ÇEVRE MÜHENDĐSLĐĞĐ ANABĐLĐM DALI

Transkript

1 ÇUKUROVA ÜNĐVERSĐTESĐ FEN BĐLĐMLERĐ ENSTĐTÜSÜ YÜKSEK LĐSANS TEZĐ EVSEL ATIKSU ARITMA TESĐSLERĐNDE DEBĐ-MALĐYET ĐLĐŞKĐLERĐ ÇEVRE MÜHENDĐSLĐĞĐ ANABĐLĐM DALI ADANA, 2006

2 ÇUKUROVA ÜNĐVERSĐTESĐ FEN BĐLĐMLERĐ ENSTĐTÜSÜ EVSEL ATIKSU ARITMA TESĐSLERĐNDE DEBĐ-MALĐYET ĐLĐŞKĐLERĐ YÜKSEK LĐSANS TEZĐ ÇEVRE MÜHENDĐSLĐĞĐ ANABĐLĐM DALI Bu tez 21/12/2006 tarihinde aşağıdaki Jüri Üyeleri Tarafından Oybirliği/Oyçokluğu ile Kabul Edilmiştir. Đmza... Đmza... Đmza... Doç.Dr. Fuat BUDAK Prof.Dr.Ahmet YÜCEER Yrd.Doç.Dr. Seyfi N.OĞLULATA DANIŞMAN ÜYE ÜYE Bu tez Enstitümüz Çevre Mühendisliği Anabilim Dalında Hazırlanmıştır. Kod No : Prof.Dr Aziz ERTUNÇ Enstitü Müdürü Đmza-Mühür Bu çalışma Çukurova Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi Tarafından Desteklenmiştir. Proje No: FBE 2002YL257 Not: Bu tezde kullanılan özgün ve başka kaynaktan yapılan bildirişlerin çizelge, şekil ve fotoğrafların kaynak gösterilmeden kullanımı, 5846 sayılı fikir ve Sanat Eserleri Kanunu ndaki hükümlere tabidir.

3 ÖZ YÜKSEK LĐSANS EVSEL ATIKSU ARITMA TESĐSLERĐNDE DEBĐ-MALĐYET ĐLĐŞKĐLERĐ ÇUKUROVA ÜNĐVERSĐTESĐ FEN BĐLĐMLERĐ ENSTĐTÜSÜ ÇEVRE MÜHENDĐSLĐĞĐ ANABĐLĐMDALI Danışman: Doç.Dr. Fuat BUDAK Yıl: 2006, Sayfa: 111 Jüri : Doç.Dr. Fuat BUDAK Prof.Dr.Ahmet YÜCEER Yrd.Doç.Dr. Seyfi N. OĞULATA Bu çalışmada, bilgisayar programı kullanılarak, evsel atıksuların arıtılması için kullanılan alternatif atıksu arıtma proseslerinin maliyet-debi ilişkileri incelenmiştir. Maliyetler, evsel atıksu arıtma tesisleri alternatifleri için farklı debi miktarlarında incelenmiş ve tesislerin; ilk yatırım maliyetleri, işletme ve bakım maliyetleri, birim atıksu maliyetleri ve arazi maliyetleri, debi-maliyet eğrileriyle ortaya konmuştur. Ayrıca atıksu arıtma sistemi modifikasyonları seçiminde Su Kirliliği Kontrolü Yönetmeliğindeki deşarj standartları parametreleri göz önüne alınarak prosesler boyutlandırılmış ve farklı prosesler içeren alternatif arıtma tesisleri birbirleriyle karşılaştırılmıştır. Anahtar kelimeler: Evsel Atıksular, Arıtma, Yatırım ve Đşletme Maliyetleri, Debi- Maliyet Đlişkileri I

4 ABSTRACT (M.Sc.Thesis) THE RELATIONS OF FLOW-COST FOR DOMESTIC WASTEWATER TREATMENT PLANTS DEPARTMENT OF ENVIRONMENTAL ENGINEERING INSTITUE OF NATURAL AND APPLIED SCIENCE UNIVERSITY OF ÇUKUROVA Supervisor: Assoc. Prof. Dr. Fuat BUDAK Year: 2006, Pages: 111 Jury: Assoc. Prof. Dr. Fuat BUDAK Prof. Dr. Ahmet YÜCEER Assist. Prof. Dr. Seyfi N. OĞULATA In this study, flow rate-cost relations of the different wastewater treatment plant were investigated which used for to be treat domestic wastewater using computer software. The cost was investigated for domestic wastewater treatment plant alternatives at the different level of flow-rate quantity. Thus, the cost of treatment plants are drawn via to flow rate-cost diagrams showing the relationships between flow rate construction cost, flow rate operation and maintenance costs, flow rate land cost and flow rate- cost of treating 1 m 3 of wastewater. However, considering the discharge standards of water pollution control regulation wastewater treatment plant units were designed and this treatment plants including separate units were compared with each others. Key Words: Domestic Wastewater, Treatment, Investment and Operation Costs, Flow-Cost Relationships II

5 TEŞEKKÜR Öncelikle bu çalışmanın yürütüldüğü ve imkanlarını kullandığım Çevre Mühendisliği Bölümüne teşekkürlerimi sunarım. Çalışmalarım boyunca beni yönlendirip tavsiyeleri ile bana yol gösteren ve yardımlarını esirgemeyen, değerli hocam ve danışmanım sayın Yrd.Doç.Dr. Fuat BUDAK a,teşekkür ederim. Bu tezi hazırlamamda, yazım ve kontrolünde bana yardımcı olan ve adını sayamadığım herkese teşekkür ederim. Özellikle tüm bu süreçte maddi ve manevi yardımlarını hiç esirgemeyen biricik ailem annem, babam ve kardeşime teşekkürlerimi sunmayı bir borç bilirim. III

6 ĐÇĐNDEKĐLER SAYFA ÖZ..I ABSTRACT.II TEŞEKKÜR III ĐÇĐNDEKĐLER... IV ÇĐZELGELER DĐZĐNĐ... VIII ŞEKĐLLLER DĐZĐNĐ... X 1.GĐRĐŞ Evsel Atıksuların Tanımı ve Özellikleri Atıksu Arıtma Teknikleri Evsel Atıksuların Arıtılması Genel Fiziksel Arıtma Kimyasal Arıtma Biyolojik Arıtma Havalı (Aerobik) Biyolojik Arıtma (1). Aktif Çamur (1).(a). Saf Oksijenli Sistemler (1).(b). Uzun Havalandırmalı Sistemler (1).(c). Kontak Stabilizasyon (1).(d).Oksidasyon Hendekleri (1).(e). Kademeli Havalandırma (1).(f). Tadil Edilmiş Havalandırma (1).(g). Yüksek Hızlı Havalandırma (2). Damlatmalı Filtreler (3). Biyodiskler (4). Mekanik Havalandırmalı Lagünler (5). Stabilizasyon havuzları Havasız (Anaerobik) Biyolojik Arıtma..18 IV

7 Atıksuların Arazide arıtımı Akuatik Arıtma Sistemleri Arıtma Çamuru Đşlenmesi ve Arıtımı (1). Çamur Stabilizasyonu (2). Anaerobik Çürüme (3). Aerobik Çürüme (4). Yoğunlaştırma (5). Çamurun suyunun alınması Atıksuların Arıtma Tesislerinin Boyutlandırılmasında Kullanılan Bazı Kinetik Katsayılar ve Denklemler Atıksuların Arıtılmasında Maliyet Unsurlarının Belirlenmesi Genel Đnşaat (Yapım) Maliyeti Đşletme ve Bakım Maliyeti ÖNCEKĐ ÇALIŞMALAR MATERYAL VE METOD Materyal Atıksu Arıtma Tesislerinin Bilgisayar Programı Đle Boyutlandırılmasının Önemi CAPDET WORKS Progr amının T anıt ımı Su Kirliliği Kontrolü Yönetmeliği Arıtma Prosesi Bileşenleri Mekanik Arıtma Birimleri ve Proje Kriterleri (1) Izgaralar (2). Kum tutucular Kimyasal Arıtma ve Proje Kriterleri (1). Hızlı Karıştırma- Yumaklaştırma- Çökeltme Biyolojik Arıtma Birimleri ve Proje Kriterleri (1). Tam Karışımlı Sistemler (2). Uzun Havalandırmalı Sistemler Çamur Arıtma Birimleri Ve Proje Kriterleri..50 V

