Arıtılmamış atıksu içindeki önemli miktarlarda koku veren maddeler, Biyolojik arıtmada oluşan ve uzaklaştırılması gereken çamurun, ham atıksu

Transkript

1 1 1. GİRİŞ Nüfusun yoğun olduğu yörelerde, kirletici miktarının daha fazla olması, kirlenmenin öncelikle büyük yerleşim bölgelerinde hissedilmesine yol açmıştır. Bundan dolayı, atıksu bertarafı çalışmaları hemen hemen tamamıyla büyük yerleşim bölgeleri üzerinde yoğunlaşmıştır. Literatürde, büyük yerleşim yerleri için arıtma tesislerinin dizayn, yapım ve işletmeleri ile ilgili olarak yeteri kadar çalışmaya rastlanmakta iken, özellikle küçük yerleşim yerleri için bu bilgiler yetersiz kalmaktadır. Yakın geçmişe kadar kırsal alanlardaki yerleşim bölgelerinde öncelikli olarak su temini problemleriyle uğraşılmış, atıksu yönetimi ile ilgili herhangi bir planlama ve teknoloji geliştirme çalışmaları yapılmamıştır. Fakat son yıllarda kirlenme boyutunun artması, hayat standardının yükselmesi ve benzeri etkiler dolayısıyla insanların daha sağlıklı bir çevrede yaşama isteği, küçük yerleşimlerin atıksularının bertarafı yönünde de çalışmaların yapılmasına yol açmıştır. Bu eğilim, özellikle gelişmiş ülkelerde görülmüştür. Türkiye gibi gelişmekte olan ülkelerde ise bu konudaki çalışmalar ilk olarak tatil sitelerinin atıksularının bertarafı ile başlamıştır. Arıtma çamurlarının önemli bir kısmının su olması nedeniyle kapladıkları hacim oldukça fazladır. Özellikle biyolojik arıtma işleminden oluşan arıtma çamurlarının organik madde içeriği çok yüksek olduğu için bu tip çamurlar bozunma ve kokuşma eğilimindedir. Arıtma tesislerinin çeşitli kademelerinde oluşan, arıtma prosesine ve atıksu tipine bağlı olarak farklı özelliklere sahip olan arıtma çamurlarının nihai olarak bertaraf edilmesinden önce suyunun alınması esastır. Arıtma çamurlarının su verme özellikleri, çamurun tipine ve uygulanan prosese göre değişim göstermektedir. Mekanik su alma işlemleri öncesinde çamura uygulanan şartlandırma, su alma veriminin arttırılması açısından son derece önemli bir işlemdir. Çıkan çamur hacimce büyük olup, işlenmesi ve bertarafı atıksu arıtma alanında oldukça karmaşık bir problem olarak karşımıza çıkmaktadır. Çamur probleminin karmaşık olmasının başlıca sebepleri:

2 2 Arıtılmamış atıksu içindeki önemli miktarlarda koku veren maddeler, Biyolojik arıtmada oluşan ve uzaklaştırılması gereken çamurun, ham atıksu içerisindeki organik maddelerden farklı bir yapıda, bozunma ve kokuşma eğiliminde olması, Çamurun sadece küçük bir kısmının sudan oluşması, bu yüzden büyük hacimler işgal etmesi olarak özetlenebilir. Su ve atıksu arıtma tesislerinde oluşan çamurların, uygun arıtma işlemlerinden geçirilip, gerekli çevre sağlığı kriterlerini yerine getirerek bertaraf edilmesi esastır. Arıtma çamurlarının ekonomik ve verimli bir şekilde işlenmesi, fiziksel ve kimyasal yapılarının uygun analiz yöntemleriyle belirlenmesine dayalıdır. Bu çalışma ile biyolojik arıtma sistemine dayalı evsel ve endüstriyel atıksu arıtma tesislerinin arıtma çamurlarının laboratuar şartlarında çökelme özellikleri, kimyasal yöntemlerle susuzlaştırılması ve şartlandırılması amaçlanmıştır. Bu amaçla, Başarakavak (Konya), Beyşehir evsel atıksu arıtma tesislerinden ve Beyteks endüstriyel atıksu arıtma tesisinden belirli aralıklarla alınan çamur numunelerinin üzerinde kimyasal şartlandırma yöntemi uygulanarak, su verme özelliklerinin iyileştirilmesi amacıyla laboratuar koşullarında denemeler yapılmıştır.

