EVSEL ATIKSUYUN ARDIŞIK KESİKLİ BİYOREAKTÖR İLE ARITILMASI: DENEYSEL VE MODELLEME

Transkript

1 AÜ. Fn Bilimlri Drgisi, 13. Cil, 1. ayı, s , 29 Evrnsl Aısuyun Ardaşı Ksili Biyrasör il Arıılması: Dnysl v Mdllm D. Tpalğlu EEL ATIKUYUN ARDIŞIK KEİKLİ BİYOREAKTÖR İLE ARITILMAI: DENEYEL E MODELLEME Duygu TOPALOĞLU, Turgay DERE, Rcp İLERİ aarya Üniv. Müh. Faülsi, Çvr Mühndisliği dygpalglu@yah.cm ÖZET Bu çalışmada, Ardışı Ksili Raör (AKR) sismi il nsl aısuyun arlı rasiyn sürlrind ( r ) arıma vrimlri inclnr, nsl aısular için pimum rasiyn sürsinin v dnysl vrilr gör AKR nin mdllnr dnysl çalışmaya n uygun rasiyn sabiinin () bulunması amaçlanmışır. Çalışmalar sırasında; sıcalı, ph, Asıda Kaı Madd (AKM), İlnli, Çözünmüş Osijn (ÇO), Kimyasal Osijn İhiyacı (KOI), Biyimyasal Osijn İhiyacı (BOI),Tplam Az (TN), Tplam Fsr (TP) gibi paramrlrin ölçümü yapılara çalışma şulları gözlmlnmişir. Çalışma apsamında labrauar ölçli bir AKR d bş arlı rasiyn sürsi için arıma vrimlri inclnr, nsl aısular için pimum rasiyn sürsinin 1.5 saa, dnysl vrilr n uygun rasiyn sabiinin d,6 sa -1 lduğu görülmüşür. Anahar Klimlr: Knsl Aısu, Ardışı Ksili Raör, Rasiyn ürsi, Rasiyn abii, Dnysl v Mdllm ABTRACT In his sudy, squncing bach racr (BR) ramn icincis wr invsigad in dirn racin ims r urban waswar. Opimum racin im was baind and h ms suiabl racin cnsan () was und accrding xprimnal sudy by mdlling BR. During his sudy, such as ph, suspndd slids, cnduciviy, urbidiy, clur, disslvd xygn, BOD, COD, al phsphrus (TP) and al nirgn (TN) paramrs wr masurd bsrv ramn icincis. As par his sudy, ramn icinis BR wr bsrvd r iv dirn racin ims in a lab-scald squncing bach racr. Opimum racin im was baind 1.5h and h ms suiabl racin cnsan () accrding xprimnal daa and mdlling was und.6 h -1 r urban waswar ramn by BR. Kywrds: Urban waswar, quncing bach racr, Racin im, Racin cnsan, Exprimnal and Mdlling 1.Giriş Ardışı Ksili Biyraör (AKR), gr ndüsriyl v grs vsl aısuların arıılmasında ullanılan v sn zamanlarda yaygınlaşan, havalandırma (rasiyn) v çölm işlminin an içrsind yapıldığı biylji arıma sismidir. Ardışı Ksili Biyraör sismi; bş arlı adımda anımlanabilmdirlr. Bunlar sırasıyla dldurma/rasiyn, rasiyn, çölm, bşalma v rar sism almadır. Hr bir priydun sürsi, dnyimli praörlr araından ayrınılı pil sis çalışmaları v crüblri mlind blirlnmdir. Çölm v bşalma priylarının sürlrinin sabilnmsin arşılı rasiyn sürsi nrl dilr gidrim vrimi arırılabilir. Farlı aısuların ndilrin ai ararisilri yüzündn uygun işlm paramrlrini sçm önmli v grlidir [1, 2]. Ardışı sili Biyraör (AKR), rgani maddlr v bsi maddlrinin uzalaşırılması için uygundur. Ardışı Ksili Biyraör (AKR) sn yıllarda ndüsriyl aısuların arıılması için d 66