8 (1). Yoğunlaştırıcı (2). Anaerobik çürütme (3).Aerobik çürütme (4). Beltfiltre Metot Arıtma Tesisi Maliyetlerinde Kullanılan Birim Fiyatlar Hafriyat Birim Fiyatı Betonarme Betonu Birim Fiyatı Arazi Fiyatları Đnşaat Maliyetleri Projelendirmelerde Kullanılan Kişi Başını Su Kullanımı ve Organik Yükler Karşılaştırılan Sistemlerin Maliyetleri ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMALAR Araştırma Bulguları Atıksu Arıtma Tesislerindeki Maliyetler Yatırım Maliyeti Đşletme ve Bakım Maliyeti Mühendislik Maliyeti ve Döviz Kuru Faiz Oranı Atıksu Arıtma Tesislerindeki Debi-Maliyet Đlişkileri Debi-Toplam Proje Maliyeti Đlişkileri Debi-Toplam Đşletme ve Bakım Maliyeti Đlişkileri Debi-Birim Hacimdeki Atıksuyun Arıtma Maliyeti Đlişkileri Debi-Arazi Miktarı Đlişkileri Araştırma Bulgularının Tartışılması Sıcak Đklimlerde Atıksuların Arıtma Alternatiflerinin Değerlendirilmesi Atıksu Arıtma Tesislerinin Debi - Maliyet Bakımından Değerlendirilmesi Debi-Toplam Proje Maliyeti Değerlendirilmesi...93 VI

9 Debi-Toplam Đşletme ve Bakım Maliyeti Değerlendirilmesi Debi-Birim Hacimdeki Atıksuyun Arıtma Maliyeti Değerlendirilmesi Debi-Arazi Maliyeti Değerlendirilmesi SONUÇLAR VE ÖNERĐLER...97 KAYNAKLAR ÖZGEÇMĐŞ..103 EKLER VII

10 ÇĐZELGELER LĐSTESĐ SAYFA Çizelge 3.1. Capdetworks programı ile boyutlandırılabilen bazı prosesler Çizelge 3.2. Sektör: Evsel Nitelikli Atıksular (Sınıf 1:Kirlilik Yükü Ham BOĐ olarak 5-60 Kg/Gün arasında, Nüfus: ) Çizelge 3.3. Sektör: Evsel Nitelikli Atıksular (Sınıf 2: Kirlilik Yükü Ham BOĐ olarak Kg/Gün arasında, Nüfus )...45 Çizelge 3.4. Sektör: Evsel Nitelikli Atıksular (Sınıf 3: Kirlilik Yükü Ham BOĐ olarak Kg/Gün den Büyük, Nüfus )...46 Çizelge 3.5 Sektör: Evsel Nitelikli Atıksular (Sınıf 4: Kirlilik Yükü Ham BOĐ olarak 6000 Kg/Gün den Büyük, Nüfus den Büyük) Çizelge 3.6. Evsel Nitelikli Atıksular (Eşdeğer Nüfusun Ne Olduğuna Bakılmaksızın Doğal Arıtma (Yapay Sulak Alan) ve Stabilizasyon Havuzları Sistemiyle Biyolojik Arıtma Yapan Kentsel Atıksu Arıtma Tesisleri Đçin)...46 Çizelge 3.7. Elle ve mekanik temizlemeli ızgaralar için proje kriterleri 47 Çizelge 3.8 Havalandırmalı kum tutucu proje kriterleri.48 Çizelge 3.9. Çeşitli kimyasalların kullanıldığı kimyasal çöktürme tankında önerilen yüzey yükü değerleri...48 Çizelge Tam karışımlı havuzların proje kriterleri..49 Çizelge Uzun havalandırmalı sistemlere ait proje kriterleri..50 Çizelge Gravital çamur yoğunlaştırıcılarda çeşitli tipteki çamurlar için tipik çamur yükleri...51 Çizelge 3.13 Mezofilik. Anaerobik çürütmeye ait proje kriterleri Çizelge 3.14 Aerobik çürütmeye ait proje kriterleri...52 Çizelge3.15. Capdetworks programında kullanılan bazı birim fiyatlar...55 Çizelge3.16. Capdetworks programında esas alınan ham atıksu karakteristikleri..56 VIII

11 ŞEKĐLLER LĐSTESĐ SAYFA Şekil 1.1. Saf Oksijen Sisteminin Genel Akım Şeması Şekil 1.2. Uzun Havalandırma Sisteminin Genel Akım Şeması Şekil 1.3. Kontakt Stabilizasyon Sisteminin Genel Akım Şeması Şekil 1.4. Oksidasyon Hendek Sisteminin Genel Akım Şeması Şekil 1.5. Kademeli Havalandırma Sisteminin Genel Akım Şeması Şekil 1.6. Yüksek Hızlı Havalandırma Sisteminin Genel Akım Şeması 13 Şekil 1.7. Damlatmalı Filtre Sisteminin Genel Akım Şeması Şekil 1.8. Biyodisk Sisteminin Genel Akım Şeması Şekil 1.9. Lagün Sisteminin Genel Akım Şeması Şekil1.10. Stabilizasyon Havuzu Sisteminin Genel Akım Şeması Şekil Düşük Đnfiltrasyon Sisteminin Genel Akım Şeması Şekil Hızlı Đnfiltrasyon Sisteminin Genel Akım Şeması...20 Şekil Arazi Yüzeyinden Akıtma Sisteminin Genel Akım Şeması Şekil 3.1. Programın File Menüsü Şekli...42 Şekil 3.2. Programın Edit Menüsü Şekli...42 Şekil 3.3. Programın Layout Menüsü Şekli...42 Şekil 3.4. Programın Options Menüsü Şekli...43 Şekil 3.5. Programın Cost Data Menüsü Şekli...43 Şekil 3.6. Programın Cost Analysis Menüsü Şekli...43 Şekil 3.7. Programın Help Menüsü Şekli...43 Şekil 3.8. Programın Boyutlandırma Sayfası Şekli...44 Şekil 4.1. Tam Karışımlı Aktif Çamur Tesisinin Debi-Toplam Proje Maliyeti Grafiği...61 Şekil 4.2. Arazi Yüzeyinden Akıtma Tesisinin Debi-Toplam Proje Maliyeti Grafiği...61 Şekil 4.3. Kontak Stabilizasyon Tesisinin Debi-Toplam Proje Maliyeti Grafiği...62 Şekil 4.4. Biyodisk Tesisinin Debi-Toplam Proje Maliyeti Grafiği...62 Şekil 4.5. Yüksek Hızlı Aktif Çamur Tesisinin Debi-Toplam Proje Maliyeti Grafiği...63 IX

12 Şekil 4.6. Saf Oksijenli Aktif Çamur Tesisinin Debi-Toplam Proje Maliyeti Grafiği...63 Şekil 4.7. Kademeli Havalandırma Tesisinin Debi-Toplam Proje Maliyeti Grafiği..64 Şekil 4.8. Oksidasyon Hendeği Tesisinin Debi-Toplam Proje Maliyeti Grafiği...64 Şekil 4.9. Uzun Havalandırma Tesisinin Debi-Toplam Proje Maliyeti Grafiği Şekil Stabilizasyon Havuzu Tesisinin Debi-Toplam Proje Maliyeti Grafiği...65 Şekil Hızlı Đnfiltrasyon Tesisinin Debi-Toplam Proje Maliyeti Grafiği...66 Şekil Damlatmalı Filtre Tesisinin Debi-Toplam Proje Maliyeti Grafiği...66 Şekil Oksidasyon Havuzu Tesisinin Debi-Toplam Proje Maliyeti Grafiği...67 Şekil Düşük Hızlı Đnfiltrasyon Tesisinin Debi-Toplam Proje Maliyeti Grafiği...67 Şekil Tam Karışımlı Aktif Çamur Tesisinin Debi-Toplam Đşletme ve Bakım Maliyeti Grafiği...69 Şekil Arazi Yüzeyinden Akıtma Tesisinin Debi-Toplam Đşletme ve Bakım Maliyeti Grafiği Şekil Kontak Stabilizasyon Tesisinin Debi-Toplam Đşletme ve Bakım Maliyeti Grafiği...70 Şekil Biyodisk Tesisinin Debi-Toplam Đşletme ve Bakım Maliyeti Grafiği...70 Şekil Yüksek Hızlı Aktif Çamur Tesisinin Debi-Toplam Đşletme ve Bakım Maliyeti Grafiği...71 Şekil Saf Oksijenli Aktif Çamur Tesisinin Debi-Toplam Đşletme ve...yeti Grafiği...71 Şekil Kademeli Havalandırma Tesisinin Debi-Toplam Đşletme ve Bakım Maliyeti Grafiği...72 Şekil Oksidasyon Hendeği Tesisinin Debi-Toplam Đşletme ve Bakım Maliyeti Grafiği...72 Şekil Uzun Havalandırma Tesisinin Debi-Toplam Đşletme ve Bakım Maliyeti Grafiği...73 Şekil Stabilizasyon Havuzu Tesisinin Debi-Toplam Đşletme ve Bakım Maliyeti Grafiği...73 Şekil Hızlı Đnfiltrasyon Tesisinin Debi-Toplam Đşletme ve Bakım X

