ÖN ARITILMIŞ SIZINTI SUYUNUN YARI SÜREKLİ İŞLETMEYLE AEROBİK BİYOLOJİK ARITIMI

Transkript

1 TMMOB Çevre Mühendisleri Odası V. ULUSAL ÇEVRE MÜHENDİSLİĞİ KONGRESİ ÖN ARITILMIŞ SIZINTI SUYUNUN YARI SÜREKLİ İŞLETMEYLE AEROBİK BİYOLOJİK ARITIMI, Fikret KARGI Dokuz Eylül Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Mühendisliği Bölümü, İzmir ÖZET Katı atık depolama alanlarında oluşan sızıntı suyu; yüksek amonyum, kimyasal oksijen ihtiyacı (KOİ) ve ağır metaller gibi tehlikeli atıklar içerdiğinden, sızıntı suyunun doğrudan biyolojik arıtımı, düşük amonyum ve KOİ giderimleri ile gerçekleşir. Sızıntı suyunun KOİ ve amonyum içeriğini azaltmak için ön arıtım olarak koagülasyon-flokülasyon ve bunu takiben ph=12 de amonyumun havalandırmayla giderimi uygulanmıştır. Ön arıtılmış sızıntı suyu yarı sürekli (fed-batch) işletilen bir havalandırma tankında aerobik biyolojik arıtıma tabii tutulmuştur. Giriş atıksuyunun KOİ içeriği ve debisinin, KOİ ve amonyum iyonu giderimleri üzerindeki etkileri araştırılmıştır mg KOİ/L giriş KOİ içeriği ve 0.21 L/sa debide yaklaşık olarak %76 KOİ ve %23 NH 4-N giderimlerine ulaşılmıştır. KOİ giderim verimi KOİ yükleme oranının artmasıyla birlikte azalmıştır. KOİ giderimi için bir kinetik model geliştirilmiş ve deneysel veriler kullanılarak kinetik sabitler belirlenmiştir. Anahtar Kelimeler: Biyolojik arıtım, sızıntı suyu, yarı-sürekli işletme AEROBIC BIOLOGICAL TREATMENT OF PRE-TREATED LANDFILL LEACHATE BY FED-BATCH OPERATION ABSTRACT Landfill leachate obtained from the solid waste landfill area contained high COD (chemical oxygen demand) and ammonium ions which resulted in low COD and ammonium removals by direct biological treatment. COD and ammonium ion contents of the leachate was reduced to reasonable levels by chemical precipitation with lime and air stripping of ammonia. The pretreated leachate was subjected to aerobic biological treatment in an aeration tank by fedbatch operation. The effects of the feed wastewater COD content and flow rate on COD and ammonium ions removal were investigated. Nearly 76% COD and 23% NH 4-N removals were obtained with a flow rate of 0.21 L/h and the feed COD content of 7,000 mgcod/l. COD removal efficiency decreased with increasing COD loading rates. A kinetic model for COD removal was developed and the kinetic constants were determined by using the experimental data. Key words : Biological treatment, fed-batch operation, landfill leachate

2 GİRİŞ Günümüzde katı atıkların arazide depolanması, katı atık bertaraf sisteminin vazgeçilmez bir aşamasıdır. Bununla birlikte katı atık depolama alanlarında oluşan sızıntı suyu, içerdiği yüksek organik madde ve ağır metaller gibi tehlikeli atıklar nedeniyle önemli çevre sorunlarına neden olmaktadır. Sürdürülebilir bir katı atık yönetimi kapsamında depolama alanlarında oluşan sızıntı suyunun arıtımı önemli bir unsurdur. Evsel sızıntı sularının