3 3 2. KAYNAK ARAŞTIRMASI Filibeli ve Ayol (22), evsel ve endüstriyel atıksu arıtma tesislerinden alınan çamur örnekleri üzerinde kimyasal şartlandırma yöntemi uygulayarak, çamurların su verme özelliklerinin geliştirilmesini amaçlamışlardır. Çalışmalarında FeCl 3.6H 2 O, Al 2 (SO 4 ) 3.18H 2 O, Ca(OH) 2 ve katyonik polimer ile bunların kombinasyonlarını denemişlerdir. En iyi flok formu için Buchner Hunisi testi uygulanarak özgül filtre direnci (ÖFD), kapiler emme süresi (KES) ve santrifüjlenebilir çökebilirlik indeksi (SÇİ) belirlenmiş; bu parametreler ile çamur katı madde içeriği, su içeriği ve organik madde muhtevaları arasındaki ilişkiler belirlenmiştir. Çalışmada; karışık ham çamur numunesi için optimum FeCl 3.H 2 O dozu 25 mg/l olarak bulunmuştur. Bu değerde SÇİ %5 ve çamur hacim indeksi (ÇHİ) 1 ml/g belirlenmiştir. FeCl 3.H 2 O-polimer için optimum doz 15 mg/l+1 mg/l ve SÇI %4, ÇHİ 9 ml/g; Al 2 (SO 4 ) 3.18H 2 O için optimum doz 3 mg/l; Al 2 (SO 4 ) 3.18H 2 O-polimer için 4 mg/l+1 mg/l olarak belirlenmiştir. Hacıhanefioğlu ve Bayat (1979) yaptıkları çalışmada, atık aktif çamurların susuzlaştırması üzerine, kimyasal şartlandırıcıların (FeCl 3, kireç ve anyonik polielektrolit) etkisini incelemişlerdir. Bu amaçla özgül filtre direnci ölçümleri yapmışlardır. Ham çamurun özgül filtre direnci (ÖFD) 1.4x1 6 m/kg bulunmuştur. %19 kireç, %.1 PE ve FeCl 3 ün farklı kombinasyonları denenmiş ve kimyasal şartlandırıcıların optimum dozuna 1 ml numuneye %19 luk.855 ml kireç + %6 lık.27 ml FeCl 3 + %1 lik.1 ml anyonik PE özgül filtre direncin.16 x 1 6 m/kg de ulaşmışlardır. Kaynak ve Filibeli (25) in yaptıkları çalışmada, şartlandırma işleminin arıtma tesisi çamurlarının su verme kapasitesi üzerindeki etkisi incelenmiştir. Biyolojik ham çamur farklı dozlardaki katyonik (KWD-35, 598SB, SNF 598), noniyonik (KWD-2LT) ve anyonik (KWD A-55) polimerler ile klasik jar testi metodu kullanılarak şartlandırılmış ve çalışmalar şartlandırılan çamur örneklerinin su verme özellikleri belirlenmiştir. Uygun şartlandırıcı ve dozunun belirlenmesinde özgül filtre direnci, kapiler emme süresi ve zeta potansiyeli ölçümleri temel parametreler olarak kullanılmıştır. Sonuçta; minimum özgül filtre direnci ve kapiler emme süresi, KWD-

4 4 35 için mg/l, 598 SB için 2 SNF 598 için 26 mg/l doz aralığında bulunmuştur. KWD A-55 ve KWD-2LT için ile yapılmış şartlandırma işleminin çamur örneklerinin su verme kapasitesinin geliştirilmesi üzerinde olumlu bir etkiye sahip olmadığı belirlenmiştir. Katyonik polimer ile yapılan şartlandırma işleminin arıtma çamurlarının su verme özelliklerinin geliştirilmesinde önemli bir rol oynadığı belirlenmiştir. Seka ve Verstraete (23) yaptıkları çalışmada, aktif çamur floklarının kesmeye karşı duyarlılıklarını araştırmışlardır. Bu testin konusunu oluşturan çamur numuneleri kesme uygulanan SV 3S ile kontrol numunesi SV 3C değerleri kullanılarak bir % oran bulmuşlardır. Bu bulunan % değer 1 den küçükse kesmeye karşı direnç göstermediğini ifade eder. Berktay (1998) yaptığı çalışmada, atıksuyun biyolojik arıtımında basınç kullanımının, çamurun çökelme ve filtreden geçirilme özellikleri üzerine etkisini araştırmıştır. Çalışmada çamur çökelme ve filtrasyon özelliklerini belirlemek amacıyla özgül filtre direnci, çamur özgül direnci parametreleri kullanılmıştır. Araştırıcı basınçlı üniteden alınan çamur için bir ön havalandırma ve karıştırma işlemi uyguladıktan sonra spesifik çamur hacim indeksinin 217 ml/g dan 6 ml/g a kadar düştüğünü ve spesifik özgül direnç değerinin 51.9 x 1 13 m/kg olduğunu belirlemiştir. Sonuçta, basınçlı üniteden alınan çamurun iyi çökelme özellikler gösterebilmesi ancak bir ön havalandırma ve karıştırma işleminden sonra olabilmektedir. Çamur susuzlaştırma deneylerinin sonucunda ise, basınçlı üniteden alınan çamurun referans üniteden alınan çamura göre daha kolay susuzlaşabildiğini gözlemlemiştir. Küçükhemek ve Berktay (25) ın yaptıkları çalışmada, bir evsel atıksu arıtma tesisinin uzun havalandırmalı aktif çamur prosesinde oluşan çamurların stabilizasyonu incelenmiştir. Bu çamurların karakterizasyonunu belirlemek için mikrobiyolojik, fiziksel ve kimyasal analizler yapılmıştır. Tesisten çıkan arıtma çamurunun USEPA ya göre B Sınıfı, Avrupa Birliği taslak yönetmeliğine göre ise Geleneksel Standart arıtma çamuru niteliğinde olduğu tespit edilmiştir. Buna göre arıtma çamurunun mikrobiyolojik özellikler açısından belli şartlar ve kısıtlamalarla arazide kullanılabileceği, fiziko-kimyasal özellikleri ile bitki gelişimi ve toprak ıslahı için uygun bir organik materyal olabileceği kanaatine varılmıştır.