2 AÜ. Fn Bilimlri Drgisi, 13. Cil, 1. ayı, s , 29 Evrnsl Aısuyun Ardaşı Ksili Biyrasör il Arıılması: Dnysl v Mdllm D. Tpalğlu glişirilmişir [3]. Endüsriyl aısuların arıılması için ullanılabiln Ardışı Ksili Biyraör uygulamaları hr gçn gün armaa lup, örnğin Almanya dai aısu arıma nljilri arasındai ardışı sili raör uygulanması ranı %1.3 civarındadır [4]. Ardışı Ksili Biyraör (AKR), bir ai çamur biylji arıma prssidir. Ardışı sili Biyraör sismlri, sürli (plug lw) v am arışımlı (cmpl mixd) sism özllilri gösrn mlz (hybrid) sismlrdir. Faa bunlardan arlı özllilr gösrdilri d liraürd iad dilmdir. Ardışı sili raör sismi, lasi ai çamur raöründn arlı lup, rasiyn v çölmnin ana grçlşiği bir sismdir [3, 5-1]. 2. Maryal v M 2.1. Ardışı Ksili Raör ismi Dnysl çalışmalar, labrauar ölçli plam hacmi 55 L, çalışma hacmi 4 L lan bir ardışı sili raör (AKR) d yürüülmüşür. Cam malzmdn yapılan raörün aban narları 35 cm, yüsliği 45 cm dir. Havalandırma raör yrlşiriln hava aşlarıyla, raör içind çözünmüş sijn nsanrasynu 2 mg/l nin üzrind laca şild daiada 25 cm 3 hava pmpalayan çi çıışlı avaryum pmpası il sağlanmışır. Raörd arışımı sağlama amacıyla 12 dvir/daia da sabi lara çalışırılan mani arışırıcı ullanılmışır. Raör aısu bslmsi v bşalılması prisali pmpalar il grçlşirilmişir. Çalışmada ullanılan ardışı sili raörün şmai gösrimi Şil 1 d gösrilmişir. Ardışı Ksili Raörün çalışma sürlri.5 saa dldurma, 1.5 saa çölm,.5 saa bşalma laca şild sabi uulara, rasiyn sürsi.5 saa, 1 saa, 1.5 saa, 2 saa, 4 saa laca şild dğişirilmişir. 1.5 saali çölm sürsinin snunda üs az (6 L) prisali pmpayla çilmişir. Bu işlm bş arlı rasiyn sürsi için rarlanara dnysl çalışmalar yapılmışır v vsl aısu için pimum rasiyn sürsi blirlnmişir Aısu Kararizasynu Dnylrd, Adapazarı Karaman Knsl Aısu Arıma Tsisi Kum Tuucu Çıışından aısu ullanılmış lup, aısuyun ararizasynu Tabl 1 d vrilmişir. Tabl 1. Çalışmada Kullanılan Knsl Aısuyun Kararizasynu Paramr Birim Dğr KOI mg/l 2 BOI mg/l 1 TN mg/l 15 TP mg/l 4.3 AKM mg/l 275 ıcalı C 21 ph İlnli m 4.2 Bulanılı NTU 26 Rn m Tri Rasiyn Kiniği Dldurma azı snundai subsra nsanrasynu, hacmin v dldurma sürsinc gidriln subsraın iniğinin nsiynudur. Bu nsiynu iad m için dldurma azındai ül dng dnlmi [3]. Girn Çıan + Üriln = Biriim (1) r s d d Şil 1. Ardışı sili raörün şmai gösrimi Raör ai hacmi 4 L laca şild; Adapazarı Karaman Knsl Aısu Arıma Tsisi ndn alınan 34 L ai çamur, 6 L aısu il bslnnr dvry alınmışır. r s (2) (2) nlu dnlmdi r s dğri (1) nlu dnlmd yrin yazılırsa d - d d d 67

