Atıksu Arıtma Çamurlarının İşlenmesi ve Bertarafı (El Kitabı)

Transkript

1 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI (EL KİTABI) Mayıs/2014 ISBN: Atıksu Arıtma Çamurlarının İşlenmesi ve Bertarafı (El Kitabı)

2

3 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI (EL KİTABI) ANKARA, Mayıs 2015 Bu kitabın bütün yayın hakları Türkiye Belediyeler Birliği ne aittir. Kitap, Türkiye Belediyeler Birliği nin yazılı izni olmaksızın çoğaltılamaz ve yayınlanamaz.

4 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ Tunus Caddesi No: 12, Kavaklıdere / Ankara Tel: (0 312) Faks: (0 312) tbb@tbb.gov.tr ISBN: TASARIM: Gizem GÖZ Bilal BERBER BASKI: Korza Yayıncılık Basım San. ve Tic. A.Ş. Merkez: Büyük Sanayi 1. Cadde 95/11 İskitler / ANKARA Tel: (Pbx) Fax: E-Posta: korza@korzabasim.com.tr

5 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI (EL KİTABI) Prof. Dr. İzzet ÖZTÜRK Prof. Dr. Barış ÇALLI Doç. Dr. Osman ARIKAN Yard. Doç. Dr. Mahmut ALTINBAŞ ANKARA, Mayıs 2015

6

7 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI i SUNUŞ Türkiye Belediyeler Birliği ülkemizdeki bütün belediyelerin doğal üye olduğu, kamu tüzel kişiliğine haiz, ulusal düzeyde kurulan tek yerel yönetim birliğidir. Belediyelerimizi ulusal ve uluslararası platformlarda temsil eden, onları ilgilendiren yasa hazırlıklarını takip ederek görüş bildiren ve her kademesinden personeline eğitim hizmeti sunan, iş birlikleri ile bilgi paylaşımını teşvik eden, belediyecilik alanında dünyada ve ülkemizdeki iyi uygulama örneklerinin yaygınlaşmasına yardımcı olan Birliğimiz; asli görevlerinin yanı sıra ülkemizin yerel kalkınma politikalarına katkı sağlamak için özveriyle çalışmalarını yürütmektedir sayılı On Dört İlde Büyükşehir Belediyesi ve Yirmi Yedi İlçe Kurulması ile Bazı Kanun ve Kanun Hükmünde Kararnamelerde Değişiklik Yapılmasına Dair Kanun ile nüfusun %93 ü belediye sınırları içerisinde yaşar hale gelmiş ve belediyelerin hizmet götürme alanları genişlemiştir. Son yıllarda milli gelirimizde yaşanan artışın da etkisiyle, çevre koruma yatırımlarına merkezi ve yerel yönetim bütçelerinden ayrılan yüksek paylar neticesinde ülke genelindeki temel çevresel altyapı yatırımlarında kayda değer gelişmeler sağlanmıştır. Çevre koruma ve geliştirme ile ilgili altyapı yatırımlarının yüksek maliyetli yatırımlar olması, bu yatırımların sürdürülebilirliğinin sağlanmasını önemli kılmaktadır. Bu durum, başta su ve atıksu arıtma tesisleri olmak üzere çevre alt yapı yatırımlarının planlanma, projelendirme ve işletim aşamalarında görev alacak kalifiye teknik personele olan ihtiyacı artırmıştır. Bu çerçevede, belediyelerimizin teknik personelinin çevre konularında teorik ve uygulama alanlarındaki bilgi birikimlerine katkı sağlaması amacıyla Birliğimiz tarafından teknik kitaplar hazırlatılmıştır. Bu kapsamda kaleme alınan eserlerden biri olan Atıksu Arıtma Çamurlarının İşlenmesi ve Bertarafı El Kitabı nda atıksu arıtma tesislerinde açığa çıkan çamur ve biyokatıların işlenmesi, değerlendirilmesi ve nihai bertarafı konularındaki güncel bilimsel, teknolojik esaslar ve uygulamalar verilmektedir. Bütün belediyeleri tek çatı altında toplayan Birliğimiz, Birlikte Belediyecilik anlayışıyla çıktığı yolda; tarafsız, birleştirici, insan odaklı ve yenilikçi ilkeleriyle belediyelerimizi her yönüyle daha da güçlendirmek için onlara rehberlik etme çalışmalarına devam etmektedir. Bu bilinçle hazırlatılan bu kıymetli eseri sizlere sunarken, çalışmalarınıza katkı sağlamasını temenni eder, emeği geçen herkese teşekkürlerimi sunarım. Dr. Kadir TOPBAŞ Türkiye Belediyeler Birliği Başkanı (İstanbul Büyükşehir Belediye Başkanı)

