsantrasyonu da oldukça yüksektir. İşletmeyi kolaylaştırmak için, lagün içerisinde bir çöktürme bölgesi oluşturulabilir veya alternatif kullanım amacıyla iki paralel bölüm yapılabilir. BOI giderimi yüksek olup %95-98 aralığındadır. Sistemde aynı zamanda nitrifikasyon da gerçekleşmektedir.
Bu havuzların boyutlandırılmasında, uygun bekletme süresi seçilerek hacim hesaplanır. Seçilen mekanik havalandırıcı için uygun su derinliği seçilerek boyutlar bulunur. Bu boyutlara göre dispersiyon katsayısı belirlenir. Dispersiyon sayısı için dispersiyon katsayısı bilinmelidir. Havuz şekline ve akıma göre dikdörtgen havuzlar için D=(16.7-33).B arasında alınabilir. Havuz sıcaklığı hesaplanır ve bu sıcaklıktaki KL değeri hesaplanarak, Wehner-Wilhelm denkleminden veya bu denklemin kullanılmasıyla elde edilen tablo veya diyagramdan çıkış konsantrasyonu belirlenir. Mekanik havalandırmalı havuzlarda havalandırıcı gücü, fakültatif olanlarda havuz hacmi başına 1.0-1.2 Watt/m3 ve havalı olanlarda 2.75 Watt/m3 den büyük alınarak hesaplanır.
Tablo 3.3 Evsel atıksuları arıtan faklı tipteki lagünlerin tasarım kriterleri
Özellik
Fakültatif
Havalı sürekli akışlı
Havalı geri devirli
Katı madde kontrolüLagündeki AKMkonsantrasyonu, mg/l
UAKM/AKM (%)
Çamur yaşı Өc, gün
BOI giderim hızı
(20oC’de günlük, filtrelenmiş), kg/m3/gün
Sıcaklık katsayısı, Ө
Hidrolik kalış süresi, gün
BOI giderim verimi (%)
Nitrifikasyon
Koliform giderimi (%)
Lagün derinliği, m
Arazi ihtiyacı,(m2/kişi)
Sıcak iklim
Ilık iklim
Güç ihtiyacı, kW/kişi-yıl
hp/1000
Min.güç
(kW/103 m3lagün hacmi)
Çamur
Çıkış yapısı
Yoktur (bir kısmı çöker, diğer kısmı arıtılmış su ile çıkar).
50-150
50-80
Yüksek
0.6-0.8
1.035
3-12
70-90
Yok
60-993
2.5-5
0.3-0.4
0.45-0.9
12-156
2-2.56
0.75-1
(eşit O2 yaymak)
Birikir ve birkaç yıl sonra uzaklaştırılır.
Arıtılmış su savakla dışarı verilir.
Kısmen (katılar çökmez, arıtılmış su ile çıkar).100-350
70-80
Genellikle 5
1-1.5
1.035
Genellikle 5
50-60
Uygunsuz şartlar
60-90
2.5-5
0.3-0.4
0.35-0.7
12-14
2-2.5
2.75-5
(bütün katıları askıda tutmak)
Birikim olmaz. Katı maddeler arıtılmış su ile çıkar.
Kısmi veya tam boru kullanılır.
Tam kontrol (fazla çamur kontrollü olarak sistemden çekilir).3000-5000
50-80
Sıcak iklim:10-20
Ilık iklim:20-30
Soğuk iklim:>30
20-30
1.01-1.05
0.5-2
95-98
Az
60-90
2.5-5
0.15-0.25
0.25-0.55
18-24
3-5
15-18
(bütün katıları askıda tutmak için)
Fazla çamur günlük uzaklaştırılır.
Savak veya boru.
3.2.7 Stabilizasyon Havuzları
Stabilizasyon havuzları, en basit ve işletilmesi kolay arıtma sistemleridir. Bu havuzlarda, enerji ve mekanik teçhizata ihtiyaç yoktur. Ayrıca yetişmiş işletme elemanına da ihtiyaç yoktur. Bu sistemde atıksular sığ havuzlarda uzun süre bekletilir ve organik maddelerin ayrışması sağlanır. Ancak yukarda belirtilen çok büyük üstünlüklerinin yanında, geniş araziye ihtiyaç göstermeleri bir mahzur olarak alınabilir. Dolayısıyla, stabilizasyon havuzları ancak arazinin ucuz ve iklim şartlarının müsait olduğu bölgeler için uygun arıtma sistemi olarak düşünülebilir. Stabilizasyon havuzları, reaksiyon kinetikleri ve akım şekilleri yönünden reaktörlere benzemektedir. Arıtım verimi, BOI giderimi ile birlikte mikroorganizma ve besi maddeleri (N ve P) arıtımında da istenilen şartları sağlayacak şekilde tasarlanabilir. Stabilizasyon havuzlarını üç sınıfta toplamak mümkündür. Bunlar, aerobik stabilizasyon havuzları, anaerobik stabilizasyon havuzları ve fakültatif stabilizasyon havuzlarıdır. Bunlara ait boyutlandırma kriterleri Tablo 3.4’de verilmiştir.
Tablo 3.4 Havalı, havasız ve fakültatif stabilizasyon havuzları için tasarım parametreleri
Parametre
Havalı
Fakültatif
Havasız
Hidrolik Kalış süresi, gün
Su derinliği, m
BOI5 yükü, kg/ha.gün
Çözünmüş BOI5 giderimi,%
Toplam BOI5 giderimi,%
Alg konsantrasyonu, mg/l
Çıkış AKM, mg/l
5-20
0.3-1
40-120
90-97
40-801
100-120
100-250
10-30
1-2
15-120
85-95
70-90
20-80
40-100
20-50
2,5-5
200-500
80-95
60-90
0-5
70-120
Aerobik stabilizasyon havuzlarında derinlik, ışık geçirimi ve fotosentezle alg oluşumunu en yüksek seviyede tutmak için oldukça sığdır. Derinlikleri, 0.5 m civarındadır. Anaerobik stabilizasyon havuzlan ise daha derin inşaa edilirler. Anaerobik ve fakültatif mikroorganizmalar, nitratlar ve sülfatlardaki oksijeni kullanırlar. Bu tip havuzlar yüksek organik yükleri kabul edebilirler ve alg fotosentezi olmadan çalışabilirler. Işığın geçirimi bu havuzlarda önemli olmadığından, 3-5 m derinlikler kullanılır. Ancak günümüzde bu havuzlar yerine daha verimli oldukları için havasız çamur yataklı reaktörler (HÇYR) ve havasız çamur battaniyesi (AAÇB) sistemleri kullanılabilir.
Fakültatif stabilizasyon havuzları ise ne tam aerobik ne de tam anaerobiktir. Bu havuzların derinlikleri 1 ile 2 m arasındadır. Fakültatif stabilizasyon havuzlarında iki tabaka mevcut olup, yüzeye yakın kısımlarda alglerin faaliyeti sonucu oksijen mevcuttur. Üst tabaka aerobiktir. Organik maddeler çökeldiği için alt tabaka anaerobiktir. Bu tip havuzlar kısmen havalı, kısmen de havasız olarak çalışmaktadırlar. Bu nedenle hem alg hem de fakültatif mikroorganizma gelişimi olur. Gündüz güneş ışığında havuz ağırlıklı olarak havalı karakterde iken, gece havuz tabanındaki su havasız karakterli olur. Dünyadaki mevcut havuzların çoğu fakültatif tiptedir. Bekletme süreleri iklim durumuna göre 20 - 40 gün, hatta daha fazla alınabilir. BOİ giderme verimi, iklime, bekletme süresi ve karışım şekline bağlı olarak % 70 ile 90 arasında ve koliform giderme verimi % 60 ile % 99.9 arasında değişmektedir.