13 Maliyeti Grafiği...74 Şekil Damlatmalı Filtre Tesisinin Debi-Toplam Đşletme ve Bakım Maliyeti Grafiği...74 Şekil Oksidasyon Havuzu Tesisinin Debi-Toplam Đşletme ve Bakım Maliyeti Grafiği...75 Şekil Düşük Hızlı Đnfiltrasyon Tesisinin Debi-Toplam Đşletme ve Bakım Maliyeti Grafiği...75 Şekil Tam Karışımlı Aktif Çamur Tesisinin Debi - 1 m 3 Atıksu Arıtma Maliyeti Grafiği...77 Şekil Arazi Yüzeyinden Akıtma Tesisinin Debi - 1 m 3 Atıksu Arıtma Maliyeti Grafiği...77 Şekil Kontak Stabilizasyon Tesisinin Debi - 1 m 3 Atıksu Arıtma Maliyeti Grafiği...78 Şekil Biyodisk Tesisinin Debi - 1 m 3 Atıksu Arıtma Maliyeti Grafiği...78 Şekil 4.33 Yüksek Hızlı Aktif Çamur Tesisinin Debi - 1 m 3 Atıksu Arıtma Maliyeti Grafiği...79 Şekil Saf Oksijenli Aktif Çamur Tesisinin Debi - 1 m 3 Atıksu Arıtma Maliyeti Grafiği...79 Şekil Kademeli Havalandırma Tesisinin Debi - 1 m 3 Atıksu Arıtma Maliyeti Grafiği...80 Şekil Oksidasyon Hendeği Tesisinin Debi - 1 m 3 Atıksu Arıtma Maliyeti Grafiği...80 Şekil Uzun Havalandırma Tesisinin Debi - 1 m 3 Atıksu Arıtma Maliyeti Grafiği...81 Şekil Stabilizasyon Havuzu Tesisinin Debi - 1 m 3 Atıksu Arıtma Maliyeti Grafiği...81 Şekil Hızlı Đnfiltrasyon Tesisinin Debi - 1 m 3 Atıksu Arıtma Maliyeti Grafiği...82 Şekil Damlatmalı Filtre Tesisinin Debi - 1 m 3 Atıksu Arıtma Maliyeti Grafiği...82 Şekil Oksidasyon Havuzu Tesisinin Debi - 1 m 3 Atıksu Arıtma XI

14 Maliyeti Grafiği...83 Şekil Düşük Hızlı Đnfiltrasyon Tesisinin Debi-Toplam Đşletme ve Bakım Maliyeti Grafiği...83 Şekil Tam Karışımlı Aktif Çamur Tesisinin Debi - Arazi Miktarı Maliyeti Grafiği...85 Şekil Arazi Yüzeyinden Akıtma Tesisinin Debi - Arazi Miktarı Maliyeti Grafiği...85 Şekil Kontak Stabilizasyon Tesisinin Debi - Arazi Miktarı Maliyeti Grafiği...86 Şekil Biyodisk Tesisinin Debi - Arazi Miktarı Maliyeti Grafiği...86 Şekil 4.47 Yüksek Hızlı Aktif Çamur Tesisinin Debi - Arazi Miktarı Maliyeti Grafiği...87 Şekil Saf Oksijenli Aktif Çamur Tesisinin Debi - Arazi Miktarı Maliyeti Grafiği...87 Şekil Kademeli Havalandırma Tesisinin Debi - Arazi Miktarı Maliyeti Grafiği...88 Şekil Oksidasyon Hendeği Tesisinin Debi - Arazi Miktarı Maliyeti Grafiği...88 Şekil Uzun Havalandırma Tesisinin Debi - Arazi Miktarı Maliyeti Grafiği Şekil Stabilizasyon Havuzu Tesisinin Debi - Arazi Miktarı Maliyeti Grafiği..89 Şekil Hızlı Đnfiltrasyon Tesisinin Debi - Arazi Miktarı Maliyeti Grafiği...90 Şekil Damlatmalı Filtre Tesisinin Debi - Arazi Miktarı Maliyeti Grafiği...90 Şekil Oksidasyon Havuzu Tesisinin Debi - Arazi Miktarı Maliyeti Grafiği...91 Şekil Düşük Hızlı Đnfiltrasyon Tesisinin Debi - Arazi Miktarı Maliyeti Grafiği...91 XII

15 1.GĐRĐŞ 1. GĐRĐŞ Atıksu arıtma tesisleri ve buna bağlı inşa edilen diğer tesisler büyük finansman gerektiren altyapı tesisleridir. Bu tesisler için yapılması düşünülen masraflar, özellikle bizim gibi gelişmekte olan ülkelerde ciddi finansman problemlerine neden olabilmektedir. Atıksu Arıtma Tesislerinin yapılması aşamasına geçmeden önce, atıksu arıtma tesisleri, planlama aşamasında değerlendirilmeli ve bu tesislerden; teknolojik, ekonomik, işler olarak en uygununun seçilmesi gerekmektedir. Đnsan sağlığı açısından ortaya çıkacak sağlıksız durumların önüne set çekilmesinde önemli yer tutar. Atıksu arıtma tesislerinde uygulanan arıtma teknikleri de günümüzde hızla gelişmektedir. Bu hızlı gelişmeyle birlikte, aşırı kirlenme sorunu ve özellikle endüstriyel kaynaklı yeni kirleticiler nedeniyle oluşan yüksek maliyetler, atıksuların tasfiyesinin en uygun metotla yapılmasını ve farklı sistemlerin maliyet karşılaştırmalarının yapılarak optimum çözümlere ulaşılmasını zorunlu hala getirmektedir. Atıksu Arıtma Tesisleri gibi büyük altyapı projelerinin boyutlandırılmasında, yatırımın çevre ve maliyet fonksiyonu göz önüne alınması gereken en önemli parametrelerden ikisidir. Uygulama aşamasına geçmeden daha planlama safhasında atıksu arıtma tesisleri arasından biri diğerine alternatif olabilecek ekonomik alternatifin seçimi hususu çok önemlidir. Bu yüzden yapılacak yatırımın daha planlama safhasında arıtma tesislerinden istenen verimliliğin sağlanması, tesislerin işler olması, arazi durum ve şartlarına göre uygun şekilde boyutlandırılmaları, tesislerin maliyetlendirilmesi ve tüm bunların kısa sürede yapılabilmesi günümüzde bilgisayar programları ile mümkün hale gelmiştir. Gereken arıtma tesisi seçilmesinde ve buna dayalı olarak veriminin belirlenmesinde, arıtma metodunun seçilmesinde ve mansap olanaklarının araştırılmasında atuksuyun miktarı kadar karakteristik yapısını ortaya koyabilen özelliklerinin de bilinmesi gereklidir. Atıksular oluştukları kaynaklara bağlı olarak önemli farklılıklar göstermekte olup, bu farklılıklar arıtma sistemleri arasından doğru olanının seçiminde kullanılır. 1