5 5 Ubay (1995) yaptığı çalışmada, birincil çamurların suyunu verebilme özelliğini belirlemiş ve sistemde yer alan yatay bant filtrelerin veriminin artırılması amacıyla Aluminyum sülfat ve Zetag-57, C1, Praestol polielektrolitler kullanmıştır. Çalışmada özgül filtre direnci metodu uygulanmış ve sonuçta; ön çöktürme çıkışından alınan çamurlar üzerine 15 mg/l alum ilave edildiğinde özgül filtre direncinin.78 x 1 12 m/kg a (ham çamur ÖFD 1.56 x 1 12 m/kg) ve 15 mg/l Zetag 57 PE ilave edildiğinde özgül filtre direnci.84 x 1 12 m/kg a düştüğü gözlenmiştir. 15 mg/l C1 PE ilave edildiğinde ÖFD 2.1 x 1 12 m/kg ve 2.5 mg/l praestol PE ilave edildiğinde ÖFD 18 x 1 12 m/kg belirlenmiştir. Kimyasal madde ilave edilmeden önceki duruma göre özgül direncin arttığı, dolayısıyla çamur özelliklerinin bozulduğu belirlenmiştir. Hacıhanefioğlu ve Barlas (1994) ın yaptıkları çalışmada, bir aerobik yukarı akışlı reaktörde çamura spesifik direnç ölçümleri yapılmış ve çamurun suyunu verme özelliği incelenmiştir. Özgül filtre direnci (r) ölçümleri, kimyasal şartlandırma uygulanmadan ve FeCl 3 ile kimyasal şartlandırma sonrası yapılmıştır. Şartlandırma yapılan numunede optimum doz.2 g FeCl 3 /1 ml, r = x 1 9 s 2 /g, şartlandırma yapılmayan numunede r = 1.4 x 1 6 s 2 /g olarak belirlenmiştir. Sonuçta, spesifik direncin proses performansına bağlı olarak değiştiği, kimyasal şartlandırmayla spesifik direncin azaltılabildiği, çamur katı konsantrasyonu ve katıların boyut dağılımının çamur susuzlaştırmada önemli olduğu saptanmıştır. Öztürk ve ark., (1994) endüstriyel atıksuların arıtıldığı iki kademeli (anaerobikaerobik) atıksu arıtma tesisinin biyolojik çamurlarına kimyasal şartlandırma uygulamışlardır. Şartlandırıcı olarak Alum ve Zetag-57 polielektrolit kullanılmıştır. Çalışmada özgül filtre direnci (ÖFD) ve kapiler emme süresi (KES) parametreleri optimum doz belirlemede kullanılmış ve alüm içim optimum doz 2 mg/l, polielektrolit için optimum doz 15 mg/l olarak tesbit edilmiştir. Kocakulak ve ark. (25) yaptıkları tekli ve ikili şartlandırma çalışmalarında polielektrolitlerle alum çamurlarını şartlandırarak susuzlaşabilirliklerini araştırmışlardır. Çalışmada farklı PE (anyonik, katyonik, noniyonik) dozlarının şartlandırmaya etkileri araştırılmış ve optimum şartlandırıcı dozu belirlenmiştir. Aynı zamanda çamur yumak direnci ve zeta potansiyeli ölçülerek susuzlaşabilirlik üzerine etkileri incelenmiştir. Sonuçta; ikili şartlandırmada tekli şartlandırmaya göre daha iyi

6 6 susuzlaşabilirlik sağlanmış, daha düşük polielektrolit dozu ile minimum kapiler emme süresi değerine ulaşılmış ve daha güçlü yumak elde edilmiştir. Alum çamuru kullanarak yapılan ikili şartlandırmada, anyonik PE üzerine katyonik PE ilave edildiğinde 3 mgpe/g KM dozunda KES değeri 1.2 s elde edilmiştir. Katyonik PE üzerine anyonik PE ilave edilerek elde edilen susuzlaşabilirliğin daha iyi olduğu görülmüştür. Tekli şartlandırmada katyonik PE daha iyi uyum sağlamış olup optimum doz olan 3 mg PE/g KM yi veren KES değeri 11.1 s bulunmuştur.

7 7 3. ATIKSU ARITMA TESİSLERİNDE OLUŞAN ÇAMURLAR 3.1. Arıtma Çamurlarının Kaynakları ve Özellikleri Arıtma çamurları su ve atıksu arıtma tesislerinin işletilmesi sırasında veya sonrasında oluşan, genellikle sıvı veya yarı katı formda olup kullanılan prosese ve işletmeye bağlı olarak % oranında katı içeren bir yan üründür. (Filibeli, 22; Öztürk ve ark., 25). Atıksu arıtma tesislerinde çamur, ızgaralar, kum/yağ tutucular, ön çökeltim tankları, kimyasal çökeltim tankları ve fazla biyolojik çamurlardan kaynaklanmaktadır (Kestioğlu, 21). Çamur işleme, arıtma ve bertaraf sistemlerini tasarlayabilmek için arıtma sisteminde oluşan çamurun kaynağı, özellikleri ve miktarının bilinmesi gerekmektedir. Arıtma çamurlarının bazı fiziksel özellikleri Çizelge 3.1. de verilmiştir (Filibeli, 22; Kestioğlu, 21). Çamurun fiziksel parametreleri, arıtma çamuru hakkındaki işlenebilirlik bilgilerini; kimyasal parametreleri, çamurun içinde bulunan besinlerin (nutrient) ve toksik/tehlikeli maddelerin varlığını ve dolayısıyla tarım için kullanılıp kullanılamayacağını; biyolojik parametreler ise atıksu çamuru içindeki mikrobiyolojik faaliyetleri ve organik madde/patojenlerin varlığını ve böylelikle çamurun emniyetli bir şekilde kullanılıp kullanılamayacağını belirler.