8 ii TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ

9 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI iii ÖNSÖZ Bu el kitabı, Atıksu Arıtma Çamurlarının İşlenmesi ve Bertarafı ile ilgili kapsamlı güncel temel bilgi ve uygulamaları, Çevre Mühendisliği Bölümü lisans öğrencileri ile arıtma tesislerini işleten mühendis, operatör ve teknikerlerin kullanımına sunmak üzere hazırlanmıştır. Toplam 10 Bölüm den oluşan bu eserde atıksu arıtma tesislerinde çamur yönetimi sorununun anlamı, önemi ve boyutları ile çamur işleme ve son uzaklaştırma sürecinde uyulması gereken temel bilimsel ve teknolojik esaslar verilmektedir. Kitapta başlıca, giriş, çamur kaynak, özellik ve miktarları, çamur ve köpük iletimi, arıtma çamurlarına uygulanan ön işlemler, çamur şartlandırma, yoğunlaştırma, stabilizasyon, susuzlaştırma ve kurutma, çamur son işlemleri ve enerji ihtiyacı kıyaslaması konuları incelenmiştir. Bir tür mesleki ve sosyal sorumluluk hizmeti olduğu düşüncesiyle hazırlanan bu kitapta özellikle Turovskiy ve Mathai (2006), Metcalf ve Eddy (2003), Öztürk (2007), Spinosa ve Vesilind (2001) ve Filibeli (1998) den geniş ölçüde yararlanılmıştır. Bu yüzden söz konusu eserlerin yazarlarına ve yayınevlerine şükranlarımı sunarım. Kitapta özetle değinilen konular hakkında daha detaylı bilgi ve uygulama örnekleri için mutlaka ilgili kaynaklara başvurulması gerekecektir. İlgili Bölümlerin yazımındaki katkılarından dolayı Doç Dr. Osman A. Arıkan, Prof. Dr. Barış Çallı ve Yard. Doç. Dr. Mahmut Altınbaş a şükranlarımı sunarım. Kitabın derlenmesi, bilgisayarda itina ile yazımı ve düzenlenmesinde yoğun emekleri olan Y. Müh. Fatih Yılmaz, Y. Müh. Zehra Aynur ve Çev. Müh. Hazal Gülhan a en içten teşekkürlerimi sunarım. Kitabın üniversite dışında basılabilmesi için bizlere izin veren İTÜ Rektörü Prof. Dr. Mehmet KARACA ya, İnşaat Fakültesi Dekanı Prof. Dr. Gaye ONURSAL DENLİ ye ve Bölüm Başkanımız Prof. Dr. İsmail TORÖZ e şükranlarımı arz ederim. Eserin basımını sağlayan Türkiye Belediyeler Birliği Yönetimine, Genel Sekreter Sayın Hayrettin GÜNGÖR ve Genel Sekreter Yardımcısı Sayın Recep ŞAHİN ile değerli çalışanlarına teşekkürü borç bilirim. Prof. Dr. İzzet ÖZTÜRK

10 iv TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ

11 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI v İÇİNDEKİLER SUNUŞ... I ÖNSÖZ... III KISALTMALAR... VIII 1. GİRİŞ Konunun Anlam ve Önemi, Sorunun Boyutları Çamur Arıtımı ve Bertarafı Uygulamaları Arıtma Çamurlarına Uygulanan Başlıca İşlemler Çamur Yönetim Stratejileri Çamur Yönetimi ile İlgili Yasal Çerçeve ÇAMUR KAYNAK, ÖZELLİK VE MİKTARLARI Çamur Kaynakları Çamur Özellikleri Çamur Miktarı Çamur Arıtım Sistemleri Akış Şeması ÇAMUR VE KÖPÜK İLETİMİ Çamur Pompası Tipleri Çamur Tipine göre Pompa Seçimi Hidrolik Yük (Enerji) Kayıpları Hesabı Çamurun Boru Hatları ile İletimi ARITMA ÇAMURLARINA UYGULANAN ÖN İŞLEMLER Öğütme Kum Ayırma Karıştırma Disintegrasyon Çamur Parçalama için Gerekli Enerji Mekanik Parçalama Teknolojileri/Ekipmanları Termal Hidroliz Depolama ÇAMUR ŞARTLANDIRMA Şartlandırmayı Etkileyen Faktörler Kimyasal Şartlandırma Diğer Şartlandırma Yöntemleri ÇAMUR YOĞUNLAŞTIRMA Graviteli Yoğunlaştırıcı Çözünmüş hava ile yüzdürmeli yoğunlaştırma Santrifüj Yoğunlaştırıcı Bantlı Yoğunlaştırıcı Döner Tamburlu Yoğunlaştırıcı ÇAMUR STABİLİZASYONU Kireçle (Kimyasal) Stabilizasyon Isıl İşlem... 88