16 1.GĐRĐŞ Atıksu arıtma tesisi yapımı ve işletilmesinde doğal kaynakların rasyonel olarak kullanılması kadar farklı arıtma tesisleri arasından belirlenen kriterlere uygun olanın seçilmesi sürecinin kısa sürede tamamlanması önemlidir. Bu çalışmayla, literatürde boyutlandırma kriterleri belirtilen ve önceden seçilen evsel atıksu arıtma tesislerindeki, debi maliyet ilişkilerini çok kısa sürede yapabilen bir bilgisayar programı kullanma yoluna gidilmiştir. Böylece atıksu arıtma tesislerinin boyutlandırılmasını çok yorucu ve uzun zaman alan bir süreçten sonra yaparak, maliyetlerini değerlendirebilen gerçek ve tüzel kişilere yeni bir rasyonel yaklaşım sunulması amaçlanmıştır. 1.1 Evsel Atıksuların Tanımı ve Özellikleri Atıksular, insanların farklı maksatlara yönelik olarak kullanıp kirlettikleri sular olup; evsel nitelikli atıksular ise, konutlardan, kurumlardan, ticari ve endüstriyel kuruluşlardan gelen atıksular ile yeraltı, yüzeysel ve yağmur suyu gibi suların bir bileşimi olarak tanımlanabilir (Metcalf ve Eddy, 1991). Evsel atıksular ise; insan vücudu atıklarından, yıkanma, genel temizlik ve mutfak işleri sonucu oluşan atıksulardır (Mara,1978). Evsel atıksular konutlardan, okul,hastane,otel, restaurant gibi küçük işletmeler; yüzme havuzu, kamplar, mesire yerleri gibi kaynaklanır.(metcalf Evsel atıksuların yaklaşık %95-99 u su olup %1-5 lik kısmı organik ve inorganik maddeleri ihtiva eder. Evsel atıksuların rengi genellikle açık kahverengimsi gridir ve kendine has bir kokusu vardır (Metcalf ve Eddy, 1991). Taze atıksu bulanık olup büyüklü küçüklü yüzen veya askıda katı maddeler ve koloidal yapıda çok küçük katı maddeler içerir. Fiziksel olarak arzu edilmediği gibi içerdiği patojen organizmalar nedeniyle oldukça tehlikelidir (Mara,1978). Kanalizasyonda kalma süresinin artması ve anaerobik şartların gelişmesiyle atıksuyun rengi koyu griye ve daha sonra siyaha doğru değişebilir. Siyah renk atıksuyun anaerobik hala geldiğinin en önemli göstergesidir. Bu renk anaerobik şartlarda oluşan sülfür formlarının atıksudaki metallerle reaksiyona girmesi ile oluşan metalik sülfürlerden kaynaklanır (Metcalf ve Eddy, 1991). 2

17 1.GĐRĐŞ Sıcak iklimlerde evsel atıksular çözünmüş oksijen içeriğini çabuk kaybeder ve böylece septik hale geçer. Septik atıksu kötü bir kokuya sahip olup bunun da en önemli kaynağı hidrojen sülfürdür(mara,1978). Hidrojen sülfürden kaynaklanan çürük yumurta kokusu ve merkaptanlar septik atıksuların ayırt edici özelliğidir. Evsel atıksuların sıcaklığı coğrafi bölgeye ve mevsime bağlı olarak derece arasında değişir. Önemli miktarda endüstriyel atıksu içermiyorsa yoğunluğu ayni sıcaklıktaki suyun yoğunluğuna yakındır (Metcalf ve Eddy, 1991). Gelişmiş ülkelerde işletme ve bakım giderlerinin yaklaşık %60 ı personel giderlerine harcanmaktadır. Geriye kalan % 40 ise; % 14 ü elektrk giderleri, % 4 ü kimyasal madde giderleri, %22 si diğerleri olarak dağılmaktadır (Uslu, 1984) Atıksu Arıtma Teknikleri Çeşitli kullanımlar sonucu oluşan atıksular deşarj edildikleri alıcı ortamın fiziksel, kimyasal, bakteriyolojik ve ekolojik özelliklerini değiştirmeyecek hale getirmek için uygulanan fiziksel, kimyasal ve biyolojik proseslerin bir veya birkaçı Atıksu Arıtımı olarak tanımlanabilir. Atıksuyun içerisinde çeşitli formlarda bulunabilen kirletici madde vardır. Bu kirleticilerin uzaklaştırılması için atıksu, kirleticinin şekline bağlı olarak; fiziksel, kimyasal, biyolojik ve ileri derecede arıtmaya tabi tutulur. Atıksu bu işlemlerden sadece birisine veya birbirini takip eden bir dizi işleme tabi tutulabilir. Atıksu karakteristiğine göre çeşitli arıtma yöntemleri kullanılmakta olup bunlar genel olarak dört kısımda incelenmektedir (Köseoğlu, 1995). Bunlar: Atıksulardan, kendi ağırlığıyla çökelebilen maddelerin uzaklaştırılabilmesi için uygulanan Fiziksel Arıtma sistemleri; Suda çözünmüş halde bulunan kirleticilerin, kimyasal reaksiyonlarla çözünürlüğü düşük bileşiklere dönüştürülmesi veya kolloid ve askıda maddelerin yumaklar oluşturarak çökeltilmesi için uygulanan Kimyasal Arıtma sistemleri; Atık suda çözünmüş halde veya kolloidal haldeki biyolojik olarak parçalanabilir maddeler in mikroorganizmalar tarafından besin ve ener ji 3

18 1.GĐRĐŞ kaynağı o larak kullanılmak suretiyle atıksu'dan uzaklaştırılması esasına dayanan Biyolojik Arıtma sistemleri; Biyolojik ve kimyasal arıtmada giderilemeyen kirleticilerin uzaklaştırılmasında kullanılan Đleri Arıtma sistemleridir. Literatürde, arıtma yöntemleri birinci, ikinci ve ileri arıtma olarak sınıflandırılmaktadır. Aşağıda atıksuda bulunan temel kirleticiler ve bunlar için önerilen arıtma metodları görülmektedir. Birinci arıtmada, AKM(Askıda katı madde)ve bazıorganik kökenli maddeler giderilir. Bu giderim ızgaradan geçirme veya çöktürme gibi fiziksel yöntemlerle sağlanabilir. Birinci arıtmadan çıkan su çoğunlukla nispeten yüksek BOĐ 5 (Biyokimyasal oksijen ihtiyacı) ve organik madde içerir. Bundan sonra gelen arıtma, geriye kalan organik maddelerin ve AKM nin giderimi için yapılır ve ikinci arıtma adını alır. Genellikle ikinci arıtmada biyolojik prosesler kullanılır. Đkinci arıtma sonucu çıkan atıksuda, düşük BOĐ 5 ve AKM ile birkaç mg/l çözünmüş oksijen bulunabilir. Atıksu yeniden kullanılacaksa veya alıcı ortamda ötrofikasyon kontrolü gerekiyorsa, atıksuda kalan AKM ve çözünmüş maddelerin giderilmesi için ileri arıtma gerekebilir Evsel Atıksuların Arıtılması Genel Atıksuların arıtılmasında atıksuyun kaynağı, karakterizasyon yapısı, içeriği, istenen arıtma verimi gibi özelliklere göre fiziksel, kimyasal, biyolojik ve ileri arıtma işlemlerinden biri veya bunların tümü kullanılabilmektedir Fiziksel Arıtma Fiziksel arıtma işlemlerinden bazıları aşağıda belirtilmiştir. 4

19 1.GĐRĐŞ Kum Tutma: Atıksuda bulunan kum,çakıl gibi inorganik maddelerin atıksudan ayrılması işlemidir. Dengeleme: Su debileri ve karakteristiklerindeki salınımları daha sonraki arıtma üniteleri için optimum çalışma koşullarını sağlamak amacıyla kontrol etmek veya minimuma indirgeme sürecidir. (Şengül, 1995) Öğütme : Đri, büyük ve katı parcacıkların daha küçük ebatlara parçalanması işlemidir. Çökeltme: Kendi ağırlığıyla çökelebilir maddelerin atıksudan ayrılarak suyun berraklılığının kazandırılması işlemidir. Yüzdürme : Yüzdürme işlemi sıvı ortama verilen gaz kabarcıklarının partiküller etrafında tutunarak onları yukarı doğru hareket ettirme sürecidir. (Şengül,1995) Kimyasal Arıtma içerir. Kimyasal arıtma işlemlerinden bazıları aşağıda belirtilen bir dizi uygulamayı Kimyasal oksidasyon: Su ve atıksu arıtımında kimyasal oksidasyon işlemi, istenmeyen kimyasal maddelerin ve bazı toksik bileşiklerin sudan giderilmesi amacıyla maddelerin zararsız veya sakıncası olmayan hale dönüştürülmesi işlemlerini kapsar. (Şengül,1995) Kimyasal çöktürme: Kimyasal çöktürme süreci, suda çözünmüş veya askıda halde bulunan maddelerin fiziksel durumunu değiştirerek çökelmelerini sağlamak üzere uygulanan bir arıtma işlemidir. (Şengül,1995) Dezenfeksiyon: Suyun Đçerdiği patojenik mikroorganizmaların elimine edilerek güvenle içilebilecek hale getirilmesi işlemidir. (Şengül,1995) 5