direkt olarak biyolojik arıtımında, içerdiği yüksek KOİ ( mg/l) ve amonyum ( mg/l) konsantrasyonları, yüksek KOİ/BOİ oranı ve metal iyonları gibi toksik maddelerin varlığından dolayı, genellikle düşük KOİ giderimlerine ulaşılmıştır (Amokrane ve diğerleri, 1997; Chiang ve diğerleri, 2001; Park ve diğerleri, 2001). Özellikle büyük yerleşme alanlarında, sızıntı suyunun arıtımına son yıllarda daha çok önem verilmeye başlanmıştır (Bohdziewicz ve diğerleri,2001; Ahn ve diğerleri, 2002). Sızıntı suyunun kompozisyonu, katı atıkların doğadaki sızıntılarına, aktif mikrobiyal floraya, toprağın karakterizasyonuna, yağış miktarına ve sızıntının yaşına göre değişiklik gösterir (Chen, 1996). Genç sızıntı suları yaşlı olanlara göre genellikle daha kolay arıtılabilir. Bu sebepten dolayı, arıtma stratejileri genellikle sızıntı suyunun kompozisyonuna bağlıdır. Sızıntı suyunun arıtımı için geliştirilen metodlar fiziksel, kimyasal ve biyolojik olarak sınıflandırılabilir. Bu metodlardan herhangi birini tek başına kullanarak, tatmin edici arıtma verimleri ve çıkış suyu kalitesi elde etmek genellikle zordur. Bunun için çoğunlukla fizikselkimyasal ve biyolojik yöntemlerin kombinasyonları kullanılır. Sızıntı suyunun arıtımı için kullanılan fiziksel metodlardan başlıcaları çöktürme, havalandırma ile giderim, adsorpsiyon ve membran filtrasyondur (Amokrane ve diğerleri, 1997; Bohdziewicz ve diğerleri,2001; Vogelpohl ve diğerleri, 1995). Bu yöntemler genellikle kimyasal ve biyolojik metodlarla birlikte kullanılır. Sızıntı suyunun arıtımı için kullanılan başlıca kimyasal metodlar, koagülasyon-flokülasyon (Amokrane ve diğerleri, 1997; Ahn ve diğerleri, 2002), kimyasal çöktürme ve kimyasal-elektrokimyasal oksidasyonlardır (Chiang ve diğerleri, 2001). Sızıntı suyunun arıtımı için kullanılan biyolojik arıtım yöntemleri genellikle anoksik prosesler, aerobik ve anaerobik prosesler olarak sınıflandırılabilir. Fiziksel-kimyasal metodlar, çoğunlukla sızıntı suyundan biyolojik olarak giderilemeyen bileşimleri gidermek için biyolojik metodlarla birlikte kullanılırlar (Bohdziewicz ve diğerleri,2001; Ahn ve diğerleri, 2002). Nanofiltrasyon, havalandırma ile amonyumun giderimi ve ozonlama gibi bir seri fizikselkimyasal metodlar, KOİ, amonyum ve toksisite giderimlerindeki verimleri açısından test edilmiştir (Martinnen ve diğerleri, 2002). Nanofiltrasyon ile yaklaşık olarak %66 KOİ ve %50 amonyum giderim verimlerine ulaşılmıştır. Havalandırma ile 20 o C de 24 saatin sonunda %89 amonyum giderimi sağlanmıştır. Ozonlama, biyolojik olarak giderilebilen KOİ miktarını arttırmıştır. Bununla beraber, test edilen metodların hiçbiri toksisite gideriminde etkili olmamıştır. Fiziko-kimyasal metodlar sızıntı suyunun arıtımı için nanofiltrasyon ile kombinasyon içinde kullanılmıştır. (Trebouet ve diğerleri, 2001). Membranların yüzeyinden kirleticileri gidermek amacıyla farklı ph ve FeCl 3 konsantrasyonda