3 AÜ. Fn Bilimlri Drgisi, 13. Cil, 1. ayı, s , 29 Evrnsl Aısuyun Ardaşı Ksili Biyrasör il Arıılması: Dnysl v Mdllm D. Tpalğlu d / d, Kabul dilr dnlm basilşirilirs d d (3) / = 1 /. Dldurma priydunun başındai raör hacmi a v / ; dldurma priydunun snunda dnlm çözülürs: d d (4) a / b Dnlm ingr dilirs çözüm: d C. Diransiyl d d d Dnlmd C ingrasyn sabiir. Dldurma priydunun snundai subsra nsanrasynu, b v a b b a b ya da ab a (7) b b b Çğu numri çözüm, subsra gidrimi için dldurma priydu sırasındai subsra gidriminin diransiyl dnlminin çözülmsini zrunlu ılmaadır. [3]. (2) nlu dnlm subsra gidrimi için dğrudan ingr dilirs d d - d C - d r d ya da Dnlm ingral uygulanırsa (5) C Başlangıçai a a C a C / and alınırsa. a a a Dnlmd C nin dğri yrin nursa a (6) 1 a r (8) Burada, dldurma sürsinin snundai subsra nsanrasynu. rasiyn sürsinin snundai subsra nsanrasynu. E Exp. (9) Eğr (7) v (8) numaralı dnlmlr (9) numaralı dnlmd yrin nursa, bu çalışma için yni arıma vrimi (E) dnlmi E Mdl 1 1. B (1) AB.( ).. R A..(. B AB ( ) ).(. R ) 68

4 AÜ. Fn Bilimlri Drgisi, 13. Cil, 1. ayı, s , 29 Evrnsl Aısuyun Ardaşı Ksili Biyrasör il Arıılması: Dnysl v Mdllm D. Tpalğlu Bir am dvir; dldurma, rasiyn (havalandırma), çölm, bşalma v ynidn dvry alma için blm azlarından luşmaadır. [3, 11]. c r (11) s d Burada, c,, r, s, d v i sırasıyla dvir, dldurma, rasiyn, çölm, bşalma v ynidn dvry almayı anımlamaadır. Ardışı sili biyraör sismind dldurma sürsi ( ) raörün mvcu hacmin bağlıdır. Raörün mvcu hacmi, raörün plam hacmi il raördi çamur hacminin arıdır. Dnlm lara [3]: ab (12) b ab (13) b Burada, dldurma priydu sırasındai giriş dbisidir. dldurma priydu başlangıcındai hacmin plam hacm ranı b raörün bş hacmi. ab dldurma priydunun başındai mvcu hacim Rasiyn sabii () nın bulunması Bu çalışmada (7) nlu dnlm,, b, a, ab, gibi nsl aısuya ai paramrlrin ralama dğrlri 26 mg/l KOI giriş nsanrasynu için uygulanara dldurma priydunun snundai subsra nsanrasynu bulunmuşur. KOI çıış nsanrasynundai dğişim (8) nlu dnlm gör, bu dğişimi ilyn arlı rasiyn sürlri (r) v arlı rasiyn sabilri () için hm dnysl hm d ri lara araşırılmışır. Bu çalışmada, KOI giriş nsanrasynu 26 mg/l için dnysl çalışma snucu ld diln pimum rasiyn sürsi 1.5 sa v rasiyn sabii.2 2 sa-1 arasında dğişirilr KOI çıış nsanrasynundai dğişim gözlnmişir. Tabl 2 y gör ri çalışmayla dnysl çalışmanın snuçları arşılaşırılara dnysl vrilr n uygun rasiyn sabii ().6 sa-1 lara bulunmuşur i Tabl 2. Farlı rasiyn sabilri için KOI çıış nsanrasynunun ri lara bulunması (sa -1 ) (mg/l) (mg/l) E AKR (%) nuçlar v Tarışma 3.1 Dnysl analiz snuçları Knsl nilili aısuların ardışı sili biyraörd arıılmasıyla ilgili yapılan dnysl çalışmalarda pimum rasiyn sürsinin spii için bş ad paramr (KOI, BOI, Tplam Az, Tplam Fsr, AKM) inclnr bu çalışma için pimum rasiyn sürsinin bulunması amaçlanmışır. Şil 2 y baıldığında bş arlı rasiyn sürsi için KOI gidrm vrimlrinin %8 il %85, KOI çıış nsanrasynunun is 3-4 mg/l arasında dğişiği görülmüşür. En düşü KOI gidrm vrimi (%8),.5 saali v 4 saali rasiyn sürsi snunda ld dilmişir. En yüs gidrm vrimi %85 il 2 saali rasiyn sürsind ld dilmişir. 