12 vi TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ 7.3. Havalı (Aerobik) Çamur Çürütme Havalı Çamur Çürütme Mekanizması Havasız (Anaerobik) Çamur Çürütme Çamur Çürütücü Tipleri Proses Tasarımı ve Kontrolü Çürütücünün Karıştırılması Çürütme Tankı Şekilleri İnşaat ve Montajla İlgili Hususlar İşletmeye Alma ve Proses Kontrolü Köpük Oluşumu ve Kontrolü Çözümlü Problemler ÇAMUR SUSUZLAŞTIRMA VE KURUTMA Çamur Kurutma Yatakları Klasik kum dolgulu çamur kurutma yatakları Çamur kurutma lagünleri; Mekanik Susuzlaştırma Santrifüj ile Susuzlaştırma; Bant Filtre ile Susuzlaştırma Pres Filtre ile Susuzlaştırma Burgu (Vida) Pres ile Susuzlaştırma Solar Kurutma Termal Kurutma Termal Kurutma Yöntemleri Tasarımda Dikkat Edilmesi Gereken Hususlar ÇAMUR SON İŞLEMLERİ Kompostlaştırma Proses Kontrolü Kompostlaştırma Aşamaları Katkı Malzemeleri Kompostlaştırma Metotları Koku Kontrolü Inland Empire Bölgesel Kompost Tesisi Termal Bertaraf Yakma Yakma Yöntemleri Tasarımda Dikkat Edilmesi Gereken Hususlar Gazlaştırma Piroliz Araziye Uygulama Saha Değerlendirmesi ve Seçimi Çamurun Miktarı ve Arazi İhtiyacının Belirlenmesi Uygulama Metotları Maliyet Düzenli Depolama Çamurların Tekdüze ve Kentsel Atıklarla Birlikte Depolanması Uygulanabilirlik Fayda ve Mahzurları

13 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI vii vyer Seçimi ve Planlama Saha Yapımı İşletme ve Bakım Nihai Örtü Teşkili ve Kapatma Maliyet Lagünlerde Depolama ÇAMUR YÖNETİMİ SEÇENEKLERİ ENERJİ İHTİYACI KIYASLAMASI Anaerobik Çürütme Yakma Kompostlaştırma Termal Kurutma İle Kompostlaştırmanın (Biyo-kurutma) Karşılaştırılması Antalya Hurma Merkezi AAT nde Farklı Çamur Yönetim Seçenekleri için Enerji Verimliliği Analizi KAYNAKLAR EK: Abd de Araziye Uygulama Faaliyetlerinin Yönetimi ile İlgili Epa Sayılı Yönetmelik Esasları

14 viii TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ KISALTMALAR AAÇ AAT AB ABD AKM ATAD ATY BÇ BOİ BY CTP ÇHİ ÇŞB DAF DBD DD DF DTY EMS EN US EPA KB KES KM KOİ MAP MD OTH ÖÇ KM TUA/Alkalinite TUKM TÜİK UKM YÇ : Atık Aktif Çamur : Atıksu Arıtma Tesisi : Avrupa Birliği : Amerika Birleşik Devletleri : Askıda katı madde : Ototermal Termofilik Havalı Çürütme : Atıktan Türetilmiş Yakıt : Birincil Çamur : Biyolojik Oksijen İhtiyacı : Bantlı Yoğunlaştırıcı : Cam Takviyeli Polietilen : Çamur Hacim İndeksi : Çevre ve Şehircilik Bakanlığı : Çözünmüş Hava Flotasyonu : Döner Biyodisk : Disintegrasyon Derecesi : Damlatmalı Filtre : Döner Tamburlu Yoğunlaştırıcı : En Muhtemel Sayı : Eşdeğer Nüfus : Çevre Koruma Ajansı : Kömürleşmiş Bakiye : Kapiler Emme Süresi : Katı Madde : Kimyasal Oksijen İhtiyacı : Magnezyum Amonyum Fosfat : Mekanik Disintegrasyon : Özgül Oksijen Tüketim Hızı : Ön Çökeltim : Katı (Kuru) Madde : Toplam Uçucu Asit : Toplam Uçucu Katı Madde : Türkiye İstatistik Kurumu : Uçucu Katı Madde : Yoğunlaşmış Çamur