koagülasyon uygulanmıştır. Nanofiltrasyon, sızıntı suyundan giderilemeyen KOİ giderimi için uygun bir yöntem olarak bulunmuştur. METERYAL VE METODLAR Yapılan çalışmalar süresince, pleksiglastan oluşan 20 cm çap ve 60 cm yüksekliğinde toplam 18.8 litre olan bir havalandırma tankı kullanılmıştır. Tanktaki atıksu, difüzörler ve bir hava pompası yardımıyla havalandırılımıştır. Ön arıtılmış sızıntı suyunun debisi, bir peristaltik pompa kullanılarak 0.15 L/sa ile 0.6 L/sa arasında olacak şekilde reaktöre beslenmiştir. Giriş atıksuyu, herhangi bir bozulmayı önlemek için 4 o C de buzdolabında muhafaza edilmiştir. 381

3 Atıksuyun Kompozisyonu Deney süresince kullanılan sentetik atıksu, KH 2 PO 4 ve ön arıtılmış sızıntı suyundan oluşturulmuştur. Girişteki KOİ konsantrasyonu, ön arıtılmış sızıntı suyunun seyreltilmesiyle 1000 mg/l ile 7000 mg/l arasında olacak şekilde ayarlanmıştır. Giriş atıksuyundaki toplam nitrojen ve fosfor konsantrasyonları, 100/10/1.5 - KOİ/N/P oranı olarak ayarlanmıştır. Organizmalar Aktif çamur kültürü, PAK-MAYA Maya Endüstrisi Fabrikası (İzmir) atıksu arıtma tesisinden alınmıştır. Aktif çamur kültürü, kullanılmadan önce bir havalandırma tankında seyreltilmiş sızıntı suyuna adapte edilmiştir. Deneysel İşlemler Sızıntı suyunun ön arıtımı, koagülasyon-flokülasyonu takiben ph=12 de amonyumun havalandırma ile gideriminden oluşmuştur. ph=12 de 1 g/l konsantrasyonda kullanılan kireç çözeltisi, test edilen koagülantlar arasında en uygun bulunmuş ve bu amaçla deneyler süresince kullanılmıştır. Amonyum konsantrasyonunu istenilen seviyeye azaltmak için, flokülasyondan sonraki çıkış suyu, ph=12 de 45 dakika süresince havalandırmaya tabii tutulmuştur. Ön arıtımın sonunda KOİ ve NH 4 -N konsantrasyonları sırasıyla yaklaşık 7000 mg/l ve 700 mg/l ye düşürülmüştür. KOİ/N/P oranını 100/10/1.5 e ayarlamak için fosfatı eksik olan sızıntı suyuna gerekli oranda KH 2 PO 4 eklenmiştir. Biyolojik arıtım deneyleri kesikli olarak başlatılmıştır. Yaklaşık 5 litre ön arıtılmış sızıntı suyu havalandırma tankına konmuş ve önceden sızıntı suyuna adapte olmuş aktif çamur kültürüyle aşılanmıştır. Reaktör, yoğun bir kültür elde etmek için, bir kaç gün havalandırılmıştır. Sürekli operasyonun sonunda, ortamdan 2 litre sıvı alınmış ve çıkış olmaksızın ortam, sürekli beslemeye başlanmıştır. İşlem boyunca medyanın sıcaklığı, ph si ve çözünmüş oksijeni sırasıyla T=20±2 o C, ph=8.0±0.5 ve Ç.O=3±0.5 tir. Reaktörün sıvı hacmi, debiye bağlı olarak zamanla doğrusal şekilde artmıştır. Deneyler 30 saat sürmüş ve sonuçların tekrarlanabilirliğini test etmek için 2 kez yapılmıştır. Bir kontrol deneyi (K), organizma olmaksızın, her deney için aynı şartlarda yapılmış ve KOİ konsantrasyonları değerlendirilmiştir. Kontrol deneylerindeki KOİ giderimleri sıfır kabul edilip, biyolojik arıtım (B) deneylerindeki KOİ giderimleri, kontrol deneylerindeki KOİ değerleri baz alınarak