Stabilizasyon havuzlarının boyutlandırılması şu kademelerden oluşmaktadır: Oksijen üretimi hesaplanır. 20 °Ciçin Kp tahmin edilir ve havuz sıcaklığı seçilir ve sıcaklık düzeltmesi yapılır. d seçilir. Gerekli verim veya S/So değerlerinden Kp.t hesaplanır ve t, bekletme süresi bulunur. En sonunda, havuz hacmi bulunur ve boyutlar seçilir.
Fakültatif stabilizasyon havuzları için BOİ yüklemeleri, Akdeniz Bölgesinde 150 kg BOİ/ha.gün, Ege, Marmara ve Karadeniz Bölgelerinde 100 kg BOİ/ha.gün, İç Anadolu Bölgesinde, 80 kg BOİ/ha.gün ve Doğu Anadolu Bölgesinde 50 kg BOİ/ha.gün alınabilir. Fakültatif stabilizasyon havuzlarının boyutlandırılmasında iklim (sıcaklık, güneş ışığı, bulutluluk, rüzgar vb) ve tasfiye edilecek atıksuyun özelliklerinin tesiri olduğu dikkate alınmalıdır.
Çamur birikimi 0.03-0.05 m3/çamur/kişi.yıl’dır. Bu durum gözönünde tutularak çamur birikimi için fazladan bir hacim dikkate alınmalıdır. Hacim hesabında, çamurlann 5-10 yılda bir defa temizleneceği kabul edilmelidir.
Stabilizasyon havuzları, tabii zeminde inşa edilirler. Havuz tabanının su sızdırmaması, dolayısıyla yeraltı sularını kirletmemesi için havuz tabanı geçirimsiz yapılmalıdır. Zemin sıkıştırılıp, killi toprak serilmesi gerekebilir. Havuz yan yüzleri, 2-2.5 yatay ve 1 düşey olacak şekilde şevli inşa edilir. Yan yüzler, beton veya taş ile kaplanacaksa eğim, 1-1.5 yatay ve 1 düşey alınabilir.
Hiçbir arıtmadan geçmemiş atıksuları kabul eden havuzlara ham veya birinci kademe stabilizasyon havuzları denir. Ön çöktürmeden geçmiş veya biyolojik olarak arıtılmış atıksuların geldiği havuzlara ise ikinci-kademe stabilizasyon havuzları adı verilir. İkinci kademe stabilizasyon havuzlarına örnek olarak olgunlaştırma havuzları sayılabilir. Stabilizasyon havuzlarında veya diğer konvansiyonel arıtma tesislerinde arıtılan atıksular, daha iyi hale getirilmek üzere (özellikle, bakteri sayısı azaltılmak üzere) belli bir süre (yaklaşık 5-7 gün) olgunlaştırma havuzlarında ilave arıtmaya tabi tutulurlar. Olgunlaştırma havuzları, organik yük yönünden oldukça hafif yüklenirler. Sıcak iklimlerde olgunlaştırma havuzları, klorla dezenfeksiyona ekonomik yönden fizibil bir alternatif olmaktadır.
3.2.8 Havasız Arıtma Sistemleri
Havasız (anaerobik) arıtma, organik atıkların oksijensiz ortamda biyolojik süreçlerle ayrıştırılarak metan (CH4) ve karbondioksite (CO2) dönüştürülmesi olarak tanımlanmaktadır. Çoğunlukla arıtma çamurları ve yüksek konsantrasyonda organik madde içeren endüstriyel atıksular için uygulanan bu arıtma sistemi son yıllarda kentsel atıksuların arıtılmasında da yaygın olarak kullanılmaktadır. Oluşan biyolojik çamur miktarının düşük olması, havalı sistemlere göre daha az alan kaplaması, biyoenerji eldesi, mekanik-ekipman maliyetinin düşük olması, reaktörlerin beslemeksizin aktivitelerini uzun süre koruyabilmeleri havasız arıtma sistemlerinin üstün taraflarıdır. Ancak bu arıtma sistemleri ile alıcı ortama deşarj kriterlerinin sağlanması mümkün değildir. Bu nedenle havasız ve havalı arıtmanın birlikte uygulanması daha uygun olabilir.
Havasız arıtmayı gerçekleştiren gerçekleştiren mikroorganizma toluluğunun kapasitesinden yüksek oranda yararlanabilmek için reaktörde uygun çevre şartlarının sağlanması gereklidir. Bunlardan en önemlisi sıcaklıktır. Evsel atıksuların arıtımı sırasında sıcaklık dışındaki parametreler çok önem taşımazlar. Üç farklı sıcaklık sınıfına göre havasız sistemler işletilebilir. Bunlar sakrofilik (<20°C), mezofilik (25-40°C) ve termofilik (>45°C)’tir. Evsel atıksuların KOİ konsantrasyonu nisbeten düşük olduğu için bu sistemlerden elde edilen gaz miktarları küçük tesislerde ekonomik olarak değerlendirilemeyecek miktardadır. Bu nedenle reaktör işletme sıcaklığı seçilirken ısıtma için dışarıdan enerji kaynağına ihtiyaç duyulacağı göz önünde bulundurulmalıdır. Enerji gereksinimini azaltmak için havasız arıtma hava sıcaklığının yüksek ve gece ile gündüz arasındaki sıcaklık değişiminin düşük olduğu yerleşim yerlerinde tercih edilmelidir. Havasız arıtma özellikle mevsimlik arıtmanın söz konusu olduğu turistik tesislerde büyük bir potansiyele sahiptir.
Reaktörler genellikle silindirik veya yumurta kesitli olarak yapılırlar. Reaktör tipi havasız sistemlerde atıksu reaktör tabanından beslenerek yukarı doğru akış sağlanır. Mikroorganizmalar reaktör tipine bağlı olarak askıda veya yüzeyde çoğalırlar. Kentsel atıksu arıtımında yaygın olarak kullanılan havasız arıtma tipleri Havasız Fıltre, Havasız Çamur Yatağı ve Havasız Lagün’dür.
a) Havasız Filtre
Dolgu malzemesi boşluklarında ve yüzeyindeki mikroorganizma ile atıksuyun etkin temasının sağlandığı bir arıtma sistemidir. Dolgu malzemesi biyokütleyi sistemde tutan en iyi sistemdir. Reaktördeki biyokütle belli oranda filtre dolgu malzemesi üzerinde ince bir biyofilm tabakası halinde tutunur, ancak sistemdeki toplam biyokütlenin çok büyük kısmı malzeme içinde ve arasındaki boşluklarda biriken granüler ve floküler çamur halindedir. Damlatmalı filtrelere benzerler, ancak havasız filtrelerde giriş suyu tabandan verilir. Mahzuru ise sistemin oluşan biyokatılar, giriş akımındaki askıda katı madde ve çökelen mineraller tarafından tıkanma ihtimalidir. Bu nedenle çözünmüş organik maddelerin arıtılması için uygun bir sistemdir. Diğer konvansiyonel arıtma tesislerinde olduğu gibi, bu sistemde de ham atıksu önce ızgaralardan ve kum tutucudan geçirilir. Anaerobik filtreler diğer anaerobik işlemlere göre daha düşük sıcaklıklarda çalışırlar.