8 Çizelge 3.1. Arıtma sistemlerinden kaynaklanan çamur ve katı atıkların özellikleri (Filibeli, 22; Kestioğlu, 21). Katı madde veya çamur Izgara Atıkları Özellikleri Katı madde veya çamur Izgara çubukları arasında tutulabilecek büyüklükteki bütün organik ve inorganik maddeleri kapsar. Organik madde içeriği atıksu toplama sistemi türü ve mevsimlere göre değişir. Bu maddeler doğrudan doğruya sistemden uzaklaştırılarak katı atık depolama alanlarında bertaraf edilirler. Köpük, Yağ ve Gres Özellikleri Köpük, ön ve son çökeltim havuzu yüzeyinden sıyrılan yüzebilir nitelikli maddelerden oluşur. Gres, bitkisel ve mineral yağlar, hayvansal yağlar, sabun, yiyecek atıkları, meyve ve sebze atıkları, saç kağıt, paçavra, sigara izmaritleri, plastik vb. maddeler içerebilir. Köpüğün özgül ağırlığı 1. den küçüktür, genellikle.95 civarındadır. Kum/yağ tutucunun yüzeyinden alınan yağlı maddeler sıyırıcılarla alınarak özel bölgelere iletilirler. Katı madde veya çamur Kum Tutucu Atıkları Özellikleri Yüksek hızlarda çökebilen inorganik içerikli olmakla beraber havalandırmalı kum/yağ tutucu gibi ünitelerde yağ ve gres gibi maddeler de tutulduklarından dolayı bu ünitelerin yüzeyinden sıyrılan çamurların organik madde içeriği de fazla olabilmektedir. Bu çamurlar herhangi bir işleme maruz bırakılmadan çöp depolama sahalarına gönderilerek bertaraf edilirler. Ayrıca bu ünitelerin yüzeyinden toplanan yağlı maddeler de varillerde toplanarak uygun bir şekilde bertaraf edilir. Ön Çökeltim Çamuru Ön çökeltim tanklarında elde edilen çamurlar saatlik süreler içerisinde çökebilen organik ve inorganik içerikli katı maddelerdir. Bu çamurlar büyük oranda organik madde içeriğinden ve bozunmaya, kokuşmaya meyilli olduklarından dolayı bertaraf edilmeden atılmaları sakıncalıdır bu yüzden biyolojik arıtma çamurlarıyla birlikte bertaraf edilmeleri mümkündür. Bu çamurlar genellikle gri kahve renkli ve kötü kokuludur. Uygun işletme koşullarında kolayca çürütülebilir. Ayrıca, ön çökeltim havuzlarının yüzeylerinde yağ ve köpük benzeri çamurların birikimi de söz konusudur. Aktif Çamur Aktif çamur genellikle kahverengi, floklu görünümdedir. Rengi koyuysa septik koşullar başlamış demektir. Renk açıksa yeterince havalanmamış olabilir. İyi koşullardaki çamur, toprak kokusundadır. Hızla septik olma eğilimindedir ve istenmeyen kokular yayabilir. Tek başına veya ön çökeltim çamuru ile karıştırılarak çürütülebilir. Kompostlanmış Çamur Rengi koyu kahve ile siyah arasındadır, fakt kompostlaştırma işlemi sırasında eski kompost ve odun talaşı kullanılmışa, rengi değişebilir. İyi kompostlanmış çamurun kokusu rahatsız edici değildir, bahçe tipi toprak şartlandırıcısı olarak ticari amaçlı kullanılabilir. Damlatmalı Filtre Çamuru Damlatmalı filtre humusu, floklu yapıda, taze olduğu zaman kokusuzdur. Genellikle diğer çamurlara göre daha yavaş bozunur. Filtre humusunda kurtçuklar fazla ise çabucak zararsız hale gelir. Damlatmalı filtre çamuru kolay çürür. Aerobik Çürümüş Çamur Aerobik olarak çürümüş çamurun rengi açık kahverenginden koyu kahveye doğru değişir ve floklu görünümdedir. Aerobik çürümüş çamurların kokusu rahatsız edici değildir, küf kokusu ile tanınır. İyi çürümüş aerobik çamur, kurutma yataklarında kolayca suyunu verir. Atık Alum Çamur Gri sarı renkte, kokusuzdur. Kurutma yataklarında suyunu almak zordur. Kurutma yataklarında suyunu almak zordur. 8