1.5 saali rasiyn sürsi snunda is KOI gidrim vriminin %83 lduğu görülmdir. Çin v diğ. vsl aısuyla yapıları çalışmada KOI çıış dğrlri il haada 5-7 mg/l ulaşmışır v çalışma byunca bu dğrlrd almışır. Mins v Minn un vsl nilili suyla yapıları çalışmada KOI çıış nsanrasynu mg/l arasında dğişmişir. [12] Çin v diğ. vsl nilili suyla yapıları çalışmada is KOI çıış nsanrasynu 5 7 mg/l arasında dğişmişir. [13] Şil 3 gör BOI gidrim vrimlri inclndiğind dnnn bş arlı rasiyn sürsi içind lduça 69

5 AÜ. Fn Bilimlri Drgisi, 13. Cil, 1. ayı, s , 29 Evrnsl Aısuyun Ardaşı Ksili Biyrasör il Arıılması: Dnysl v Mdllm D. Tpalğlu yüs vrimlr ld dilmiş v çıış nsanrasynlarının da birbirin ç yaın lduğu görülmdir. BOI gidrim vrimlrinin %89 il %92, BOI çıış nsanrasynlarının is 8-11 mg/l arasında lduğu görülüyr. En yüs gidrim vrimi (%92) 2 saali rasiyn sürsi snunda ld dilmişir. 1.5 saali rasiyn sürsinin snunda is vrim %91 dir. KOI (mg/l) Rasiyn sürsi (r, sa) KOI Giriş KOI Çıış rim Şil 2. Farlı rasiyn sürlri için KOI gidrim vrimi BOI (mg/l) Rasiyn ürsi (r, sa) BOI Giriş BOI Çıış rim rim (%) rim (%) TN (mg/l) Rasiyn ürsi (r,sa) TN Giriş TN Çıış rim Şil 4. Farlı rasiyn sürlri için Tplam Az gidrim vrimi TP (mg/l) Rasiyn sürsi (r, sa) TP Giriş TP Çıış rim Şil 5. Farlı rasiyn sürlri için Tplam Fsr gidrim vrimi Şil 6 ya gör AKM gidrim vrimlri inclndiğind n iyi gidrm vriminin (%95) il 1.5 saali rasiyn sürsind lduğu görülüyr. Mins v Miln un vsl aısuyla yapıları çalışmada ralama AKM çıış nsanrasynu 15 mg/l dir. [12] rim (%) rim (%) Şil 3. Farlı rasiyn sürlri için BOI gidrim vrimi Şil 4 gör plam az gidrim vrimi %93 - %95, plam az çıış nsanrasynu 8-11 mg/l arasında dğişmişir. En yüs vrim (%95) 1.5 v 2 saali rasiyn sürlri snunda ld dilmişir. Şil 5 baıldığında is plam sr gidrim vrimi %33 - %39 arasında çıış nsanrasynu is 2-3 mg/l arasında dğişmişir. Tplam sr için n yüs vrim %39 il 2 saali rasiyn sürsind ld dilmişir. 1.5 saali rasiyn sürsind vrim %37 dir. AKM (mg/l) Rasiyn sürsi (r, sa) AKM Giriş AKM Çıış rim rim (%) Şil 6. Farlı rasiyn sürlri için AKM gidrim vrimi 7

6 AÜ. Fn Bilimlri Drgisi, 13. Cil, 1. ayı, s , 29 Evrnsl Aısuyun Ardaşı Ksili Biyrasör il Arıılması: Dnysl v Mdllm D. Tpalğlu Bş ayrı paramrnin rasiyn sürlri için gidrilm vrimlri gözlndiğind n iyi gidrim vrimi 1.5 saa il 2 saa arasında dğişmdir v 1.5 saali rasiyn sürsi il 2 saali rasiyn sürsinin snundai vrimlr arasında %1-3 lü ar lduğu gözönünd bulundurulduğunda ayrıca sismin nrji maliyi d düşünüldüğündn bu çalışma için pimum rasiyn sürsi 1.5 saa lara blirlnmişir. 