20 1.GĐRĐŞ Biyolojik Arıtma Biyolojik arıtma sistemleri; ortamda oksijen varlığına göre, aerobik ve anaerobik şekilde sınıflandırılırken kullanılan organizmaların sistemdeki durumuna göre asıltılı ve sabit film prosesleri olarak da sınıflandırılabilirler Havalı(Aerobik) Biyolojik Arıtma Bütün aerobik arıtma sistemlerinde organik atıklar sentez ve oksidasyon yolu ile yok olurlar. Diğer bir deyimle organik maddelerin bir kısmı yeni hücrelere dönüşürken (sentez) geri kalan kısmı gerekli enerjiyi üretmek amacıyla oksidasyona tabi tutulurlar. Organik maddeler yok olmaya başlayınca biyolojik hücrelerin bir kısmı gerekli enerjiyi sağlamak amacıyla kendi kendini oksitler ki buna Đçsel Solunum denir. Aerobik biyolojik arıtma yöntemleri arıtmayı yapan bakterilerin, aktif çamur ve modifikasyonları sistemlerinde olduğu gibi, askıda bulunduğu ve arıtmayı yapan bakterilerin,damlatmalı filtre ve biyodisklerde olduğu gibi, sabit bir memran oluşturduğu sistemler olmak üzere 2 ye ayrılır. ( Đleri,2000) (1). Aktif Çamur Aktif çamur, organik ve inorganik maddeler içeren atıksu ile hem canlı hem de ölü mikroorganizmaların karışımı olup biyolojik aktivite gösteren çamur anlamında kullanılır. Aktif çamur süreci, mikroorganizmaların organik maddeyi oksijen kullanarak ayrıştırmaları esasından yararlanılarak geliştirilen bir aerobik biyolojik arıtma sistemidir. (Toprak,1995) Bu proses, sürekli çalışan havalandırmalı bir tank ile tankın çıkışına yerleştirilen bir çökeltim tankından ibarettir. Çökeltim çamuru geri döngüyle tankın girişine verilir ve bir kısmı da sistemden uzaklaştırılır.(kargı,1995) Reaktördeki aerobik ortam difüzörlü veya mekanik havalandırıcılarla sağlanır. 6

21 1.GĐRĐŞ Aktif çamur sistemleri daha etkili işletilebilmek için arıtma verimi ve yükleme hızlarına göre şöyle modifiye edilmişlerdir: a) Lineer Şekilde Değişen Havalandırma Tatbik Edilen Sistemler b) Tadil Edilmiş Havalandırma Uzun Havalandırmalı Sistemler c) Kontak Stabilizasyon d) Tam Karıştırmalı Sistemler e) Piston Akımlı Sistemler f) Kademeli Havalandırma g) Uzun Havalandırmalı Sistemler h) Yüksek Hızlı Havalandırma ı) Saf Oksijenli Sistemler i) Oksidasyon Hendekleri (1).a. Saf Oksijenli Sistemler Yüksek BOI içeren atıksulardan BOI giderilmesinde oksijen sınırlamalarını önlemek için oksijenle zenginleştirilmiş hava yada saf oksijen kullanılır.(kargı,1995) Saf oksijenli sistemler atıksu özelliklerindeki değişimlere daha iyi adapte olabilir ve çamur üretimi hava ile çalışılan sistemlerden daha azdır (Jelfries,1983). Saf Oksijen sisteminin genel akım şeması Şekil 1.1 de gösterilmiştir. 7

22 1.GĐRĐŞ Şekil 1.1. Saf Oksijen Sisteminin Genel Akım Şeması (1).b. Uzun Havalandırmalı Sistemler Uzun Havalandırma prosesi, yıllar içerisinde popülarite kazanmış olan bir aktif çamur modifikasyonudur.uzun havalandırma prosesinde ham atıksu ızgaralardan ve kum tutuculardan sonra doğrudan doğruya havalandırma havuzuna verilir. Buradaki şartlar tamamen aerobik özelliktedir. Atıksuyun havalandırma havuzundaki kalış süresinin uzun olmasından dolayı bu prosese uzun havalandırma prosesi denmektedir (Soli J Arceivala,1998). Yatırım, işletme ve bakım masrafları düşük olup uzun havalandırma süresi gerektirir.(gemmell ve Herbert, 1985). Bu sistemde çamurun çürütülmesi işlemi genel olarak uygulanmaz. Uzun Havalandırma sisteminin genel akım şeması Şekil 1.2 de gösterilmiştir. 8

23 1.GĐRĐŞ Şekil 1.2. Uzun Havalandırma Sisteminin Genel Akım Şeması (1).c. Kontak Stabilizasyon Kontak stabilizasyon metodu, aktif çamurun absorplama özelliklerinden faydalanmak amacıyla geliştirilmiştir. Çökeltilmiş atıksular geri devir çamuru ile karıştırılıp kıontak havuzunda dakika süreyle havalandırılır. Bu esnada organik maddeler çamur flokları tarafından absorbe edilir. Son çökeltme havuzunda çamur,tasfiye edilen sudan ayrılır ve geri döndürülerek havalandırma havuzunda havalandırılır. Geri dönen çamurun bir kısmı sabit bir madde konsantrasyonu elde etmek için sistemden dışarı atılır (Metcalf ve Eddy.1991). Kontak stabilizasyon işlemi evlerden gelen atıksular için çok uygundur. (Muslu,1996). Kontakt Stabilizasyon sisteminin genel akım şeması Şekil 1.3 de gösterilmiştir. 9

24 1.GĐRĐŞ Şekil 1.3. Kontakt Stabilizasyon Sisteminin Genel Akım Şeması (1).d. Oksidasyon Hendekleri Oksidasyon hendekleri dairesel yada oval şekilde hendekler olup rotor, yüzey havalandırıcı gibi mekanik yöntemlerle havalandırılırlar. Izgaradan geçirilerek veya çökeltilerek katılarından arındırılmış atıksu hendek içinde hareket ederken havalandırılarak organizmalar tarafından karbon ve azot bileşiklerinden arıtılır (Kargı,1995). Bu hendekler genellikle yüksek alıkonma süresi gerektirirler. Hendek çıkışına bir çökeltim tankı konularak katılar ayrılır. Oksidasyon hendek sisteminin genel akım şeması Şekil 1.4 de gösterilmiştir. 10

25 1.GĐRĐŞ Şekil 1.4. Oksidasyon Hendek Sisteminin Genel Akım Şeması (1).e. Kademeli Havalandırma Kademeli havalandırma sisteminin temel teorisi aktif çamur sistemiyle ayni olmasına rağmen oksijen ihtiyacının daha üniform olması ve bu yüzden temin edilen oksijenin daha verimli bir şekilde kullanılmasıyla klasik aktif çamur sisteminden ayrılır. Atıksuyun farklı noktalardan havuza verilmesi nedeniyle yüksek absorpsiyon kapasitesine sahip bir aktif çamur oluşur ve böylece kısa bekletme süresi içerisinde daha fazla organik maddenin giderilmesi temin edilir. (Metcalf ve Eddy.1991). Kademeli havalandırma sisteminin genel akım şeması Şekil 1.5 de gösterilmiştir. 11

26 1.GĐRĐŞ Şekil 1.5. Kademeli Havalandırma Sisteminin Genel Akım Şeması (1).f. Tadil Edilmiş Havalandırma Tadil edilmiş havalandırma uygulanan sistemlerle klasik yada lineer değişen havalandırma uygulanan sistemler arasındaki temel fark, tadil edilmiş havalandırma sistemlerinde 1,5-3 saat gibi daha kısa havalandırma süresinin ve daha yüksek bir besi/mikroorganizma oranının kullanılmasıdır. Ayrıca havalandırma havuzundaki askıda katı madde konsantrasyonu da nispeten yüksektir. (Metcalf ve Eddy.1991) (1).g. Yüksek Hızlı Havalandırma Yüksek hızlı havalandırma askıda katı madde konsantrasyonu çok yüksek olan ve havalandırılma havuzunun büyük hidrolik yüklere maruz bırakıldığı ve bu sayede de besi maddesi/mikroorganizma oranları da yüksek bir sistemdir. Mikroorganizmalar havuzda uzun süre kalmış olur. (Metcalf ve Eddy.1991). Yüksek Hızlı Havalandırma sistemi genel akım şeması Şekil 1.6 de gösterilmiştir. 12