Hidrolik bekletme süresi 4-36 st arasında değişir. Evsel atıksuların yüksek verimlerde havasız olarak arıtılabilmeleri ve reaktör içersinde iyi bir karışımın sağlanabilmesi için sistemin yüksek hidrolik yüklerle beslenmesi gerekmektedir. Bu sebeple, düşük kirlilik yüklerine sahip atıksuların havasız arıtımları sırasında gerekli reaktör hacimleri genellikle hidrolik bekleme süresi ile belirlenmelidir. Bu tesislerde kentsel atıksu için hacimsel yük 0.1 ila 1.2 kg KOİ/m3.gün’dür ve KOİ giderme verimi %50-70’tir. Havasız filtreler daire veya dikdörtgen enkesitli, çapı veya genişliği 6-26 m, yüksekliği ise 3-13 m arasında değişen reaktörlerdir. Dolgu malzemesi özgül yüzeyi, sentetik malzeme tipinden bağımsız olarak ortalama 100 m2/m3 alınabilir.
Aynı zamanda alt kısmında dolgu malzemesi bulunmayan hibrid filtrelerin kullanımı da yaygındır. Bu tip reaktörlerde alt kısım granüler çamurlu havasız çamur yatağı, dolgu malzemeli üst kısım ise yüzeyde çoğalan biyokütlenin hakim olduğu ve daha ziyade lamelli çökeltici gibi havasız filtre yer alır. Havasız filtre reaktör yüksekliğinin üst 2/3 lük kesimini kaplamalı ve dolgu yüksekliği asgari 2 m olmalıdır.
b) Havasız Çamur Yatağı
İyi çökelen floklardan oluşan çamur yatağının kendine has özellikleri dolayısıyla sistemde kolaylıkla tutulan yukarı akışlı bir sistemdir. Sistemin akışkanlık özelliği atıksu ile biyokütlenin temas yüzeyini artırdığından yüksek KOİ giderim verimleri elde edilmektedir. Diğer konvansiyonel arıtma tesislerinde olduğu gibi, ızgara ve kum tutucudan geçirilen atıksu dağıtım yapısı ile çok sayıda düşey borularla taşınarak havasız çamur yatağı reaktörüne alınır (Şekil 3.1). Bu reaktör tipinde çapı 1-5 mm olan granüler biyokütle ile birlikte flok yapıdaki biyokütle de gözlenmektedir. Granüller yüksek yoğunluğa sahip olup yüksek çökelme hızına ve yüksek metanojenik aktiviteye sahiptirler. Biyokütlenin granüler ya da flok yapıda olması sistemin verimini etkilememektedir. Reaktördeki biyokütleyi muhafaza etmek için ortalama debide yukarı akış hızı 0.5 m/st ve pik debide ise 1.2 m/st’i geçmemelidir.
Bu tip arıtma sistemleri genellikle 20°C ve üstü olduğu iklim koşullarında tercih edilir. Reaktördeki ortalama biyokütle konsantrasyonu ~70 kg/m3 olarak alınabilir. HÇYR’lerin önemli diğer bir tasarım parametresi olan hidrolik bekleme süresi de ortalama debide qh³ 8~10 gün alınır. Kentsel atıksuların arıtıldığı HÇYR’lerde toplam derinlik 4.5-5.0 m olup çamur örtüsü kalınlığı 2.0 / 2.5 m’dir. Üst kısımdaki çökelme bölmesi yüksekliği 2.0 / 2.5 m alınır. Yeterli seviyede çamur çökelmesi için maksimum yüzeysel hidrolik yük 1~1.2 m/st sınırlarını aşmamalıdır. Organik yük 0.3-1.0 kg KOİ/kg UKM.gün, hacimsel yük ise 1-3 kg KOİ/m3.gün olarak alınmalıdır. Floklu tip çamur ihtiva eden sistemin enkesit tayininde de yüzeysel hidrolik yükün 1-1.5 m/st’i aşmaması tavsiye edilmektedir.
HÇYR
GazFazla Çamur
Aerobik Arıtma
Sulamaya
Ham AtıksuOksidasyon havuzu Fakültatif lagün
Stabilizasyon havuzu
Kum tutucu
Şekil 3.1 Havasız çamur yatağı sistemi akış şeması
c) Havasız Lagün
Havasız ortamı sağlayacak çözünmüş oksijenin olmadığı derin havuzlardan oluşan sistemdir. Geçirimsiz kil tabakasından oluşturulmuş bu havuzlar genellikle kentsel atıksuların ön arıtımında kullanılmaktadır. Endüstriyel atıksulardan dolayı artacak organik yüke de cevap vermesi açısından ideal bir ön arıtma sistemi olarak düşünülebilir. Bu ön arıtmada, çökelebilen katı maddelerin tabanda birikmesi, çürümesi ve sıvı fazdaki organik maddelerin ayrışması sağlanmaktadır. Havasız lagün çıkış suyu alıcı ortama deşarj için uygun değildir. Deşarj standartlarını yakalamak için gerekli arıtma genellikle aerobik veya fakültatif lagünler kullanılarak yapılır. Arazinin çok ve maliyetinin düşük olduğu küçük ve kırsal yerleşim yerlerinde uygulanan bir sistemdir. Düşük ilk yatırım ve işletme maliyetlerinden dolayı havasız lagünler diğer arıtma sistemlerine göre daha caziptir. Havasız arıtma sistemlerinde sıralanan üstünlüklerin dışında en önemlisi değişken organik yüklemelere hızlı ve etkili bir şekilde cevap verebilmesidir. Havasız lagünlerde herhangi bir havalandırma, ısıtma veya karıştırma yapılmaz. Bu nedenle enerji gereksinimi de yoktur. Buna karşın geniş arazi ihtiyacı, istenmeyen kokuların oluşması ve uzun bekletme süreleri ise mahzurlarıdır.
Havasız lagünlerin girişine çubuk ızgara ve sonrasında debi ölçümü için Parshall savağı yerleştirilir. Lagünlerin üzeri, üretilen metan gazının toplanması ve kullanımı için kapatılabilir. Ancak bu uygulama pratik değildir. Havasız ortamın oluşturulması ve yüzeyden oluşacak oksijen difüzyonunu azaltmak için lagün derinliğinin en az 2.4 m olması gereklidir. Uygulamada genellikle 6 m seçilmektedir. Derinliğin artması ile lagünün yüzey alanı azaltılır ve lagündeki ısı korunmuş olur. Tipik kabul edilebilir organik yükleme hızı sıcaklığa bağlı olarak 0.04 ila 0.3 kg BOİ5 /m3.gün arasında değişmektedir. Hidrolik bekletme süresi 1- 50 gün’dür. Yüzey alanı 0.2-0.8 ha seçilmelidir. Tabanda birken katı maddelerin yılık ölçümler yapılarak miktarı belirlenmelidir. Genellikle 5-10 yılda bir biriken katı maddelerin lagünden çekilmesi gerekir.