3.2 Dnysl vrilrl ri vrilrin ıyaslanması Şil 7 v Şil 18 inclndiğind Tabl 2 y gör sçiln rasiyn sabii =,6 sa -1 için ri lara hsaplanan KOI çıış dğrlri il gidrim vrimlri, dnysl vrilrl arşılaşırıldılarında; ri vrilrl dnysl vrilrin birbirin yaın davranışlar gösrdilri görülmüşür. Gidrim (%) Rasiyn sürsi (r, sa) Tri Dnysl Şil 8. KOI gidrim vrimi için dnysl vrilrl ri yalaşımın ıyaslanması ( =26 mg/l, =12 L/sa, =.6 sa -1, b=4 L, ab=34 L) KOI (mg/l) Rasiyn sürsi (r, sa) Tri Dnysl Şil 7. KOI çıış nsanrasynu için dnysl vrilrl ri yalaşımın ıyaslanması ( =26 mg/l, =12 L/sa, =.6 sa -1, b=4 L, ab=34 L) 3.3 imulasyn Şil 9 a gör rasiyn sürsi arıça KOI çıış nsanrasynu üsl lara azalmaa, giriş nsanrasynunun arışıyla brabr KOI gidrim hızı rasiyn sürsinin il 1.5 saali ısmındai KOI gidrim hızı 1.5 saan snrai KOI gidrim hızına gör daha yüsir. Şil 1 a gör rasiyn sürsi arıça KOI çıış nsanrasynu üsl lara azalmaa, dbi arışı il brabr KOI gidrim hızı aynı ğilimi gösrml brabr rasiyn sürsi arıça çıış KOI miarları da birbirin yaınlaşmaadır. KOI (, mg/l) = 1 mg/l = 25 mg/l = 5 mg/l = 75 mg/l = 1 mg/l,,5 1, 1,5 2, 2,5 3, 3,5 4, 4,5 Rasiyn sürsi (r, sa) Şil 9. r- ilişisin isinin simülasynu (=12 L/sa, =.6 sa -1, b=4 L, ab=34 L) 71

7 AÜ. Fn Bilimlri Drgisi, 13. Cil, 1. ayı, s , 29 Evrnsl Aısuyun Ardaşı Ksili Biyrasör il Arıılması: Dnysl v Mdllm D. Tpalğlu KOI (, mg/l) = 2 L = 4 L = 6 L = 8 L = 1 L,,5 1, 1,5 2, 2,5 3, 3,5 4, 4,5 Rasiyn sürsi (r, sa) Şil 1. r- ilişisin isinin simülasynu ( =26 mg/l, =12 L/sa, =.6 sa -1, b=4 L, ab=34 L) Şil 11 gör rasiyn sürsi arıça KOI çıış nsanrasynu üsl lara azalmaa, raör hacminin arışıyla brabr KOI gidrim hızı rasiyn sürsinin il 1.5 saali ısmındai KOI gidrim hızı 1.5 saan snrai KOI gidrim hızına gör daha yüsir. Şil 12 y gör rasiyn sürsi arıça KOI çıış nsanrasynu üsl lara azalmaa, çön çamur hacminin arışıyla brabr KOI gidrim hızı, rasiyn sürsinin il 1.5 saali ısmındai KOI gidrim hızı, 1.5 saan snrai KOI gidrim hızına gör daha yüsir. Şil 13 gör rasiyn sürsi arıça KOI çıış nsanrasynu üsl lara azalmaa, ai hacim arışı il brabr KOI gidrim hızı v nsanrasynları birbirin yaın syrmdir. KOI (, mg/l) b= 4 L b= 56.5 L b= 73 L b= 89.5 L b= 16 L,,5 1, 1,5 2, 2,5 3, 3,5 4, 4,5 Rasiyn sürsi (r, sa) Şil 11. r ilişisin b isinin simülasynu ( = 26 mg/l, =12 L/sa, =.6 sa -1, b=4 L, ab=34 L) KOI (, mg/l) a= 6.8 L a= 13.6 L a= 2.4 L a= 27.2 L a= 34 L,,5 1, 1,5 2, 2,5 3, 3,5 4, 4,5 Rasiyn sürsi (r, sa) Şil 12. r - ilişisin a isinin simülasynu ( = 26 mg/l, =12 L/sa, =.6 sa -1, b=4 L, ab=34 L) 72