9 Çizelge 3.1. Devamı (Filibeli, 22; Kestioğlu, 21). Katı madde veya çamur Özellikleri Katı madde veya çamur Kimyasal Çökeltim Çamurları Kimyasal çökeltim tanklarında, kimyasal maddelerin ilavesiyle giderilen toksik maddelerin özelliklerine göre çamur oluşmaktadır. Metal tuzlarının kimyasal çökelmesi sonucu oluşan çamurlar, genellikle koyu renklidir. Hatta çok miktarda demir içeriyorsa yüzeyi kırmızımtıraktır. Kireç çamurları gri kahve rengidir. Kimyasal çamurların hissedilebilir bir kokusu olmakla birlikte ön çökeltim çamuru kadar kötü değildir. Bu çamur sümüksü yapıdadır, demir ve alüminyum hidratlar çamura jelatinimsi yapı verirler. Çamur tank içinde uzun süre kalırsa, ön çökeltim çamuruna benzer şekilde fakat daha yavaş bozunmaya başlar. Önemli miktarlarda gaz çıkışı olabilir, uzun depolama süresine bağlı olarak çamur yoğunluğu artar Anaerobik Çürümüş Çamur Özellikleri Rengi koyu kahve renktensiyaha doğrudur ve önemli miktarda gaz içerir. Tamamen çürüdüğünde rahatsız edici değildir, kokusu belirsizdir, yanık lastik ve sıcak katran kokusu hissedilir. Kum yatak üzerine ince bir tabaka halinde serildiğinde, katı maddeler geride temiz bir su bırakarak çıkan gaz ile birlikte kum yatak üzerine taşınır. Çamur kururken gaz açığa çıkar, bahçe toprağı kokusunda çok kırılgan bir yüzey oluşur. Katı madde veya çamur Flotasyon Çamurları Özellikleri Bu çamurlar; yağ; gres ve AKM gibi yoğunluğu suyun özgül ağırlığından küçük ve organik içeriği yüksek olan yüzücü maddelerdir. Bu çamurlar ekseriyetle çamur yoğunlaştırıcılarında yoğunlaştırıldıktan sonra varillerle toplanarak ayrı olarak bertaraf edilmelerine rağmen, bazı durumlarda biyolojik arıtma çamurlarıyla birlikte bertaraf edilebilmektedir. 9

10 1 Izgaralarda, havalandırmalı kum/yağ tutucularda, ön çökeltim havuzlarında ve flotasyon havuzlarında oluşan çamurların fiziksel özellikleri Çizelge 3.2. de verilmektedir. Kimyasal arıtım ve biyolojik arıtım sonucu oluşan çamurların özellikleride Çizelge 3.3. de verilmektedir. Çizelge 3.2. Arıtma ünitelerinde oluşan çamurlar ve özellikleri (Kestioğlu, 21). Parametre Izgara Çamurları Kum Tutucu Çamurları Yağ Tutucu Çamurları Ön Çökeltim Çamurları Flotasyon Çamurları Su Muhtevası (%) Katı Madde Miktarı (%) Yoğunluk (kg/m 3 ) Çizelge 3.3. Alum kullanarak oluşan çamurların ve biyolojik arıtma çamurlarının fiziksel özellikleri (Kestioğlu, 21). Parametre Alum Çamurları Biyolojik Çamurlar Su Muhtevası (%) Katı Madde Miktarı (%) Yoğunluk (kg/m 3 ) Kimyasal pıhtılaştırma, yumaklaştırma ve çökeltim işlemleri ile atıksudan uzaklaştırılan arıtma çamurları, giderilen askıda katı maddelerin yanı sıra koagülant olarak kullanılan kimyasal maddelerin reaksiyonu sonucu oluşan Al(OH) 3 veya Fe(OH) 3 çökeltilerini de içermektedir (Filibeli, 22).

11 Arıtma Çamurlarının Fiziksel Özellikleri Evsel nitelikli atıksuların arıtıldığı arıtma tesislerinde oluşan arıtma çamurlarının özellikleri birbirine benzemekle beraber, endüstriyel kaynaklı arıtma çamurlarının özellikleri endüstriden endüstriye büyük farklılıklar göstermektedir. Her endüstri için oluşacak çamur karakterizasyonu ayrı ayrı yapılmalıdır Yoğunluk Birim hacimdeki çamur kütlesine yoğunluk, aynı hacimdeki suyun kütlesine oranı ise izafi yoğunluk olarak tanımlanır. Birçok çamur numunesi için izafi yoğunluk yaklaşık dır Çamur katı madde içeriği Arıtma çamurlarındaki katı maddeler, süspanse ve çözünmüş katı maddeler olmak üzere iki kısımda incelenir (Şekil 3.1.). Arıtma Çamurlarında Bulunan Katı Maddeler Çözünmüş Katı Maddeler Askıda Katı Maddeler İnorganik Organik Organik Çözünmüş Çözünmüş Uçucu Katı Katı Katı Maddeler Maddeler Maddeler İnorganik Organik Organik Askıda Askıda Uçucu Katı Katı Askıda Maddeler Maddeler Katı Maddeler Şekil 3.1. Arıtma çamurlarının katı maddeler açısından sınıflandırılması (Kestioğlu, 21).