3.2.9 Membran Biyoreaktörler
Membran biyoreaktörler (MBR), klasik aktif çamur sistemlerinin geliştirilmiş şeklidir. Biyolojik reaktörler ile membran teknolojisinin birleştirilmiş halidir. Biyolojik arıtmadan sonra, çöktürme havuzu yerine ultrafiltrasyon (UF) veya mikrofiltrasyon (MF) membranları kullanılarak, ayırma işlemi gerçekleştirilmektedir.
Membran biyoreaktörlerde elde edilen süzüntü suyu, askıdaki maddeler, bakteri ve virüslerden arındırılmış, geri kullanılabilecek mertebede temiz sulardır. Membran biyoreaktörlerin iki değişik tertip tarzı vardır. Bunlardan birincisinde, ayrışma ve ayırma işlemi aynı tankda, ikincisinde ise, ayrı tanklarda gerçekleşmektedir (Şekil 3.2). Şekil 3.2a’da görüldüğü üzere, iki işlemin aynı tankda gerçekleştiği birleşik sistemde, plaka ve çerçeve ile tubular membranlar kullanılmaktadır. Bu sistemlerde, süzüntü akımı vakum ile çekilmektedir. Ayrık sistemde, sipiral sargılı ve boşluklu elyaf membranlar kullanılmaktadır. Biyolojik sistemden çıkan atıksu bir pompa ile membranlara gönderilmektedir. Membranda akım ikiye ayrılmakta, süzüntü kısım uzaklaştırılmakta, konsantre akımı ise biyolojik reaktöre geri devir ettirilmektedir (Şekil 3.2b). Evsel atıksuların arıtımında son yıllarda, birleşik sistem MBR sistemleri yaygın hale gelmiştir. Ayrık sistem ise daha çok endüstriyel atıksuların arıtımında kullanılabilmektedir.
Özellikle debisi az olan, otel ve tatil köyü gibi yerleşim yerleri için çok uygun bir sistemdir. Evsel atıksuların geri kazanılmasında yaygın bir kullanımı söz konusu olduğu gibi endüstriyel atıksuların arıtılmasında da bir çok alanda kullanılmaktadır.
Çıkış
(Süzüntü)
Çıkış
(Süzüntü)
Fazla Çamur
Fazla Çamur
Giriş
Biyoreaktör
Biyoreaktör
b) Birleşik sistem
a) Ayrık sistem
Giriş
Şekil 3.2. Membran biyoreaktörlerde uygulanan değişik tertip tarzları
Membran biyoreaktörlerin en önemli özelliği, yüksek organik yükleme oranlarını karşılayabilmesidir (10 kg COD / m3. gün’e kadar). Membranın tipine bağlı olarak, havalandırma havuzunda biyokütle miktarı, 40000 mg/l mertebesine çıkabilmektedir. Bundan dolayı, havalandırma havuzunun hacmi çok azalmaktadır. Bunun yanında oluşan çamur miktarı da çok az olmaktadır. Dönüşüm oranı, klasik aktif çamur sistemlerinde, 0.5 kg SS/kg CODgiderilen mertebesinde iken, membran biyoreaktörlerde, 0.05-0.2 kg SS/kg CODgiderilen civarındadır.
MBR prosesinin optimum tasarımı oldukça komplekstir. Çünkü membran performansı ve maliyeti, enerji tüketimi ve çamur arıtımı gibi birçok bağımlı faktör göz önünde tutulmalıdır. Ayrıca, bunların çoğunluğu birbiri ile alakalı olup yatırım ve işletme masraflarını olumsuz yönde etkileyebilmektedir. Bu faktörlerin birbirlerini nasıl etkileyebildiklerine ve nasıl birbirlerine bağımlı olduklarına bir örnek verecek olursak, biyokütle konsantrasyonunun MBR tasarımında sahip olduğu etki göz ardı edilemez. Önceden belirtildiği gibi, oldukça sık gündeme gelen MBR'nin avantajı yüksek biyokütle konsantrasyonunda sistemi kullanabilme imkanıdır. Bu nedenle, hacimsel yükü arttırmak da mümkündür. Yüksek biyokütle konsantrasyonu ise, oksijen transferi ve çamur viskozitesini dolayısıyla da enerji masraflarını etkilemektedir.
Membran seçimini etkileyen en önemli faktör, membranın akısıdır. Diğer önemli bir faktör de, membranın maliyetidir. Atıksuyun türüne bağlı olarak da, membran seçimi değişebilir. Arıtılacak atıksu geri kazanılacaksa, daha iyi kalitede su üreten membranlar seçilebilir. Büyük ölçekli tesislerde, maliyeti azaltmak için, maliyeti ucuz yeni membranlar geliştirilebilir. Ayrıca, membranların tıkanma eğilimi az olmalıdır (Hidrofilik olmalıdırlar) ve kolay temizlenebilmelidirler.
Membran biyoreaktörlerde, içi boş ince fiber membranlar (hollow fiber) ve levha halindeki membranlar kullanılabilmektedir. MBR sistemlerinin boyutlandırılmasında kullanılan en önemli parametre akıdır. Boyutlandırmada, ince boşluklu membranlar için akı değeri olarak 10-25 l/m2.st (ortalama 13 l/m2.st), levha halindeki membranlar için ise 10-30 l/m2.st (ortalama 17 l/m2.st) değerleri alınabilmektedir. Oksijen transfer katsayısı, biyokütle konsantrasyonu arttıkça azalmakta, enerji ihtiyacı ise artmaktadır. Enerji ihtiyacı olarak ince boşluklu membranlar için 0.7-1.0 kWst/m3, levha halindeki membranlar için ise 0.7-0.8 kWst/m3 değerleri alınabilmektedir. Enerji ihtiyacı, 15000 mg/l biyokütle konsantrasyonuna kadar sabit kalmakta, 15000 mg/l’nin üzerindeki biyokütle konsantrasyonlarında ise artmaktadır. MBR sistemlerinde gerekli membran alanını bulmak için akı değeri seçilmekte ve debi, seçilen bu akı değerine bölünmektedir.
MBR sistemlerinde, azot giderimi de yapılabilmektedir. Havalı reaktör öncesinde, anoksik bölme ilave edilebilmektedir. Anoksik bölme olmadan bile, havalı reaktördeki yüksek biyokütle konsantrasyonlarından dolayı, havalı reaktör içerisinde yer yer anoksik bölmeler oluşabilmekte ve konvansiyonel aktif çamur sistemlerine göre daha yüksek azot giderimleri meydana gelebilmektedir.
3.2.10 Olgunlaştırma Havuzları
Olgunlaştırma havuzları, fakültatif havuz çıkış suyu kalitesinin özellikle patojenler açısından iyileştirilmesi amacıyla kullanılan havuzlardır. Olgunlaştırma havuzlarının BOİ giderim verimi çok az olsa da azot ve fosfor giderimine katkıları büyüktür. Olgunlaştırma havuzlarında dikey biyolojik ve fizikokimyasal tabakalaşma gözlenmemektedir. Olgunlaştırma havuzunun yer aldığı tipik bir akım şeması Şekil 3.3’de verilmektedir.