hesaplanmıştır. Analitik Yöntemler Örnekler her satte bir, deneysel ve kontrol reaktörlerinden alınmış, 6000 rpm de 30 dakika santrifüjlenmiştir. KOİ analizleri, berrak üst sıvıdan kapalı reflux metodu kullanılarak standart metodlara göre yapılmıştır (APHA, 1989). Amonyum iyonu analizleri ise bir spektrometre ve test kitleri (Merck, No 14752) kullanılarak yapılmıştır. Biyokütle konsantrasyonları, numunenin 0.45 µ milipore filtre kağıdından geçirilip 105 o C de sabit ağırlığa gelene kadar kurutulması ve ağırlığının ölçülmesi ile yapılmıştır Çözünmüş oksijen (Ç.O) ölçümleri, bir WTW Ç.O analizörü ve bir Ç.O probu vasıtasıyla yapılmıştır. SONUÇLAR VE DEĞERLENDİRME Sızıntı Suyunun Karakterizasyonu İzmir in Harmandalı çöp toplama alanından alınan sızıntı suyunun kompozisyonu Tablo 1 de verilmiştir. 382

4 Tablo 1. Deneysel çalışmada kullanılan sızıntı suyunun karakterizasyonu Parametre ph KOİ TOK TN NH 4 - N NO 3 - N TP PO 4 - P TKM Zn Cu Konsantrasyon (mgl -1 ) * TN :toplam azot, TP :toplam fosfor, TKM: toplam katı madde, TOK : toplam organic karbon, KOİ: kimyasal oksijen ihtiyacı Sızıntı suyunun TOK/KOİ oranı yaklaşık olarak 0.4 tür ve bu değer teorik değere uygun bir değerdir. Ham sızıntı suyunun KOİ/NH 4 -N/PO 4 -P oranı 100/13.4/0.32 dir ve buda sızıntı suyunun, yüksek amonyum azotu ve düşük fosfat fosforu değerlerine sahip olduğunu göstermektedir. Atıksuyun etkili biyolojik arıtımı için, KOİ/N/P oranı 100/6/1.5 civarında olmalıdır. Bu değer gözönüne alınarak deneysel çalışmalar boyunca nütrient dengesini sağlamak için, sızıntı suyuna ilaveten fosfat fosforu eklenmiş ve yüksek amonyum muhtevası havalandırma ile giderilmiştir. Sızıntı Suyunun Ön Arıtımı Ham sızıntı suyunun direkt olarak biyolojik arıtımı sonucunda, yüksek KOİ ve amonyum giderimlerine ulaşılamamıştır. Bu yüzden de sızıntı suyuna, kimyasal koagülasyonflokülasyonu takiben, ph=12 de amonyumun havalandırmayla gideriminden oluşan bir ön arıtım uygulanmıştır. Koagülasyon-flokülasyon deneyleri ile KOİ ve amonyum giderimleri için, farklı konsantrasyonlarda alum (Al 2 (SO 4 ) 3 ), FeCl 3 ve kireç (CaO) olarak üç farklı kimyasal koagülant kullanılmıştır. Koagülasyon-flokülasyon deneyleri, bir jar-testi aparatıyla 1 litrelik beherler kullanılarak yapılmıştır. Sızıntı suyunun ph değerleri alum ve FeCl 3 için 6 ya, kireç için 12 ye ayarlanmıştır. Koagülant konsantrasyonları 0 ile 3.5 g/l arasında değiştirilmiştir. Jar testindeki beherler 200 rpm de 2 dakika hızlı ve 20 rpm de 30 dakika yavaş karıştırılmış ve sonunda 1 saat çökelmeye bırakılmıştır. Daha sonra örnekler, üst taraftaki berrak sıvıdan alınmış ve KOİ içerikleri için analiz edilmiştir.test edilen üç koagülant için, koagülant dozlarına bağlı olarak yüzde KOİ giderimleri Şekil 1 de gösterilmiştir. Alum ve demir klorür için koagülant dozlarının artmasıyla birlikte yüzde KOİ giderimleri artmıştır. Bununla birlikte kireç dozunun artmasıyla, yüzde KOİ giderimleri azalmıştır. En yüksek KOİ giderimi (%60), 3 g/l dozda demir klorür eklemesiyle elde edilmiştir. Üç koagülantın KOİ giderim performanslarının düşük dozlarda (0.5-1 g/l) karşılaştırılması daha uygundur. Yüksek koagülant dozlarında daha fazla çamur oluşumu ve koagülant maliyeti gibi problemler düşünüldüğünde, 1 g/l gibi düşük konsantrasyonlar tercih edilebilir. 