8 AÜ. Fn Bilimlri Drgisi, 13. Cil, 1. ayı, s , 29 Evrnsl Aısuyun Ardaşı Ksili Biyrasör il Arıılması: Dnysl v Mdllm D. Tpalğlu 4. nuç KOI (, mg/l) ab= 3 L ab= 32 L ab= 34 L ab= 36 L ab= 38 L,,5 1, 1,5 2, 2,5 3, 3,5 4, 4,5 Rasiyn sürsi (r, sa) Şil 13. r- ilişisin ab isinin simülasynu ( = 26 mg/l, =12 L/sa, =.6 sa -1, b=4 L, ab=34 L) Bu çalışmada, nsl aısuların ardışı sili raörd arıılması araşırılmışır v nsl aısular için pimum rasiyn sürsi ( r ) 1.5 sa lara bulunmuşur. Raörd bir am döngü 4 saair v sism günd 6 z çalışaca şild işlilmişir. Raör hr bir döngüd 6 L aısu ilav dilmişir. ismd günd plam 36 L su arıılmaadır. Ardışı sili raörün (AKR, BR) rasiyn iniği araşırılara AKR nin vrimin i dn paramrlrin (,,, a, b, ab ) simulasynu yapıldığında,, v ab ili lduğu a v b nin is daha az ili lduğu görülmüşür. Dnysl vrilr gör; 1.5 saali rasiyn v çölm sürsi için ralama çıış KOI nsanrasynu 37 mg/l dir. Aynı işlm şarları için ri lara hsaplanan ralama çıış KOI nsanrasynu is 34 mg/l dir. Dnysl vrilr n uygun rasiyn sabii ().6 sa -1 bulunmuşur. Dnysl vrilrl ri lara hsaplanan vrilr arşılaşırıldığında snuçların birbirin yaın lduğu görülmüşür. Ardışı Ksili Raör sisminin, nsl nilili aısularının arıılmasında başarı il ullanılabilcği görülmdir. Tşür Bu Prj, aarya Ünivrsisi Bilimsl Araşırma Prjlri Kmisyn Başanlığı Lisansüsü Tz Prjlri ( ) apsamında dslnmişir. Kaynalar [1] İlri, R., Damar, Y., 29.imulain udy n Tramn Eicincy r Txil Waswar by Full- cal quncing Bach Racr, Jurnal Naur cinc and usainabl Tchnlgy, lum 1 Issu 1, [2] Tsang Y.F., Hua F.L., Chua H., in.n., Wang Y.J., 27. Opimizain bilgical ramn papr mill lun in a squncing bach racr, Bichmical Enginring Jurnal 34, [3] Drs, R.L., Thry and Pracic War and Waswar Tramn, Wily&ns, Nw Yr. [4] Tichgrabr, B., cr, D., Erlin, C., Wildrr, P.A., 21. quncing bach racr chnlgy in Grmany-in vrviw. War ci. and Tch. 43, [5] Lin,.D., 21. War and Waswar Calculains Manul, McGraw Hill, Nw Yr, UA. [6]L, C.C. Lin,.D., 2. Handb Envirnmnal Enginring Calculains, McGraw Hill, Nwyr, UA. [7] EPA, 2. Waswar Tchnlgy Fac h, Pacag Plans, Washingn, DC, UA. [8] Nva, L., Grnzy, M.C., Wannr, J., Dynamic mahmaical mdlling squncing bach racr wih arad and mixd illing prid. War cinc Tchnlgy 35, [9] Kulac,., Ksili Biylji Arıma Tsisind Opimum Kşulların Araşırılması, Yüs Lisans Tzi, Kimya, aarya Ünivrsisi, Fn Bilimlri Ensiüsü, Adapazarı. [1] Tchbanglus, G., Waswar Enginring: Tramn, Dispsal, Rus, Mcal&Eddy, Inc., Nw Yr. [11] Irvin, R.L., Kchum, L.H., quncing bach racrs r bilgical waswar ramn. Criical Rviws in Envirnmnal Cnrl 18, [12] Mins, R. O., Miln G. D., Binurin Rmval Wih A quncing Bach Racr War, Air, and il Plluin 17: [13] Çin, E., Yılmaz, G., Tmizsy, A., 25. Evsl Aısulardan Ardışı Ksili Raörlrd Nürin Gidrimi, II. Mühndisli Bilimlri Gnç Araşırmacılar Kngrsi. 73