Anaerobik
(Seçime bağlı)
Fakültatif Havuz
Olgunlaştırma Havuzu
DezenfeksiyonTemas tankı
(Seçime bağlı)Dezenfeksiyon
Ham Atıksu
Çıkış Suyu
Şekil 3.3. Olgunlaştırma Havuzunun Yer Aldığı Tipik Bir Akım Şeması
Olgunlaşma havuzlarındaki alg popülasyonu fakültatif havuzlardakine oranla çeşitlidir. Fakültatif havuzlarda kısmen fekal bakteri giderimi gerçekleşirken olgunlaştırma havuzlarının sayısı ve boyutları çıkış suyundaki fekal bakteri miktarını belirler. Fakültatif ve olgunlaştırma havuzlarında fekal bakteri giderimi için başlıca faktörler:
- Süre ve sıcaklık
- Yüksek pH (>9) ve
- Çözünmüş oksijen konsantrasyonu ile birlikte yüksek ışık yoğunluğu.
Zaman ve sıcaklık, olgunlaştırma havuzlarının tasarımında kullanılan iki ana parametredir. Alglerin hızlı fotosentezi nedeniyle karbondioksit tükenmesi ve bakterial solunumun gerçekleşmesi sonucu karbonat ve bikarbonat iyonlarının ayrılması ile olgunlaştırma havuzunda yüksek pH değerleri oluşur. 425-700 nm arasındaki ışık dalga boylarında fekal bakteri giderilebilmektedir.
Olgunlaştırma havuzunun da yer aldığı bir stabilizasyon havuzu sisteminde (anaerobik havuz + fakültatif havuz + olgunlaştırma havuzu) olgunlaştırma havuzu sayısına bağlı olarak, azot giderimi %80’e ulaşırken, amonyak giderimi % 90’ın üzerinde olmaktadır. Ayrıca, bu tür bir sistemde %50 oranında fosfor giderimi elde edilebilir.
Olgunlaştırma havuzları fakültatif havuzlardan sığ olup, 1-1.5 m derinlikte dizay edilebilirler. Olgunlaştırma havuzlarına düşük organik yüklemeler uygulanması nedeniyle derinlik boyunca iyi oksijenlenme sağlanır. Olgunlaştırma havuzlarının bekletme süresi 18-20 gün arasında değişmekte olup, organik kirlilik yükü 15 kg BOİ5/ha.gün’den küçük olmalıdır.
Olgunlaştırma havuz veya lagünlerinde çeşitli su bitkilerinin yetiştirilmesi ve/veya balık üretimi bu sistemlerdeki arıtma verimlerini arttırabileceği gibi, üretilen bitkisel veya hayvansal protein de ekonomik olarak değerlendirilebilir.
3.2.11 Yapay Sulak Alan Sistemleri
Doğal sulakalanların kullanılması sırasında, atıksuda bulunan zehirli maddeler ile patojenlerin olası zararlı etkileri ve atıksu deşarjlarından kaynaklanacak ek besi maddelerinin yanı sıra hidrolik yüklemeler nedeniyle ortamın uzun süreli bozunmaya maruz kalması sonucunda yapay sulak alanları uygulamaları önem kazanmıştır. Yapay sulakalanlar, doğal sulakalanda gerçekleşen sürecin kontrollü bir sistem içerisinde gerçekleştirilmesi nedeniyle bir üstünlük taşımaktadır. Atıksuyun doğal koşullarda fiziksel, kimyasal ve biyolojik prosesler ile genellikle derinliği 1 m’den az olan havuz veya kanallarda, suda yetişen bitkilerin büyütülmesi ile arıtılması esasına dayanmaktadır. Geçirimsiz kil tabakası veya sentetik tabakalar ile izole edilen ortamların içine taş, çakıl ve kum gibi gözenekli maddelerin yerleştirilmesi ile oluşturulan, atıksu akışının, bekletme süresinin ve atıksu seviyesinin kontrol edildiği yapılardır.
Uygulanabilecek nüfuslara büyüklüğü; mevcut arazi durumu, hidroloji, iklim ve zemin şartları, toprak geçirgenliği, taşkın riski, çevresel ve düzenleyici şartlar gibi faktörlere bağlıdır. Buna rağmen kuzey avrupa ülkelerinden Danimarka gibi soğuk ikilme sahip ülkelerde de kullanılmaktadır. Bu tesisler, nüfus yoğunluğunun düşük olduğu ve düşük debilerin ileri arıtmaya ihtiyaç duyduğu yerlerde kullanılmaktadır. Genellikle yatak akımlı tiptedir.
Yapay sulak alanlar, arazi ekonomik değerinin düşük olduğu ve tecrübeli personelin mevcut olmadığı yerleşimler için uygun bir teknolojidir. Hedeflenen arıtma ihtiyacı doğrultusunda çeşitli arıtma alternatifleri ile beraber uygulanabilir. Yapay sulakalanlarının ham atıksu için kullanılması tavsiye edilmemektedir. Arıtma veriminin iyileştirilmesi için uygun bir ön arıtmanın ardından ikincil arıtma alternatifi olarak kullanılması yapay sulak alanın verimini arttıracaktır. Yapay sulakalan arıtma alternatifinin yer aldığı tipik bir akım şeması Şekil 3.4’de görülmektedir.
Ön Arıtma
Yapay Sulak Alan İkincil Arıtma
Dezenfeksiyon veya üçüncül arıtma
İkincil Arıtma
Çıkışı
Ham Atıksu
Ön Arıtma
Çıkışı
Çıkış Suyu
Şekil 3.4 Yapay sulakalanlar için tipik akım şeması
Ön arıtma seçenekleri olarak, kaba partiküllerin giderilmesi için ızgara ünitesinin ardından ağır katı atıkların giderilmesi ve organik yüklemenin azaltılması için imhoff tankı, foseptik tanklar, stabilizasyon havuzları, veya ön çöktürme havuzu uygulanabilir. Atıksu arıtıldıktan sonra uygulanacak nihai işleme bağlı olarak yapay sulak alan sistemlerinden önce veya sonra diğer arıtma sistemleri eklenerek başarılı bir arıtma sağlanabilir. Yapay sulak alanları özellikle evsel yerleşimlerde yer alan foseptik tanklardan gelen atıksular ile havalandırmalı lagünler veya aktif çamur sistemlerinden çıkan atıksuların 3. kademe arıtılması için kullanılır.
Yüzey akışlı ve yüzey altı akışlı olmak üzere iki tip yapay sulakalan sistemi mevcuttur. Yüzey akışlı yapay sulak alanında atıksu akışı, toprak tabakasının altına doğru kök salmış su bitkilerinin gövdesi ve yaprakları arasından geçerek sağlanır. Yüzeyaltı yapay sulak alanlarda ise taş, çakıl ve kum gibi malzemelerin içerisinde yetiştirilmiş bitkilerin yeraltı gövdesi ve kökleri ile atıksu temas ettirilerek akış sağlanır.
Sulakalanlarının başlıca bileşenleri; arıtma hücresine yakın setler, en uygun arıtma için giriş atıksuyunu dağıtan ve düzenleyen giriş yapısı, açık su alanları ve bütünüyle bitki büyümesinin gözlendiği alanların kombinasyonu, giriş yapısı tarafından sağlanan dağılımı tamamlayıcı ve arıtma hücresindeki su seviyesini düzenleyici çıkış yapısıdır.
Elverişli bir ön arıtma ve yapay sulakalan uygulaması ile yüzey akışlı sulakalan ile aylık ortalama bazında 10 mg/L’den daha az BOİ, TAKM ve TA konsantrasyonlarda çıkış standartları elde edilebilir. Yüzey altı akışlı sulakalanların çıkışında ise BOİ ve TAKM konsantrasyonları 30 mg/L altındaki değerlere ulaşabilmektedir.