1 g/l dozda üç koagülant için yüzde KOİ giderimleri %45 civarındadır. Koagülasyondan sonra amonyumun havalandırmayla giderimi için en uygun olan ph=12 değerinin, kireç için uygulanan ph değeriyle aynı olması ve bunun yanında kirecin dezenfeksiyon etkisinden dolayı, kireç daha sonraki çalışmalar için en uygun koagülant olarak seçilmiştir. 1 g/l kireç eklemesiyle koagülasyon-flokülasyondan sonra sızıntı suyunun KOİ ve amonyum azotu değerleri sırasıyla, KOİ 0 =9500 mg/l ve NH 4 -N 0 =1270 mg/l den KOİ=7250 mg/l ve NH 4 -N=1200 mg/l ye düşmüştür. ph=12 de 1 g/l kireç ile koagülasyondan sonraki sızıntı suyunda bulunan fazla amonyumu gidermek için, ph=12 de havalandırma uygulanmıştır. 45 dakika havalandırmayla giderimin sonunda amonyum konsantrasyonu 1200 mg/l den 700 mg/l ya düşürülmüştür. Havalandırmayla amonyumun gideriminden sonra, yarı sürekli işletilen bir havalandırma tankında biyolojik arıtımda kullanılmak üzere sızıntı suyunun ph ı alkaline ilavesiyle (1 M NaOH) 12 ye ayarlanmıştır. Havalandırmayla giderimden sonra ön arıtılmış sızıntı suyunun KOİ ve NH 4 -N konsantrasyonları yaklaşık olarak KOİ=7000 mg/l ve NH 4 - N=700 mg/l dir. Biyolojik arıtımdan önce sızıntı suyunun KOİ/N/P oranını 100/10/1.5 e ayarlamak için, gerekli KH 2 PO 4 miktarı ön aıtılmış sızıntı suyuna ilave edilmiştir. 383

5 65 Yüzde KOİ giderimi ,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 Koagülant Dozu ( g/l ) Şekil 1. Farklı koagülant ve konsantrasyonlarda sızıntı suyundan KOİ giderim verimleri Δ FeCl 3 Alum Kireç Ön Arıtılmış Sızıntı Suyunun Yarı-Sürekli Biyolojik Arıtımı Ön aıtılmış sızıntı suyunun yarı-sürekli biyolojik arıtımı için iki farklı deney seti uygulanmıştır. KOİ değerlerini istenilen seviyeye getirmek için sızıntı suyu çeşme suyuyla seyreltilmiştir. Birinci deney setinde, giriş debisi Q=0.18 L/sa de sabit tutulup, giriş KOİ konsantrasyonu 1000 mg/l ile 7000 mg/l arasında değiştirilmiştir. Bu deney setinde 30 saatlik işletme süresinde KOİ yükleme oranı (L KOİ ) 180 mg KOİ/sa ile 1260 mg KOİ/sa arasında değiştirilmiştir. İkinci deney setinde ise giriş atıksuyunun KOİ konsantrasyonu 7000 mg/l de sabit tutulup, giriş debisi 0.05 L/sa ile 0.60 L/sa arasında değiştirilmiştir. Bu deney setinde 10 saatlik işletme süresince, KOİ yükleme oranı (L KOİ ) 350 mg KOİ/sa ile 4200 mg KOİ/sa arasında değiştirilmiştir. Havalandırma tankındaki başlangıç KOİ değeri yaklaşık 300 mg/l, başlangıç biyomas konsantrasyonu ise kuru ağırlık bazında 4200±200 mg biyomas/l dir. Deneyler süresince sıcaklık 20 