12 12 Çamurun katı ve sulu kısımları arasındaki ilişki katı madde konsantrasyonu olarak tanımlanır ve mg/l veya % Katı Madde (%KM) olarak belirtilir. Konsantre atıklar için mg/l olarak bulunan değer %KM ye çevrilemez. Bunun için darası alınmış buharlaştırma kapları içine belli miktarda numune alınır, yaş çamurla birlikte kabı tartılır ve etüvde buharlaştıktan sonra tekrar tartım yapılır. Aradaki fark giderilen nem miktarıdır ve katı madde %KM olarak hesaplanır. Ağırlık/ağırlık olarak ifade edilir. Katı madde ve su muhtevası arasındaki ilişki aşağıdaki gibidir: % KM = 1 - % Su Muhtevası Çizelge 3.4. de çeşitli arıtma işlemlerinde beklenen KM konsantrasyonları verilmektedir. Çizelge 3.4. Çeşitli arıtma işlemlerinde beklenen çamur KM konsantrasyonları (Metcalf ve Eddy, 24) KAYNAK ÇAMUR KM KONSANTRASYONU % KM Aralık Tipik Ön çökeltim tankı Ön çökeltim çamuru Son çökeltim tankı Atık aktif çamur Ön çökeltim havuzu olan Ön çökeltim havuzu olmayan Damlatmalı filtre humusu Gravite yoğunlaştırıcı Sadece ön çökeltim çamuru Ön çökeltim çamuru ve atık aktif çamur Ön çökeltim çamuru ve damlatmalı filtre humusu Santrifüj yoğunlaştırıcı Sadece atık aktif çamur Anaerobik çürütücü Sadece ön çökeltim çamuru Ön çökeltim çamuru ve atık aktif çamur Aerobik çürütücü Sadece ön çökeltim çamuru Ön çökeltim çamuru ve atık aktif çamur

13 Çamur hacim ilişkisi Çamur, genellikle çökebilme özellikleriyle karakterize edilir. Belirli bir çamur numunesinin çökelme hızı çamur katı madde konsantrasyonunun bir fonksiyonudur. Çamurun çökebilme özelliği bir aktif çamur tesisinin işletilmesinde en önemli parametrelerden biridir. Çamur hacim indeksi (ÇHİ), çamurun çökebilme özelliğinin belirlenmesinde kullanılan ve basit bir parametredir. ÇHİ, 1 g katı maddenin 3 dak çökelme sonucunda işgal ettiği hacimdir ve ml/g olarak ifade edilmektedir. Seyreltik çamurlar (ÇHİ<1) daha hızlı, konsantre çamurlar (ÇHİ >1) daha yavaş çökerler Çamurdaki suyun dağılımı Çamurdaki suyun hangi formda olduğuna bağlı olarak su verme işlemlerinden hangisinin daha etkili olacağı değişmektedir. Çamurdaki suyu dört grup halinde incelemek mümkündür (Filibeli, 22). Serbest Su: Çamur partiküllerine bağlı olmayan ve graviteli çökelme ile kolaylıkla ayrılabilen sudur. Flok Suyu: Çamur flokları içinde hapsedilmiş su olup, yumakla birlikte hareket eder ve mekanik su alma işlemleriyle giderilebilir. Kapiler Su: Partiküllerin üzerinde bağlı halde bulunur ve bu partiküllerin sıkıştırılarak deformasyonları sonucu uzaklaştırılabilirler. Kimyasal Bağlı Su: Partiküller içinde kimyasal olarak bağlanmış sudur.

14 Çamurun su verme özellikleri Doğal ve mekanik su alma işlemleri, nihai bertaraf öncesinde çamur hacmini azaltmak ve çamurda yüksek katı madde içeriğine ulaşmak amacıyla kullanılmaktadır. Çamur şartlandırma işlemi ise çamurun su verme özelliğini geliştirmek ve mekanik su alma işleminin verimini arttırmak amacıyla yaygın olarak uygulanmaktadır. Elutrasyon, termal şartlandırma, dondurma çözme gibi pek çok şartlandırma yöntemi olmakla birlikte kimyasal şartlandırma bu yöntemler arasında en yaygın kullanılan yöntemdir (Chen ve diğ., 1996; Lee ve Liu., 2; Lee ve Liu., 21; Wu ve diğ., 2). Çamur susuzlaştırma metotlarının seçiminde, atıksuyun özellikleri ve biyolojik prosesin tipi en önemli belirleyici faktördür. Bu çalışmada göz önünde bulundurulması gereken bir diğer belirleyici faktör de, atıksu arıtma sistemlerinin çalışma şartlarının çamur susuzlaştırmaya etkisidir (Hacıhanefioğlu ve Barlas, 1994). Çamurun işlenmesinin zorluğu ve ekonomisi, çamur susuzlaştırma ünitelerinden sonra oluşan son üründe kalan su miktarıyla direkt olarak ilgilidir. Bu nedenle, çamur yönetiminde daha yüksek kuru madde içeriğine sahip bir materyalin elde edilmesi önemli bir amaç olarak ortaya çıkmaktadır (Dentel ve diğ., 2; Ayol ve diğ., 24). Literatüre geçmiş, çamur susuzlaştırmaya etki eden birçok faktör bulunmaktadır. Bu faktörler iki ana başlık altında toplanabilir. Bunlar; (1) Partikül boyutu ve ph ilişkisi, (2) Mikrobiyal yapı ve proses koşullarıdır. Partikül Boyutu ve ph İlişkisi: Partikül boyutu, çamur suyunun alınması üzerinde doğrudan etkisinin yanı sıra, çamur susuzlaştırmada etkili diğer faktörlerle de etkileşim içindedir (Cristensen ve Stule, 1979). Çamur susuzlaştırmada kullanılan organik ve inorganik yumaklaştırıcıların etkisi partiül boyut değişimi ile sağlanır. Isıl işlemlerin çamur susuzlaştırmadaki etkisi de partikül boyutu ile ilişkili olarak açıklanabilir. Bunlara ek olarak, mekanik karıştırma işlemlerinin çamur partikül boyutunda küçülmeye neden olduğu görülmüştür. Partikül boyutuna ve dolaylı olarak da susuzlaştırma özelliğine etki eden en önemli parametrelerden biri de,