27 1.GĐRĐŞ Şekil 1.6. Yüksek Hızlı Havalandırma Sisteminin Genel Akım Şeması (2). Damlatmalı Filtreler Damlatmalı filtreler, üzerinde mikroorganizmaların biyofilm halinde büyüdüğü katı tanecikler içeren bir dolgu kuleden ibarettirler. Katı tanecikler kum, kırma taş, plastik, sert kömür ve özel dolgu maddelerini içeren tanecikler olup çapları cm arasında değişir (Kargı,1995). Damlatmalı filtreler üzerine ilk arıtmaya tabi tutulmuş atıksu belirli bir debi ile verilir. Bu işlem genellikle tankın merkezi etrafında yavaşça hareket eden delikli bir borudan oluşan bir düzenekle sağlanır. Atıksuyun içerisinde bulunan ve organik maddeleri parçalayan bakteriler taşların üzerinde ince bir tabaka oluştururlar. Bu bakteriyel tabaka yakınından geçmekte olan organik kirleticileri adsorplayıp metabolizmaları ve üremeleri için kullanarak karbondioksit ve suya dönüştürmektedir. Damlatmalı filtreden çıkan atıksu son çökeltme tankına verilir(đleri,2000). Damlatmalı filtreler, uygulanan organik ve hidrolik yüke bağlı olarak düşük hızlı ve yüksek hızlı olmak üzere sınıflandırılırlar. Eğer damlatmalı filtreler ön arıtma amacıyla kullanılıyorsa bunlara kaba filtreler de denir (Soli J Arceivala,1998). 13

28 1.GĐRĐŞ Damlatmalı filtreler işletmesi kolay, verimleri yüksek sistemlerdir. Eğimli arazilere kurulu, atıksu pompajı gerektirmeyen yerleşimler için oldukça uygundur.(metcalf ) Damlatmalı filtre sistemi genel akım şeması Şekil 1.7 de gösterilmiştir. Şekil 1.7. Damlatmalı Filtre Sisteminin Genel Akım Şeması (3). Biyodiskler Biyodiskler, genel karakteri ile aktif çamuru andırır.yalnız havalandırma havuzu yerine döner diskler bulunmaktadır. Bu üniteler, plastikten yapılan 2-3 cm çapında 2-3 cm kalınlığında disklerden oluşur. Diskler bir şaft üzerinde birbirine paralel olarak yerleştirilir ve şaft bir motor yardımıyla döndürülür. Atıksu uzun ve sığ tankların içerisine konur, diskler atıksu içine %40-50 oranında batık şekilde 2-10 devir/dakika hızıyla döndürülür. Organizmalar disk yüzeyinde biyofilm şeklinde büyürler ve atıksudaki organik bileşikler biyofilm içine difüzlenirken organizmalar tarafından karbondioksite oksitlenirler. 13 derecenin altında verim oldukça düşer ve yeni biyofilm tabakası gün arasında oluşur (Metcalf ve Eddy.1991). Biyodisk sisteminin genel akım şeması Şekil 1.8 de gösterilmiştir. 14

29 1.GĐRĐŞ Şekil 1.8. Biyodisk Sisteminin Genel Akım Şeması (4). Mekanik Havalandırmalı Lagünler Mekanik havalandırmalı lagünler, m derinliğinde toprağın kazılması ile inşa edilen ve mekanik yüzey havalandırıcılar ile havalandırılan havuzlardır. Ham atıksu ızgaradan geçirildikten sonra mekanik havalandırıcının bir tarafından verilir ve belli bir havalandırma süresinin ardından diğer taraftan alınır. Stabilizasyon havuzları ile karşılaştırıldıklarında derinliklerinin fazla ve alıkoyma sürelerinin daha kısa olması bakımlarından %10-20 daha küçüktürler (Toprak, 1996). Havalandırılmalı lagünler katı maddelerin durumuna bağlı olarak fakültatif, kesintisiz akışlı aerobik ve katıların geri döndürüldüğü lagünler olmak üzere üç tipe ayrılabilirler. Fakültatif havalandırmalı lagünlerde birim hacme düşen enerji, girdisi istenen oksijen miktarının sıvıya dağılması için yeterli fakat bütün katıları askıda tutmak için yeterli değildir. Bunun sonucunda, lagüne giren askıdaki katı maddelerin bir kısmı ve substrat giderimiyle oluşan katı maddeler tabana çökmeyeçalısırlar ve tabanda anaerob bozunma meydana getirirler. Lagünlerdeki aktivite kısmen aerobik, kısmen de anaerobik olduğundan bu tip lagünlere fakültatif lagün denir. Evsel ve endüstriyel atıksuların arıtımında başarıyla kullanılmaktadırlar. 15

30 1.GĐRĐŞ Kesintisiz akışlı aerobik lagünlerde enerji girdisi, istenilen miktardaki oksijeni sıvı içerisine dağıtacak ve bütün katıları askıda tutacak şekilde olşturulmuştur. Bu lagünlerde katı madde çökelmesi olmaz ve katı maddeler havalandırılmış olarak sistemi atıksu ile beraber terkeder. Katıların geri döndürüldüğü aerobik lagünler, uzun havalandırılmalı tesislere benzerler. Enerji girdisi hem oksijen ihtiyacını karşılayacak hem de tüm katıları askıda tutacak şekilde olmalıdır. Katı maddelerin atıksu ile beraber dışarı çıkması engellendiği ve geri döndürüldüğünden bu tip lagünlerdeki katı madde konsantrasyonu yüksektir (Soli J Arceivala,1998) Lagün Sisteminin genel akım şeması Şekil 1.9 da gösterilmiştir. Şekil 1.9. Lagün Sisteminin Genel Akım Şeması (5). Stabilizasyon Havuzları Stabilizasyon havuzları atıksuların bir noktadan girip arıtılmış suyun bir noktadan alındığı büyük ve sığ havuzlardır. Temel olarak dört ana biyolojik faaliyet oluşmaktadır.bunlar karbonlu maddelerin bakteriler tarafından oksidasyonu, azotlu maddelerin nitrifikasyonu,dip çamurlarındaki çamurlu maddelerin parçalanması ve 16

31 1.GĐRĐŞ alglerin fotosentezidir. Bu sistemlerde algler bakteriler gibi diğer mikroorganizmalarla birlikte simbiyotik olarak yaşarlar. (EPA,1980). Bu havuzlar evsel atıksulardan endüstriyel atıksulara kadar geniş bir aralığa sahip atıksuların arıtılmasında kullanılırken tropik iklim kuşağından kutupsal iklim kuşağına kadar değişen iklim koşulları altında işletilmektedirler (Toprak,1995). Atıksuda bulunan organik madde stabilizasyonundan genelde sistemde bulunan bakteriler sorumludurlar. Bu bakteriler anaerobik şartlarda organik asitler, aerobik şartlarda ise CO 2 ve su üretirler. Bu nedenle sistem sürekli olarak aerobik tutulmaya çalışılır. Sistemin aerobik tutulması,sistemdeki alglerle birlikte yüzeysel oksijen transferi sayesinde sağlanır. Algler güneş enerjisini kullanarak fotosentez yoluyla sisteme oksijen verir (Muslu, 1994). Aerobik şartlarda çökelen organik maddeler önce uçucu yağ asitlerine daha sonra da oluşan bu asitler metan bakterileri tarafından metan ve karbondioksite dönüştürülür. Stabilizasyon havuzlarının işletim özelliklerinin daha iyi bilinmesi ve biyolojik reaksiyonların tanımlanmasına bağlı olarak bu havuzlar aerobik, anaerobik, fakültatif, olgunlaştırma ve havalandırmalı havuzlar olmak üzere 5 e ayrılır. Aerobik havuzlarda derinlik, ışık geçirimini ve fotosentezle alg oluşumunu maksimize etmek için yaklaşık 0.3 m veya daha az olur. Aerobik şartlar havuz derinliğinin tümünde herzaman korunur. Anaerobik havuzlarda mikroorganizmalar nitrat ve sülfatlardaki oksijeni kullandıklarından çözünmüş oksijene ihtiyaç yoktur. Ürün olarak metan ve karbondioksit üretilir. (Soli J. Arceivala,1998). Fakültatif havuzlar en yaygın kullanılan tipi oluşturur. Derinlikleri 1-3 m arasında değişir. Havuzda üst tabaka aerobik alt tabakada ise anaerobik ayrışım oluşur. Alglerle bakteriler arasında ortak bir yaşam vardır. Alglerin ürettikleri oksijen bakterilern organik maddeyi ayrıştırmaları sırasında kullanılır( Toprak,1996). Olgunlaştırma havuzlarının temel işlevleri patojen organizmaların giderilmesi olup virüsler sığ derinliklerde ölmeleri etkin olduklarından derinlikleri 1-2 m arasında değişir.( Mara,1978). 17