o C ve ph=8-8.5 dir. Havalandırma tankındaki çözünmüş oksijen konsantrasyonunu 2 mg/l nin üzerinde tutmak için, bir hava pompası ve difüzörler vasıtasıyla havalandırma sağlanmıştır. Deneyler süresince sıcaklık, ph ve Ç.O izlenmiş ve elle kontrol edilmiştir. Herbir deneysel koşul için, biyolojik arıtıma paralel olarak herhangi bir organizma olmaksızın bir kontrol deneyi yapılmıştır. Kontrol deneylerindeki yüzde KOİ giderimleri sıfır kabul edilip, KOİ giderimleri, kontrol deneylerindeki KOİ değerleri baz alınarak hesaplanmıştır L/sa debi ve 4170 mg/l KOİ konsantrasyonundaki bir deney için önemli işletim verilerinin zamanla değişimleri Şekil 2 de verilmiştir. Havalandırma tankındaki atıksu hacmi, beklendiği gibi zamanla doğrusal bir şekilde artmıştır. Kontrol tankındaki KOİ konsantrasyonları KOİ nin birikimleri sonucunda zamanla artmıştır. Bununla birlikte deney tankındaki KOİ ler yavaşça artmış ve biyolojik olarak giderimin sonucunda 500 mg/l civarında sabit kalmıştır. Havalandırma tankındaki toplam biyomasın artması sonucu, deney tankı ile kontrol tankındaki KOİ değerlerinin farkına bağlı olarak zamanla artmıştır. Toplam biyomas miktarı da teorik olarak beklendiği üzere, zamanla doğrusal biçimde bir artış göstermiştir. 384

6 V t ( L ) KOİç ( mg/l)) ( a ) ( b ) Yüzde KOİ giderimi Xt ( g ) ( c ) ( d ) Şekil L/sa debi ve 4170 mg/l KOİ besleme konsantrasyonu için, sızıntı suyunun yarı sürekli işletiminde önemli işletim verilerinin zamanla değişimleri a. Tanktaki atıksu hacmi b. KOİ konsantrasyonu ( kontrol, deneysel ) c. Yüzde KOİ giderimi d. Tanktaki toplam biyomas konsantrasyonu Farklı KOİ Besleme Deneyleri Farklı KOİ besleme değerleri için yüzde KOİ giderimlerinin zamanla değişimi Şekil 3 de verilmiştir. Yüzde KOİ giderimleri kontrol deneylerindeki KOİ ler kullanılarak hesaplanmıştır (E=1-KOİç/KOİg). Tüm deneyler için KOİ giderim verimleri zamanla artmıştır. 30 saatlik işletimin sonundaki KOİ giderimleri, giriş KOİ beslemesinin artmasıyla birlikte artmış, yüksek KOİ beslemesinde ise bu değer E=%76 da sabit kalmıştır. Yüksek KOİ beslemesinde ulaşılan %76 civarındaki yüksek KOİ giderim verimleri, KOİ beslemesi yüksekken havalandırma tankındaki biyomas miktarının da artmasıyla ilişkilendirilebilir. Aynı zamanda NH 4 -N beslemesi veya NH 4 -N yükleme oranını ile yüzde NH 4 -N giderimleri de değişiklik göstermiştir. Düşük NH 4 -N beslemesinde (200 mg/l) giderim %24 iken bu değer yüksek NH 4 -N beslemesinde (490 mg/l) %18 e düşmüştür. 385