Yüzey akışlı sulakalanlar için tasarım kriterleri:
Su derinliği, yüzey akışlı sulakalanın dizaynı için önemli bir fiziksel parametre olmasının yanısıra, sulakalanın performansının değiştirilmesi için kullanılan bir işletme parametresidir. Yüzey akışlı sulakalanlar için su derinliği için genellikle 0.15-0.6 arasında değişen tipik değerler kullanılmakla beraber yetişen bitkilerin yoğunluğuna bağlı olarak yaklaşık 0.1 m’den 2 m’ye kadar seçilebilir. Yüzey akışlı sulakalanlar için yüzey alanı, tasarım bekletme süresi ve derinliğe bağlıdır. Sistemin yüzey alanı, iyi bir hidrolik kontrol ve işletme kolaylığı sağlamak amacıyla banketler ile ayrılan en az iki paralel havuza bölünmelidir.
Yüzey akışlı sulakalanlarda bitkiler, çökelmiş katılar, diğer katı maddeler, su kolonunun uzunluğu kullanılabilir su alanı azaltabilir. Sulakalanın gözenekliliği veya boşluk oranı, su akışı için kullanılabilir toplam alanın fonksiyonudur. Bitkilerin yoğun bulunduğu bölgeler için sulakalanın gözenekliliği 0,65-0,75 arasında kabul edilebilirken, bitki yoğunluğunun artması ile orantılı olarak daha düşük değerler kullanılmalıdır. Açık su alanına sahip sulakalanlar için sulakalanın gözenekliliği 1,0 kabul edilebilir.
Yüzey akışlı sulakalanlarda su kolonuna oksijen sağlanması bitki yoğunluğuna bağlı olarak azalmakta olup organik yükleme oranı 18-116 kg BOİ/ha.gün arasında değişmekte ve %70-95 arasında giderme verimi elde edilmektedir.
Yüzey altı akışlı sulakalanlar için tasarım kriterleri:
Yüzey altı akışlı sulakalanlarda bitkiler suya gövde/kök sistemi ile oksijen sağladığı için tasarım derinliği bitki gövdelerine ve köklerine nüfuz etme derinliği ile kontrol edilmektedir. Su derinliğinin maksimum 0,4 m kabul edilmeli ve girişteki atıksu seviyesi ile tanımlanan ortam derinliği ise su derinliğinden en az 0.1 m fazla olmalıdır. Yüzey altı akışlı sulaklalanların kesit alanı hedeflenen hidrolik kapasiteye ve akış hızına bağlı olarak hesaplanır Akış hızı en fazla 6.8 m/gün olmalıdır.
Başlangıçta sualanının gözenekliliği için tipik değerler olarak 0.18-0.35 arasında kabul edilirken, sistemin bitki gövdelerinin büyümesi ile olgunlaşması sonucu gözeneklilik değeri değişmektedir.
Yüzey altı akışlı sulakalanların organik yükleme miktarı en fazla 110 kg/ha.gün olabilir. Sistemin giriş yapısında BOİ yoğun halde bulunacağı için, tasarım organik yükleme oranının oksijen transfer hızının bir buçuk katından fazla olmaması tavsiye edilir.
3.3 Üçüncül Arıtma Birimleri
3.3.1. Dezenfeksiyon Sistemleri
Arıtılan atıksuyun, alıcı ortama verilmeden önce dezenfeksiyonu yapılmalıdır. Su kirliliği kontrol yönetmeliğinde değişik su kalitesi sınıfları için, rekreasyon amacıyla kullanılan kıyı ve deniz sularının sağlaması gereken standart değerleri için, derin deniz deşarjları için uygulanacak kriterler için değişik koliform standartları verilmiştir. Benzer şekilde, yüzme suyu yönetmeliğinde de koliform standartları için kriterler belirtilmiştir.
Dezenfeksiyon kimyasal, (Klor ve bileşikleri, brom, iyot, ozon, hidrojen peroksit vb), fiziksel (Isı, ışık (UV), ses dalgaları), mekanik ve radyasyon (Elektromanyetik, akustik ve partiküler radyasyon) yöntemleri ile atıksu dezenfeksiyonu yapılabilmektedir.
Dezenfeksiyonun mekanizması, hücre duvarının parçalanması, hücre geçirgenliğinin bozulması, hücre protoplazmasının kolloid yapısının bozulması ve enzim aktivitesinin inhibisyonu şeklindedir. Dezenfeksiyona etki eden faktörler, temas süresi, dezenfektan konsantrasyonu, su içerisinde bulunan diğer bileşiklerin miktarı ve tipi, sıcaklık, mikroorganizma tipi ve sıvının özellikleridir. Sıcaklık arttıkça dezenfeksiyon hızı da artmaktadır. Aynı dezenfeksiyon verimini almak için gerekli temas süresi azalmaktadır.
Atıksu dezenfeksiyonunda en çok, ucuz olduğu için klor kullanılmaktadır. Klorun dezavantajı, taşınması ve uygulanması sırasında kaza durumunda toksik etkisi, organik maddelerle teması sonucu koku ve dezenfeksiyon yan ürünü oluşturması, oluşan bu yan ürünlerin alıcı ortamdaki toksik etkisidir. Gerekli klor dozu, başlangıç klor gereksinimi (inorganik bileşiklerin indirgenmesi için gerekli klor gereksinimi), mikroorganizmaların dezenfeksiyonu için gerekli klor dozu ve bakiye klordur. 1 saatlik temas süresi sonunda suda kalması gereken bakiye klor miktarı 2 – 4 mg/l arasında olmalıdır. Su ve atıksulardaki organik maddeler klorla reaksiyona girerek klorlu organik maddeleri oluştururlar. Bu maddelerin alıcı ortam üzerindeki uzun süreli etkilerinin engellenebilmesi için atıksudaki bakiye klor giderilmelidir. Bu amaçla kükürtdioksit (SO2), sodyum bisülfit (NaHSO3), sodyum metabisülfit (Na2S2O5), sodyum tiosülfat (Na2S2O3) ve aktif karbon kullanılabilir. Deklorinasyon amacıyla en cok kullanılan kimyasal, sıvılaştırılmış SO2’dir. Bu kimyasal 45, 68 ve 908 kg’lık tüpler halinde satılmaktadır.
Klorlama ve deklorinasyon tesislerinin dizaynında, klor dozajının belirlenmesi, akım diyagramının belirlenmesi, doz kontrolü, injeksiyon ve ilk karışım üniteleri, klor temas tankı dizaynı, minumum su hızının kontrolü, çıkış kontrolü ve bakiye klor ölçümü, nötralizasyon üniteleri ve deklorinasyon ünitelerinin boyutlandırılması gelmektedir. Klorlamada temas süresi olarak, 30 – 120 dak (Pik debide: 15 – 90 dak) alınmaktadır. Kısa devreler ve hidrolik olarak ölü bölgelerin oluşmaması için uzun piston akımlı reaktörler kullanılır. Reaktörün boy/en oranı, 20/1 (tercihen 40/1) olmaktadır. En az 2 adet klor tankı yapılmalıdır. Klor temas tankında katı maddelerin çökelmesinin önlenebilmesi için yatay akış hızı 2 – 4.5 m/dakika olmalıdır. Reaktör içerisinde şaşırtma duvarları ve perdeler kullanılır. Perdeler üzerindeki açıklıkların toplam alanı, akımın geçtiği kesit alanının % 6-10’u arasında değişmektedir.