32 1.GĐRĐŞ Havalandırmalı stabilizasyon havuzunda oksijen ihtiyacı temel olarak, mekanik olarak yada difüzörle havayı temin etmekle sağlanır. Derinlikleri genel olarak 2-6 m arasında değişir(epa,1980). Stabilizasyon havuzu sisteminin genel akım şeması Şekil 1.10 da gösterilmiştir. Şekil Stabilizasyon Havuzu Sisteminin Genel Akım Şeması Havasız (Anaerobik) Biyolojik Arıtma Atıksuyun anaerobik şekilde arıtılması organik maddelerin moleküler oksijenin bulunmadığı bir ortamda anaerobik mikroorganizmalar tarafından çözümlenmesiyle gerçekleşir. Bu teknoloji septik tank ve havuzdan başlayıp içerisinde sıcaklık kontrolü ve karışımın uygulandığı yüksek verimli reaktörlere dönüşmüştür (Metcalf ve Eddy,1991). Bu biyolojik işlem sırasında organik maddeler öncelikle kendilerini oluşturan yapıtaşı gruplarına enzimatik hidrolize katkıda bulunan mikroorganizmalarla ayrışır yani hidrolize olur ve daha sonra hidrolize olan bileşiklerden oluşan moleküller bir grup mikroorganizma vasıtasıyla organik asitlere ve alkole dönüştürülür. Organik asitler bir grup anaerobik mikroorganizma tarafından asetik asit, CO 2, H 2 ye ve 18

33 1.GĐRĐŞ bunlar da son olarak metan oluşturan mikroorganizmalar tarafından metana dönüştürülürler (Đleri,2000). Anaerobik parçalanma prosesinde hidroliz yada metan oluşumu basamağı hız belirleyici basamaktır. Ayrıca atık maddenin bileşimine bağlı olarak CH 4 ve CO 2 yanında H 2 S ve N 2 gazları da oluşur Atıksuların Arazide Arıtımı Atıksuların arazi üzerinden arıtılmasında bitkiler, zemin yüzeyi ve zemin tabanı kullanılır. Atıksuların araziye verilmesinde; Sulama, Zemine Sızdırma, Arazi Üzerinde Akıtma, Su Altında Bırakma, Yüzey Altından Tatbik olmak üzere farklı yöntemler uygulanır. Bu yöntemlerden özellikle daha çok sulama, arazi üzerinde akıtma ve zemine sızdırma metodları üzerinde durulacaktır. Sulama yönteminde atıksular bitki ihtiyacını karşılamak üzere ön çökeltimden geçmiş sular araziye tatbik edilir. Zemin içine sızan sular fiziksel, kimyasal ve biyolojik yollarla temizlenir. Atıksu ya yağmurlama yada yüzeyden araziye tatbik edilmek suretiyle bitki örtüsüne verilir. Sulama yada Düşük Đnfiltrasyon sisteminin genel akım şeması Şekil 1.11 de gösterilmiştir. Şekil Düşük Đnfiltrasyon Sisteminin Genel Akım Şeması 19

34 1.GĐRĐŞ Hızlı infiltrasyon sistemlerinde ilk çökeltmeden geçmiş atıksular yeraltı suyunu beslemek, dolaylı olarak suların tekrar kullanılmasını sağlamak gibi nedenlerle yüksek hızlarla araziye tatbik edilir. Bunun için de sızdırma havuzları yada yağmurlama metodu kullanılır. Hızlı Đnfiltrasyon sisteminin genel akım şeması Şekil 1.12 de gösterilmiştir. Şekil Hızlı Đnfiltrasyon Sisteminin Genel Akım Şeması Arazi üzerinden akıtma yönteminde atıksular ön arıtımdan geçirilerek bir yamaçtan aşağı akıtılır. Eğimli arazi üzerinden aşağı akarken bitki örtüsü üzerinden geçen atıksular hendeklerde toplanır. Zemin nispeten geçirimsiz olup atıksu fiziksel, kimyasal ve biyolojik yollarla temizlenmiş olur. Arazi üzerinden akıtma sisteminin genel akım şeması Şekil 1.13 de gösterilmiştir. 20

35 1.GĐRĐŞ Şekil Arazi Üzerinden Akıtma Sisteminin Genel Akım Şeması Akuatik Arıtma Sistemleri Konvansiyonel arıtma sistemlerinin bazılarının yüksek maliyet gerektirmeleri nedeniyle daha etkin, düşük maliyetli ve çevre açısından su kirliliği kontrolüne uygun yöntemler geliştirilmesi yolundaki yaklaşımlardan bir tanesi de akuatik arıtma sistemleridir. Atıksu; su ve nutrient kaynağı olarak tarımda, golf sahalarında, yeşil alanların sulanmasında arıtılmıştır. Akuatik arıtma sistemleri genel olarak Doğal sulak alanlar, Yapay sulak alanlar ve su bitkiler havuzları olarak 3 e ayrılır. (Soli J. Arceivala,1998). Suyun kaynağı,hızı, akış ve tekerrür oranlrı ile su verme sıklığı gibi faktörlerin sulak alanlardaki subsrat üzerinde ekosistemdeki türlerin dağlımı ve zenginliği, türlerin çoğalması, nütrient çevrimi açısından önemli etkileri vardır (Wile ve ark.,1985). Doğal sulak alanlar, çoğunlukla kara ile denizin veya bir tatlı su kaynağının birleştiği yerlerde bulunurlar. Doğal sulak alanlar, bitki ve hayvan yönünden zengin ekosistemlerin korunmasında önemli rol oynarlar ve çok köklü bitkilerin yanı sıra bu alanlarda fotoplanktonlar da bulunur. Doğal sulak alanlar saz, sandalye sazı ve kamış 21

36 1.GĐRĐŞ gibi su üstüne çıkan bitki türleri ile karakterize edilirler Yüzen ve su altında bulunan türleri de vardır (Reed ve ark.,1987). Yapay sulak alanlar adlarından da anlaşılacağı gibi seçilen bir arazide atıksu arıtımı amacıyla oluşturulan sulak alanlar olup özellikle septik tanklardan gelen atıksuların arıtılması ve yüksek deşarj standartlarını sağlamak amacıyla havalandırmalı lagünlerde yada konvansiyonel arıtma tesislerinde atıksulara üçüncü derece arıtma sağlanması bakımlarından kullanılırlar. Su bitkileri havuzları içinde özellikle serbestçe yüzen su sümbülleri içeren su sümbülleri havuzları ve de içinde serbestçe yüzen bitki türleri olan su mercimeği havuzları yaygın olarak kullanılır. Bu havuzlarda su bitkilerinin serbestçe yüzen makrofitlerin yaşaması teşvik edilir. Bu bitkilerin havuzlarda yetiştirilmesindeki amaç; ağıt metalleri, fenolleri, pestisidleri, nütrientleri vs. gidermeleri ve kaliteli arıtılmış su sağlamalarıdır. Ayrıca gaz çıkardıkları için ve besin değerleri yüksek olduğundan yeni bitki gelişmesine de yardımcı olurlar. (Soli J. Arceivala,1998) Arıtma Çamuru Đşlenmesi ve Arıtımı Atıksu arıtımı sonucu sıvı veya yarı katı halde, kokulu; uygulanan arıtma işlemine bağlı olarak ağırlıkça %0.25 ile %12 katı madde içeren atıklar arıtma çamuru olarak nitelendirilir. Arıtma çamuru içinde ona kokulu karakterini veren maddeler içermesinin yanısıra, çoğunlukla organik maddelerin bileşimi halinde bozunma ve kokuşma eğiliminde olup önemli bir kısmı sudur..(filibeli,1996) Arıtma tipine ve amacına bağlı olarak arıtma çamurlarının cinsleri; Çökelebilen katı maddelerin ön çökeltim çamurları, kimyasal arıtma ve koagülasyon sonucu oluşan kimyasal çamurlar, biyolojik arıtma işlemleri sonucu oluşan çamurlar gibi farklılık gösterir. Çamura uygulan birim işlemler ve yöntemlerin amacı temel olarak; çamurun su ve organik muhtevasını azaltmak, çamurun nihai bertarafı ve tekrar kullanımını sağlamaktır. Çamurun kaynağına bağlı olarak uygulanan arıtma işlemi ve seçilen nihai bertaraf yöntemi de farklılık gösterir. Çamurdaki suyun giderilmesi için 22