7 80 70 Yüzde KOİ giderimi Şekil L/sa lik besleme debisinde farklı KOİ besleme konsantrasyonları için yüzde KOİ giderimlerinin zamanla değişimi 980 mg/l, 2800 mg/l, Δ 5100 mg/l, 7050 mg/l KOİ Yükleme Oranının Reaktör Performansı Üzerindeki Etkileri KOİ yükleme oranı, hem KOİ beslemesi hem de debi ile değişiklikler göstermiştir. KOİ ve amonyum-n yükleme oranlarının (Ls=QSg), çıkış KOİ değerleri ve KOİ giderim verimleri üzerindeki etkileri Şekil 4 de gösterilmiştir. İşletimin sonunda çıkış KOİ değerleri KOİ yükleme oarnlarının artmasıyla birlikte artarken, yüzde KOİ giderimleri azalmıştır. Düşük KOİ yükleme değerlerinde, çıkış KOİ değerleri kademeli olarak artmış ve yüzde KOİ giderimleri de aynı şekilde azalmıştır. Bununla birlikte, her iki parametre içinde bu değişiklikler yüksek KOİ yüklemelerinde yavaşlamış ve 3.5 g KOİ/sa in üzerindeki yüklemelerde ise sabitlenmiştir. Yüksek KOİ giderim verimlerine ulaşmak için KOİ yükleme oranı 1 g KOİ/sa in altında tutulmalıdır. Benzer şekilde NH 4 -N yükleme oranının artması ile birlikte, işletimin sonundaki çıkış NH 4 -N konsantrasyonları artmış ve yüzde giderimleri azalmıştır. NH 4 -N yükleme oranı ile bu parametrelerdeki değişiklikler, yüksek yükleme oranlarında hızlı bir şekilde artmış ve yükleme oranının artmasıyla birlikte yavaşlamıştır. Yüzde NH 4 -N giderimleri amonyum-n yükleme oranının 35 mg N/sa den 420 mg N/sa e artmasıyla, %26 dan%18 e düşmüştür. KOİç Yüzde KOİ giderim NH4-Nç L(NH4-N) (mg/sa) Yüzde NH4-N giderimi L(KOİ) (mg/sa) ( a ) KOİ ( b ) NH 4 -N Şekil 4. İşletimin sonunda KOİ ve NH 4 -N yükleme oranlarının, yüzde KOİ ve NH 4 -N giderimleri ve çıkış konsantrasyonları ile değişimleri Çıkış KOİ veya NH 4 -N, Yüzde KOİ veya NH 4 -N giderimi 386

8 Sistemin Kinetik Analizi 30 saatlik işletimin sonundaki deneysel verilerin değerlendirilmesi için aşagıdaki kinetik model kullanılmıştır. Q ( S k S) k X S R m S R s = = = (1) V o + Q t K s + S K s + S Q, debi (L/sa);S k, kontrol tankındaki KOİ konsantrasyonu (mg/l); S, 30 saatlik işletimin sonunda tanktaki KOİ değeri (mg/l); V o, tanktaki atıksu hacmi (3 litre); t, işletim süresi (h); k, maksimum KOİ giderim oran sabiti (h -1 ); X, herhangi bir zamandaki havalandırma tankındaki biyomas konsantrasyonu (mg/l); K s, doygunluk sabiti (mg/l) ve R m, maksimum KOİ giderim oranı (k.x; mg KOİ/Lsa) Eşitlik 1 tekrar düzenlenirse 1 (V o + Q t ) 1 K s = = (2) R s Q (S k S) R m R m S 1/R s e karşılık 1/S çizilirse, orataya çıkan dogrunun eğimi K s /R m, kesim noktasıda 1/R m i verir. R m = 81.7 mgkoi/l.sa, K s = 377 mg /L (r 2 = 0.90) 1/Rs*10 3 (L h / mg) y = 4,614x + 12,241 R 2 = 0, ,7 1,2 1,7 2,2 2,7 3,2 1/Se*10 3 (L / mg) Şekil 5. KOİ giderimi için kinetik sabitlerin belirlenmesinde 1/Rs e karşılık 1/S in gösterimi Havalandırma tankındaki ortalama biyomas konsantrasyonunu X=2200 mg/l alınıp R m =k.x eşitliğini kullanarak kullanılan biyolojik sistem için k sabiti L/sa = 0.89 L/gün olarak bulunmuştur. Kullanılan sızıntı suyunun içerdiği engelleyici bileşiklerden dolayı sistemin k sabiti ve dolayısıyla doygunluk sabiti (Ks), konvansiyonel aktif çamur sistemlerinkilerinden düşük çıkmıştır. 387