Diğer kimyasal dezenfektan yöntemi ozondur. Ozon, arıtma tesisinde ozon jeneratörleri ile üretilir ve temas tankları vasıtasıyla atıksuya karıştırılır. Ozon temas tanklarına beslenen gaz içerisindeki ozon konsantrasyonu oldukça düşüktür. Bu nedenle gaz – sıvı transfer verimi sistemin ekonomisi açısından oldukça önemlidir. Bu nedenle derin ve kapalı temas tankları yapılır. 3 odalı reaktörler kullanılır. İlk oda da hızlı ozon reaksiyonları gerçekleşir. 2. odada daha yavaş gerçekleşen dezenfeksiyon reaksiyonları gerçekleşir. 3. odada reaksiyonlar tamamlanır ve ozonun bozunması sağlanır. Ozon reaktöre boru hattı üzerine döşenen statik karıştırıcılarla transfer edilir. Doğru tasarlanmış bir difüzörde ozon transfer verimi % 90’dır. Atıksu dezenfeksiyonu için pek yaygın değildir.
Son zamanlarda özellikle atıksuların sulama amaçlı olarak geri kazanılmasının planlandığı durumlarda, UV sistemi kullanılabilmektedir. Fiziksel bir prosestir. Yeni geliştirilmiştir. Bu konudaki çalışmalar devam etmektedir. Elektromanyetik enerji, kaynağından (UV lambası) hücrelerin protein ve nükleik asitlerine (RNA-DNA) transfer edilir. UV ışını, organizma tarafından adsorbe edilmelidir. Ancak bu şekilde organizmaya zarar verebilir. Organizmaya adsorbe olan UV ışını, yansıma ile ölçülür. UV ışınının en önemli hedefi, DNA molekülüdür. Organizmaların temel yapısını bozduğu için, zarar vermesini önler. DNA tarafından emilen ışığın zarar verme derecesi, UV ışınının dalga boyu ile ilgilidir. Yapılan çalışmalarda en çok zarar, 250-265 nm dalga boylarında olduğu belirtilmiştir. Bunun optimum değeri olarak, 254 nm dalga boyu belirtilmektedir. UV lambalarının kaynağı düşük basınçlı civa lambalarıdır. Bütün dünya tarafından kabul edilmiş en etkili lamba türüdür. Lambaların tüpleri, 0.75-1.5 m uzunluğunda ve 1.5-2 cm çapında olabilir. Enerjinin % 35-40’ı ışığa dönüşmektedir. Toplam ışığın % 85’inde 254 nm dalga boyu vardır. Bu şekilde toplam verim, % 35 civarındadır. UV lambaları, atıksu ile temas eden ve etmeyen şeklinde iki türdedir. UV dezenfeksiyonuna etki eden en önemli husus, atıksu içerisindeki katı madde konsantrasyonudur.
Yukarıda belirtilen dezenfektantların yanında, deniz deşarjları, stabilizasyon havuzları da dezenfeksiyon maksadı ile kullanılabilmekte ve iyi bir mikroorganizma giderimi elde edilebilmektedir.
4. Evsel atıksuların biyolojik arıtımı uygulanabilecek arıtma sistemleri ve akım şemaları
Atıksu arıtma tesisleri arıtılmış su deşarj kriterleri ve çamur prosesleri dikkate alınarak teknoloji seçimi gerçekleştirilir. Tasarımdan önce tesis geneli üzerinde KOİ, AKM, TKN, TP parametrelerine ait kütle dengeleri kurulmalıdır. Özellikle nütrient (azot, fosfor) gideren sistemler için çamur akımlarından sisteme dönen nütrient yükleri tesisin verimi açısından büyük önem taşımaktadır.
4.1 Biyolojik Karbon, Azot ve Fosfor Giderimi Sistemleri
Akım diyagramları, 1) organik karbon giderimi ve nitrifikasyon yapan sistemler, 2) biyolojik azot gideren ve 3) biyolojik azot ve fosfor (nütrient) gideren sistemler olarak sınıflara ayrılmıştır. Biyolojik arıtma ünitesinden önce ve fiziksel arıtmadan sonra planlanan ön çökeltme ünitesi de proses akım şemasına eklenebilir. Ön çökeltme ünitesi aktif çamur tesisi yükünü azaltmak, çamura anaerobik çürütme işlemi uygulanarak enerji elde edebilmek, çamurdan fermentasyon ürünleri (Uçucu Yağ Asidi) elde etmek vb. amaçlar doğrultusunda planlanabilir. Ancak ön çökeltme işlemi sonrasında biyolojik azot ve fosfor giderimi için gerekli olan ayrışabilen organik maddenin yeterli olup olmadığı tahkik edilmeli, buna yönelik önlemler alınmalıdır. Aşağıda atıksu arıtma tesislerinin biyolojik karbon, azot ve nütrient (N,P) giderimi için önerilen akım diyagramları verilmektedir.
4.1.1 Organik Karbon Giderimi ve Nitrifikasyon
Aşağıda, aktif çamur sisteminin konfigürasyonları verilmiştir (Şekil 4.1-4.6). Ayrıca, yüzeyde tutunan, damlatmalı filtreler ve biyodisk sistemleri (Şekil 4.7-4.8) için de akım şemaları verilmiştir. Evsel atıksulardan organik karbon ile birlikte nitrifikasyonu (amonyum azotu oksidasyonu) aerobik (oksijenli) ortamda eş zamanlı olarak sağlanabilir. Öncelikle tasarım aşamasında nitrifikasyon için emniyetli aerobik çamur yaşı seçimi ile amonyum azotu oksitlenmiş azot formlarına dönüştürülür. Nitrifikasyonun prosesi ile birlikte aynı koşullarda organik karbon giderimi de sağlanmaktadır. Çamur yaşının belirli seviyede seçilmesi ile sadece organik karbon giderimi de sağlanabilir.
(a)
Şekil 4.1 Klasik bir Aktif çamur sisteminin akım diyagramı.
Şekil 4.2 Piston akımlı aktif çamur sistemi
Şekil 4.3 Kademeli beslemeli aktif çamur sistemi
Şekil 4.4 Temas stabilizasyonlu aktif çamur sistemi
Şekil 4.5 Uzun havalandırmalı aktif çamur sistemi
Şekil 4.6 Oksidasyon Hendeği
Şekil 4.7 Damlatmalı filtre
Şekil 4.8 Biyodisk sistemi
4.1.2 Biyolojik Azot Giderimi (Nitrifikasyon-Denitrifikasyon)
Evsel atıksulardan biyolojik azot giderimi aerobik ve anoksik koşulların mevcut olduğu aktif çamur sistemi konfigürasyonları ile sağlanmaktadır. Öncelikle aerobik şartlarda amonyum azotu nitrata dönüştürülmektedir. Oluşan nitratı denitrifiye etmek için anoksik reaktöre geri devrettirilmeli (Nitrat geri devri) ve atıksudaki organik madde ile tam karışması sağlanmalıdır. Benzer olarak Şekil 4.9’da verilen sistem ön denitrifikasyon prosesidir. Denitrifikasyon aerobik tankın öncesine yerleştirilen anoksik reaktörde sağlanmaktadır. Geri devir akımı ile birlikte çözünmüş oksijenin anoksik reaktöre geri devrinin minimize edilmesi gerekmektedir. Şekil 4.10’da ise iki anoksik reaktörün kullanıldığı Bardenpho tipi aktif çamur sistemi gösterilmektedir. Aerobik tankı takibeden ikinci anoksik reaktör daha çok bakteriyel içsel solunum prosesini kullanarak azot giderimini sağlamaktadır.