15 15 ph dır. Çamur susuzlaştırmada, depolama süresi de dikkat edilmesi gerekli bir faktördür. Mikrobiyal Yapı ve Proses Koşulları: Çamur özelliklerinin çamur filtrasyonuna etkilerinin incelendiği bir çalışmada atık çamur susuzlaşma özelliğinin mikrobiyal yapı ile ilişkili olduğunu gözlemlemiş, çamur susuzlaşma hızının çamurun karbonhidrat ve protein içeriğinin değişimine bağlı olduğu sonucuna varmıştır (Hacıhanefioğlu ve Barlas, 1994). Bu konuda yapılan bir başka çalışmada ise, özgül direnç-çamur yaşı ilişkisi, partikül boyut dağılımına bağlı olarak açıklanmıştır. Yapılan çalışmada da dikkat çekici diğer bir konuda, susuzlaşma yeteneğinin çamurun flok oluşturabilme yeteneği ile ilişkili olduğu ve biyolojik çamurun floku büyük ve sağlam olduğu zaman, filtrasyon yeteneğinin mükemmel olduğudur. Arıtma çamurlarının su verme özelliklerinin belirlenmesi ve uygulanacak olan şartlandırma işleminin etkisinin belirlenmesi amacıyla kullanılan pek çok laboratuar testi mevcuttur. Özgül filtre direnci (ÖFD), kapiler emme süresi (KES), çamur hacim indeksi (ÇHİ), kesme kuvveti, yer çekimi drenaj testi bu amaçla kullanılan en yaygın metotlardır. Zeta potansiyeli parametresi de en uygun şartlandırıcı ve dozunun aralığının belirlenmesi amacıyla çamur şartlandırma uygulamalarında kullanılmaya başlanmıştır Beher gözlem çalışması Şartlandırıcı etkisinin görülmesinde, çeşitli dozlarda kimyasallar ham çamur örneklerine ilave edildiğinde oluşan çamur floklarının büyüklüğünün gözlenmesi optimum dozun belirlenmesinde kullanılan en basit yöntemdir. Ancak deney görsel incelemeye dayalı olduğundan sonuçlar sayısallaştırılamaz ve farklı kişiler tarafından farklı yorumlanabilir.

16 Özgül Filtre Direnci (ÖFD) Bu test ile katı madde konsantrasyonundaki ve partikül boyutundaki değişimlerin spesifik dirence etkilerinin incelenmesi sağlanır. Bucher Huni testi her çamur numunesi için doğrudan ve kimyasal şartlandırma uygulandıktan sonra olmak üzere iki adımda gerçekleştirilir. Kimyasal şartlandırma işlemi olmadan yapılan testlerde, çamur numunesine, ph, O 2, iletkenlik ve sıcaklık ölçüldükten sonra her hangi bir kimyasal doz ilave edilmeden doğrudan filtrasyon testi uygulanır. Kimyasal şartlandırma işlemi uygulandıktan sonra yapılan testlerde, çamura farklı dozlarda kimyasal madde ilave edilerek şartlandırma uygulanır. Çamur spesifik direncinin hesaplanması için, filtrasyon süresince kaydedilen, t süresi ve V filtrat hacmi değerleri arasında V t/v standart lineer vakum filtrasyonu doğruları çizilerek, bu doğruların eğimleri (b) hesaplanır. Şekil 3.3. de zaman filtrat hacmi ile filtrat hacmi arasındaki ilişki verilmektedir. Çamur numunelerinin vakum filtrasyonu yolu ile spesifik direnç değerleri, Poiseuille ve Darcy kanunlarına göre matematiksel olarak formüllendirilmiş aşağıdaki ifadeden yararlanılarak hesaplanmaktadır. r = [(2 x A 2 x P) / (µ x c)] x b Formül (3.1) r : özgül filtre direnci, m/kg P : filtrasyon basıncı, N/m 2 A : filtre alanı, m 2 b : zaman/hacim hacim eğrisinin eğimi, s/(m 3 ) 2 µ : filtrat viskozitesi, N.s/m 2 c : birim süzüntü hacmi başına biriken katı madde miktarını(kekteki kuru madde konsantrasyonu), kg/m 3 Formül 3.1 için, A: 1.59 m 2, P: 5 N/m 2, µ: 1.3 x o C- 2 o C sıcaklık için,kullanılmıştır.

17 17 Zaman/Hacim( s/ml) x x x Eğim = b = T/V 2 Filtrat Hacmi, ml Şekil 3.2. Zaman/filtrat hacmi ile filtrat hacmi arasındaki ilişki. Buchner hunisi testi aparatı Şekil 3.4 de de görüldüğü gibi dereceli silindir, Buchner hunisi ve vakum pompadan oluşmaktadır. Şekil 3.3. Buchner Hunisi Testi aparatı.