9 Değerlendirme Sızıntı suyunun direkt biyolojik arıtımının, içerdiği yüksek KOİ ve amonyum-n konsantrasyonlarından dolayı zor olması sonucunda düşük KOİ giderimlerine ulaşılmıştır. KOİ ve NH 4 -N değerlerini arıtılabilir seviyelere düşürmek için sızıntı suyuna, koagülasyonflokülasyonu takiben amonyumun havalandırma ile gideriminden oluşan bir ön arıtım uygulanmıştır. Kireç ile koagülasyonun ardından, ph=12 de amonyumun havalandırmayla giderimi ile KOİ ve NH 4 -N konsantrasyonları yaklaşık olarak KOİ = 7,000 mg/l ve NH 4 -N = 700 mg/l ye düşürülmüştür. Ön arıtılmış sızıntı suyuna bir havalandırma tankında, yarı sürekli işletme ile biyolojik aıtım uygulanmıştır. KOİ besleme oranı (S g ) ve besleme debisinin (Q), KOİ giderimleri üzerindeki etkileri incelenmiştir. KOİ besleme değerinin artması ile, deney tankındaki KOİ giderim verimlerinin düştüğü ve çıkış KOİ değerlerinin de arttığı görülmüştür. KOİ yükleme oranlarının (L KOİ = Q S g ) artması sonucunda ise, çıkış KOİ giderimleri düşmüştür. 30 saatlik işletim süresi ile yüksek KOİ giderimlerine ulaşabilmek için, sistem 1 g KOİ/sa in altındaki KOİ yükleme oranlarında çalıştırılmalıdır. Ön arıtılmış sızıntı suyunun kesikli beslemeli biyolojik arıtımı ile, %76 KOİ giderimine ve %23 amonyum-n u giderimlerine ulaşılmıştır. 30 saatlik işletimin sonundaki deneysel veriler kullanılarak, sistemin kinetik sabitleri olan aşağıdaki k ve Ks değerleri bulunmuştur. k = L/sa = 0.89 L/gün, K s = 377 mg/l KAYNAKLAR Ahn, D.H., Yun-Chul, C., Won-Seok, C Use of coagulant and zeolite to enhance the biological treatment efficiency of high ammonia leachate. J.Environ. Sci. Heal. A:Toxic/Hazardous Substances & Environmental Engineering. 37, APHA, Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 17th edn. Washington DC. Amokrane, A., Comel, C., Veron, J Landfill leachate pretreatment by coagulationflocculation. Water Res. 31(11), Bohdziewicz, J., Bodzek, M., Górska, J Application of pressure-driven membrane techniques to biological treatment of landfill leachate. Process Biochem. 36, Chen, P.H Assesment of leachates from sanitary landfills: Impact of age, rainfall and treatment. Environ. Inter. 22, Chiang, L., Chang, J., Chung, C Electrochemical oxidation combined with physicalchemical pretreatment processes for the treatment of refractory landfill leachate. Environ. Eng. Sci. 18, Marttinen, S.K., Kettunen, R.H., Sormunen, K. M., Soimasuo, R. M. and Rintala, J.A. Screening of physical-chemical methods for removal of organic material, nitrogen and toxicity from low strength landfill leachates. Chemosphere, 46, (2002). Park, S., Choi, K.S., Joe, K.S., Kim, W.H., Kim, H.S Variations of landfill leachate's properties in conjunction with the treatment process. Environ. Technol. 22, Trebouet, D., Schlumpf, J.P., Jaounen, P. and Quemeneur, F. Stabilized landfill leachate treatment by combined physicochemical-nanofiltration processes. Water Res.35, (2001). Vogelpohl, A., Morawe, B. and Ramtekejune, D.S Activated carbon column performance studies of biologically treated landfill leachate. Chem. Eng. Process