Şekil 4.9 Önde denitrifilasyonlu aktif çamur sistemi
Şekil 4.10 Bardenpho tipi aktif çamur sistemi
Biyolojik azot giderimi simültane nitrifikasyon ve denitrifikasyon (SNdN) prosesi ile de sağlanabilmektedir. Uygun çamur yaşı seçilmesi ile hem nitrifikasyon hem de denitrifikasyon prosesleri birlikte gerçekleştirilebilmektedir. Bunun için çözünmüş oksijen konsantrasyonu seviyesinin reaktör içinde etkin olarak kontrol edilmesi gerekmektedir. Biyolojik azot giderimi aynı reaktör içinde sağlanmaktadır. Simültane nitrifikasyon-denitrifikasyon prosesi aynı reaktör içindeki farklı bölgelerde anoksik ve aerobik koşulların yaratılması (oksidasyon havuzları vb.) ve/veya aynı reaktör içinde oksijenin düşük seviyelerde kontrol edilmesi ile de sağlanabilir (Şekil 4.11).
Şekil 4.11 Simültane Nitrifikasyon Denitrifikasyon tipi aktif çamur sistemi
4.1.3. Biyolojik Azot ve Fosfor Giderimi
Atıksulardan biyolojik azot ve fosfor giderimi için anaerobik, anoksik ve aerobik koşulların sağlandığı aktif çamur sistemi konfigürasyonları gerekmektedir. Yukarıda bahsedilen biyolojik azot giderimi prosesine ek olarak fosfor depolayan bakteriler için anaerobik şartların da sağlanması gerekmektedir. Şekil 4.12’da verilen A2O prosesinde (Anaerobik-Anoksik-Oksik) ön denitrifikasyon proses önüne bir anaerobik reaktörünün eklenmesi ile elde edilmiştir. Burada nitrat geri devri anoksik reaktöre, çamur geri devri ise son çökeltme tankından anaerobik reaktöre yapılmaktadır. Anaerobik koşulların sağlanması için geri devir akımlarındaki nitrat ve oksijenin minimize edilmesi gerekmektedir.
Şekil 4.12 A2O tipi aktif çamur sistemi
Biyolojik fosfor giderimi için Şekil 4.13’de anaerobik reaktöre nitrat geri devrinin azaltılabilmesi için anaerobik tank geri devri anoksik reaktörden yapılmaktadır. Nitrat geri devri ise aerobik tanktan anoksik tanka, çamur geri devri ise son çökeltme tankından anoksik tanka yapılmaktadır. Şekil 4.14’de verilen VIP prosesinde ise anaerobik reaktöre nitrat geri devrini en az seviyede tutabilmek için anoksik reaktör bölümlere ayrılmaktadır. Aynı şekilde anaerobik tank geri devri anoksik reaktörün sonundan yapılmaktadır. Nitrat geri devri ise aerobik tanktan anoksik tankın başına yapılmaktadır. Çamur geri devri ise son çökeltme tankından anoksik tanka yapılmaktadır. Anaerobik tanka yapılan nitrat geri devri seyreltik olduğundan anaerobik reaktörün bekletme sürelerinin uzun seçilmesi daha uygundur.
Şekil 4.13 UCT (University of Capetown) tipi aktif çamur sistemi
Şekil 4.14 VIP (Virginia Initiative plant) tipi aktif çamur sistemi
Şekil 4.15’da ise biyolojik azot ve fosfor gideren 5 Kademeli Bardenpho prosesi gösterilmektedir. Biyolojik azot giderimi yapan 4 Kademeli Bardenpho prosesinin başına anaerobik reaktörün eklenmesi ve çökeltilmiş çamurun bu reaktöre geri devrettirilmesi ile biyolojik fosfor giderimi de sağlanmaktadır.
Şekil 4.15 Modifiye Bardenpho tipi aktif çamur sistemi
Simültane (Birlikte) nitrifikasyon denitrifikasyon prosesine anaerobik reaktörün eklenmesi ile azot giderimine ek olarak biyolojik fosfor giderimi de sağlanabilir. Buna ait aktif çamur sistemi konfigürasyonu Şekil 4.16’ da verilmektedir.
Şekil 4.16 Biyolojik Fosfor gideren Simültane Nitrifikasyon Denitrifikasyon tipi
aktif çamur sistemi
aktif çamur sistemi
4.1.4 Ardışık Kesikli Reaktörler (AKR)
Ardışık kesikli reaktörler, özellikle küçük ve orta ölçekli yerleşim yerlerinde yaygın olarak kullanılan aktif çamur sistemleridir. Atıksu miktarına bağlı olarak ardışık kesikli sistem tek ya da birden çok reaktörü paralel olarak kullanabilir. Atıksu debisinin sürekli geldiği ve tek reaktörlü konfigürasyonlarda, dengeleme tankının kullanılması gerekmektedir. Ardışık kesikli reaktörler (1) doldurma TD, (2) havalandırma/karıştırma TR, (3) çökeltme, TÇ (4) boşaltma, TB ve (5) dinlendirme, TI fazlarından oluşmaktadır (Şekil 4.17). Bu fazların sürelerinin toplamı çevrim süresini (TC) vermektedir. Fazların süreleri ayarlanarak organik karbon, biyolojik azot ve fosfor giderimi sağlanabilir. Doldurma/Karıştırma ve Havalandırma fazlarının (sürelerinin) farklı şekillerde uygulanması ile etkin organik karbon ve biyolojik nütrient giderimi sağlanabilmektedir. Örneğin organik karbon kaynağı sağlamak için doldurma süresi havalandırma/karıştırma fazı boyunca sürdürelebilir. Fazlardan boş faz, paralel çalıştırılan AKR sistemlerinin faz sürelerinin ayarlanmasında ve fazla çamur atılması işlemleri için kullanılmaktadır.
AKR sistemlerinde reaktörün başlangıç (V0) ve doldurma (VF) hacmi arasındaki oran ayarlanarak nitrat geri devri yapılmıştır. Reaktördeki anaerobik koşulların oluşabilmesi için nitratın olmaması gerekmektedir. Biyolojik fosfor giderimine yönelik olarak anaerobik koşulları sağlayacak işletme düzenine (nitrat geridevrinin azaltılması, atıksudaki VFA potansiyelinin kullanılması, uygun karıştırma süreleri vb) ihtiyaç duyulmaktadır.
Şekil 4.17 Ardışık Kesikli Reaktörün Fazları
Biyolojik azot ve fosfor giderimi yapan aktif çamur sistemleri kısa ve/veya uzun süreli değişken çevresel koşullara ve kirlilik yüklerine maruz kaldığından dolayı optimum giderim veriminin sürdürülebilirliğinin sağlanması için uygun online ölçüm cihazları, proses kontrol ekipmanları ve otomasyon sistemleri ile donatılması gerekmektedir.