37 1.GĐRĐŞ yoğunlaştırma, şartlandırma, suyunu alma ve kurutma gibi yöntemler uygulanırken; çamur içindeki organik maddelerin giderilmesi stabilize edilmesi için ise stabilizasyon, kompostlama, termal işlemler ve dezenfeksiyon gibi yöntemler uygulanır. Evsel atıksu arıtımında en çok kullanılan yöntemler ise yoğunlaştırma, çamur çürütme ve çamurun suyunu alma işlemleridir. Bu üç yöntem üzerinde kısaca durulacaktır (1). Çamur Stabilizasyonu Stabil çamur, çevreye bir zarar vermeksizinve herhangi bir kötü koku yaratmaksızın bertarak edilebilen çamurdur. Arıtma çamurları; patojenleri ve istenmeyen kokuları gidermek, potansiyel bozunmayı azaltmak, inhibe etmek veya durdurmak amacıyla stabilize edilirler. Stabilizasyon işlemleri sırasında bu istenmeyen koşulları gidermek için; kireç stabilizasyonu, ısıl işlem, anaerobik çürütme, aerobik çürütme gibi işlemler uygulanır (2). Anaerobik Çürüme Anaerobik çürüme, çamur stabilizasyonu için kullanılan moleküler oksijen yokluğunda organik ve inorganik maddelerin parçalanması işlemi olarak tanımlanabilir. Anaerobik çürütme ile uçucu katı maddelerin %50 si giderilir,koku azaltılır ve önemli oranda patojen giderimi sağlanır ve böylece çürümüş çamur doğrudan araziye verilebilir, kurutma yataklarında suyu alınabilir veya mekanik olarak suyu alındıktan sonra nihai bertarafı yapılır(đleri,2000). Anaerobik çürüme işleminde, ön çökeltim çamurları ve biyolojik çamurlardaki organik maddeler, anaerobik koşullar altında biyolojik olarak CH4 ve CO2 e dönüşür.çürüme işlemi hava girişinin önlendiği kapalı bir reaktörde mikroorganizmalar tarafından gerçekleştirilir. Sürekli olarak veya ara ürün olarak 23

38 1.GĐRĐŞ oluşan çamur, çeşitli süreler içinde reaktörde alıkonur.stabilize olan çamur ise reaktörden sürekli olarak veya kesikli olarak çekilir.(filibeli,1996) (3). Aerobik Çürüme Çeşitli arıtma işlemlerinden gelen organik çamurların biyolojik stabilizasyonu için kullanılan bir prosestir. Atık aktif çamur veya damlatmalı filtre çamurları ve ön çökeltim çamuru karışımları, ön çökeltimi olmayan aktif çamur tesislerinden gelen atık çamurların stabilizasyonunda kullanılabilir. Aerobik çürüme aktif çamur prosesine benzer. Ortamda mevcut besi maddesi miktarı azalırken, mikroorganizmalar hücre bakım reaksiyonları için gerekli olan enerjiyi elde etmek üzere kendi hücrelerini yiyip bitirmeye başlarlar. Hücre dokusu; aerobik ortamda su, karbondioksit ve nitrata oksitlenir. (Soli J. Arceivala,1998) (4). Yoğunlaştırma Atıksu arıtma tesislerinde çamur katı madde konsantrasyonunu arttırmak için yoğunlaştırıcılar kullanılır. Çamur katı madde konsantrasyonundaki artış önemli derecede hacim azalmasına neden olduğundan bu prosesi kullanmak çok ekonomik sağlar (5). Çamurun Suyunun Alınması Su alma işlemi, çamurun su içeriğinin azaltılması için kullanılır ve çamurun suyunu almak için kullanılmaktadır. Stabilizasyon işlemlerinden sonra elde edilen çamurlar, çamur kurutma yataklarında kurutulurlar. Kurutma işleminden sonra da, nihai bertaraf amacıyla düzenli depolama sahalarına gönderilirler veya tarımsal amaçlı gübre olarak toprakta kullanılırlar.çamurun suyunu almak için başta çamur kurutma yatakları olmak üzere; çamur tarlaları, çamur lagünleri, vakum filtreler, plakalı ve bantlı pres filtreler, santrifüjler prosesleri de kullanılmaktadır. 24

39 1.GĐRĐŞ Çamur kurutma yataklarının en önemli avantajları maliyetinin düşük olması, işletilmeleri için özel bir itina gerektirmemesi ve elde edilen çamur kekinin katı madde içeriğinin yüksek oluşudur..(filibeli,1996) 1.4. Atıksuların Arıtma Tesislerinin Boyutlandırılmasında Kullanılan Bazı Kinetik Katsayılar ve Denklemler Atıksu arıtma tesislerinin boyutlandırılarak tesis inşa etme aşamasında, arıtma sistemlerinin her bir prosesi için göz önüne alınması kriterler farklı olduklarından burada literatürde yeralan bazı boyutlandırma kriterlerine değinilmiştir. Atıksu arıtma tesislerine etki eden parametrelerden biri ortam sıcaklığıdır. Sıcaklıkla hız katsayısının değişimini aşağıdaki bağıntıyla ifade etmek mümkündür. K T = K 20 α (T 20) (1.1) Bu bağıntıda: K T K 20 T = T C Sıcaklıktaki Reaksiyon Katsayısı (1/gün), = 20 C Sıcaklıktaki Reaksiyon Katsayısı (1/gün), = Sıcaklık ( C) ifadelerini göstermektedir. Biyolojik arıtma ünitelerinin boyutlandırılmasında kullanılan parametrik denklemler genel olarak Hidrolik Yük, Biyolojik Yük, Çamur Yükü, Bekletme Zamanı şeklinde olup, aşağıda kısaca açıklanmıştır. Hidrolik Yük; Birim reaktör hacmi başına isabet eden su miktarı olup basitçe Q V Q = V (1.2) 25

40 1.GĐRĐŞ şeklinde gösterilir. Biyolojik Yük; Birim reaktör hacmi başına isabet eden kirlilik akısı olup basitçe; L V F = V (1.3) Burada; L V =Hacimsel Yük olarak ifade edilir. Çamur Yükü (F/M) ise; F / M = Q * S 0 V * X (1.4) ile ifade edilir. Burada, Q S 0 = Atıksuyun Debisini, ( m 3 /gün) = SubstratGiriş konsantrasyonunu, (kg/m3) V = Tank Hacmini, ( m 3 ) X = Mikroorganizma Derişimini, (kg/m3) göstermektedir. Hidrolik Bekletme Zamanı (t) ise; t = S 0 (X V )(F / M) (1.5) şeklinde gösterilebilir. 26

41 1.GĐRĐŞ Burada; X V =Havalandırma Havuzundaki Mikroorganizma Konsantrasyonunu, (kg/m3) S 0 = SubstratGiriş konsantrasyonunu, (kg/m3) F/M= Havuzdaki Besin Maddesi Miktarının Mikroorganizmaya Olan Dönüşüm Oranını, ifade eder. Aerobik arıtma sistemlerinde organik maddelerin yanında azotlu maddelerde oksitlenmektedir, dolayısıyla sistem için gereken oksijen miktarı aşağıdaki bağıntıyla hesaplanmaktadır: L = Q(S 0 S) OKS 1.42 * P X * Q *( N 0 N) (1.6) f Bu Bağıntıda; L OKS = Gerekli Oksijen Miktarını, (kg/gün) Q S 0 S N 0 N f P X = Atıksu Debisini ( m 3 /gün) = Girişteki BO I 5 Miktarını = Çıkıştaki BO I 5 Miktarını, = Giriş Suyundaki Azot Derişimini, (mg/l) =Çıkış Suyundaki Azot Derişimini, (mg/l) = BO I 5 in Nihai BOI ye Çevirme Faktörünü, = Oluşan Çamur Yükünü,( kg/gün) göstermektedir. Geri Devredilen Çamur miktarı ise şu bağıntıda belirtilmiştir: Q r Q = X a (1.7) X u X a 27