18 Kapiler emme süresi (KES) Belirli bir çamurun su verme özelliklerinin belirlenmesi amacıyla kullanılan Kapiler Emme Süresi (KES) testinin en önemli avantajları, basit ve çabuk sonuç veren bir test olmasıdır. Kapiler emme süresi, çamur içerisindeki suyun özel filtre kağıdında (Whatman # 17) 1 cm hareket etmesi için geçen süre (s) olarak tanımlanır. KES cihazı kuru filtre kağıdının kapiler emme basıncına maruz kaldığında bir çamurdan filtrelenen küçük bir hacim için gerekli olan zamanı otomatik olarak ölçer. KES değeri ne kadar küçükse çamur o kadar kolay suyunu verebiliyor demektir. Bu parametre pratik üstünlüklerine rağmen fazla bir teorik temeli olmayışı dolayısıyla ampirik bir deney yöntemi olarak kabul edilir. Bu parametreyi belirlemek amacıyla kullanılan deney düzeneği Şekil 3.5. de verilmektedir. KES cihazı, 18 veya 1 mm çaplı metal silindirik bir çamur haznesine sahiptir. Çamurun hızlı filtrelenmesi için 1 mm çaplı hazne, yavaş filtrelenmesi için 18 mm çaplı hazne kullanılır. Cihazda iki adet dikdörtgen plastik cam blok bulunur. Üstte bulunan blok, çamur haznesinin yerini belirlemek için merkezi bir delikten oluşur. Üst blok içine gömülmüş üç elektriksel prob vardır. Bu problardan ikisinin konumu bloğun merkezinden aynı radyal uzaklıkta ve üçüncü prob ise merkezden en uzak radyal uzaklıktadır. Bu problar filtre kağıdının üzerinde durmaktadırlar ve mekanizma zamanlamasının başlayıp durmasında iletkenlik sensorları gibi kullanılır. Çamur Test Kağıdı Elektrotlar Zaman ölçer 1 cm Şekil 3.4. Kapiler Emme Süresi Testi deney düzeneği (EPA 1987).

19 Kesme kuvveti testi Bu yöntem Seka ve Verstraete (23) tarafından önerilen ve laboratuar şartlarında çamurların reolojik özelliklerini gösteren basit bir yöntemdir. Kimyasal şartlandırma uygulanan çamur numuneleri imhoff konisinde çökelmesinden sonra, çökelen çamur tekrar havaya kaldırılmadan suyu bir şırınga yardımıyla çekilir. 2 ml çökelen çamurun 1 ml si bir diğer imhoff konisine aktarılır ve üzerine 9 ml çeşme suyu ilave edildikten sonra tekrar çökelmeye bırakılır. Çökelen SV 3 C bulunur. Diğer 1 ml çökelen çamur numunesine el mikseri yardımıyla 1 dk süreyle kesme kuvveti uygulanır, ve üzerine 9 ml çeşme suyu ilave edildikten sonra tekrar çökelmeye bırakılır. Çökelen SV 3 S bulunur. Daha sonra aşağıdaki formülle eşitlik yardımı ile kesme kuvvetine karşı hassasiyet bulunur. Deney düzeneği Şekil 3.6. da verilmektedir. SV3 =1 x (SV 3 S / SV 3 C) SV 3 > 1 ise kesme kuvvetine karşı direnç göstermez. SV 3 < 1 ise kesme kuvvetine karşı direnç gösterir. 9 ml su 1 ml SV3 C 1 ml SV 3 =1 x (SV 3 S / SV 3 C ) Boşaltma 9 ml su 1 dk. karıştırma SV3 S Şekil 3.5. Kesme Testi Deney Düzeneği (Seka ve Verstraete, 23).

20 Yerçekimi drenaj testi Bu test yerçekimi altında filtrelenecek bir çamurun oran ve kapsamını ölçer ve kimyasal şartlandırıcının etkisinin nicel analizini verir. Çamurun kurutma yataklarında susuzlaştırıldığında drenaj tüpünün test için kullanılması ve belt filtre preste susuzlaştırıldığında düztabanlı filtre hunisinin kullanılması uygundur. Drenaj tüpü toplam yüksekliği 5-1 ml lik plastik veya cam mezürden yapılabilen ve genelde en az 35 mm yüksekliğinde olan bir alettir. Drenaj tüpü şeklinde kullanılan silindirlerden birinin tabanı kesiktir ve lastik tıpayla bağlıdır. Tüpün çıkış noktası 8 mm lik bir muslukla sağlanır. Bir diğer ölçme silindiri süzülen suyun toplanması için kullanılır. Bu drenaj tüp 5 mm lik kumla doldurulduğu zaman iki dairesel diskin birbirine bağlanmasıyla tıpkı çamur kurutma yatakları halini alır. Şekil 3.7 de yerçekimi drenaj testi düzeneği verilmektedir. Kum yatağını hazırlamak ve kum derecesini genişletmek için öncelikle tüpün içerisinden musluk suyu geçirilir. Suyun bu akışı durduktan sonra kumun yerleşmesine ve birleşmesine izin verilir, yatağın yüzeyinde seviye için tüpün yanındaki kol hafifçe düzeltilir. Tüpün içerisinden geçirilen su dreni sağlar ve kumun gözenekliliğinin elverişli olup olmadığını test eder. Musluk açıldıktan sonra filtrelenen hacim belirli aralıklarla ölçülür. Filtredeki akış kesildiği zaman filtre kekinin katı madde içeriği derhal belirlenebilir ya da filtrede biriken hacimden daha öncesi ve başlangıçtaki katı içeriği tahmin edilebilir. Kimyasalın şartlandırmaya etkisi değişik konsantrasyonları ile arıtılmış çamurun filtrasyon oranı kıyaslanarak tahmin edilebilir.