15 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 1 1. GİRİŞ 1.1. Konunun Anlam ve Önemi, Sorunun Boyutları Atıksu arıtma tesislerinden (AAT) kaynaklanan çamur, genellikle sıvı veya yarı katı formda olup ağırlıkça % 0,25-12 oranında katı madde (KM) ihtiva eder. Avrupa Birliği (AB) genelinde, birinci, ikinci ve üçüncü kademe arıtmadan kaynaklanan stabilize edilmemiş kentsel AAT çamurunun kuru ağırlığı ortalama olarak g/kişi.gün mertebesindedir. Güncel terminolojide çamur ve biyokatılar arasında ayrıma gidilmektedir. Çamur, atıksu arıtma sürecinde arıtma tesislerinden uzaklaştırılan katılar olarak tanımlanmaktadır. Atıksu arıtımı sonrası ayrıca arıtılan veya ilave işlemler uygulanan katılar ise biyokatı olarak adlandırılmaktadır. Biyokatılar, biyolojik ve kimyasal çamur stabilizasyonu sonrası geride kalan; ağırlıklı olarak organik, yarı katı ürünler olup çeşitli faydalı kullanımlar için uygun özelliklere sahiptirler. Dünya genelinde arıtma çamuru üretiminin tarihsel gelişimi aşağıda özetlenmiştir. ABD de üretilen çamur miktarı 1972 den beri artmakta olup, 1997 yılına göre bu değer 6,23 milyon ton/yıl dır. Yıllara göre çamurun uzaklaştırma yöntemi de farklılıklar göstermektedir. Örneğin 1972 de, toplam çamurun %20 si araziye uygulama ile %25 i de yakma yöntemi ile uzaklaştırılmaktaydı. Ancak 1997 de üretilen toplam çamurun %55 i araziye uygulama, %17 si de yakma yöntemi ile uzaklaştırılmaktadır (Tablo 1.1). Çamurun denize deşarjına ise Aralık 1991 de son verilmiştir. Tablo 1.1. ABD de çamur kullanma ve uzaklaştırma metotları (üretilen toplamın % si) (Spinosa ve Vesilind, 2001) Uygulama Arazide uygulama Yüzey uzaklaştırma Arazide Depolama Yakma Deniz deşarjı Diğer 20 veri yok veri yok 33,3 10,3 33,9 16,1 6,3 veri yok 54,8 19,2 2 veri yok 17,3 0 8,7 3 1 U.S. EPA (1993) 2 Katı atık ile depolama ve tekdüze (monolitik) depolamayı içermektedir. 3 Bazı maddelerin diğer alanlarda depolama ve uzun süreli saklamalarını içerir. Asya ülkeleri arasında Japonya da çamur uzaklaştırma uygulamaları Tablo 1.2 de verilmektedir. Ancak Japonya da arazide depolama ve arazi ıslahı olanakları oldukça kısıtlıdır. Tablo de Japonya da uzaklaştırılan ve kullanılan çamur miktarları (ton) (Spinosa ve Vesilind) Düzenli depolama Körfezde Arazi ıslahı Faydalı kullanım Diğer Toplam (%) Susuzlaştırılmış kek (68) Yakmadan çıkan kül (15) Kurutulmuş çamur (8) Çürütülmüş çamur (9) Toplam (%) 882 (37) 1 cüruf içerir. 2 kompost içerir. 393 (17) 793 (33) 296 (13) (100)

16 2 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ Avrupa Birliği ülkelerinde 1990 de katı madde (KM) 7 milyon ton kuru çamur üretilmiştir. Tablo 1.3 te görüldüğü gibi çamurun tarımda kullanımı %10 - %80 arasında değişmesine rağmen, yakma işlemi sadece birkaç ülkede kullanılmaktadır. Denize deşarj ise 1998 in sonlarına kadar devam etmiştir. Tablo da Avrupa Birliğinde kullanılan ve deşarj edilen çamur miktarları (Spinosa ve Vesilind, 2001) Ülke Belçika Danimarka Fransa Almanya Yunanistan İrlanda İtalya Lüksemburg Hollanda Portekiz İspanya İngiltere Toplam (10 3 kuru t/yıl) Tarım (%) Çamur Arıtımı ve Bertarafı Uygulamaları Arazi depolama (%) Yakma (%) Deniz (%) Mevcut çamur işleme seçenekleri Tablo 1.4 te verilmiştir. Yetkililerin, burada sıralanan alternatifleri, teknik, ekonomik ve çevresel şartları da dikkate alarak, gerektiğinde uygum şekilde birleştirip kullanmaları gerekmektedir. Tablo 1.4. Çamur işleme seçenekleri Seçenekler Amaç Uygulama Endüstriyel deşarjlarda etkili kaynağında Çevreye zararlı ve geri kontrol yöntemleri ile çevre dostu üretim döndürülemez etkisi olan Kullanmama girdileri tercih edilerek, çamurun tarım maddelerin kullanımının alanlarında ve diğer değerlendirme durdurulması seçeneklerinde kullanımını kolaylaştırmak Çevreye salınan malzeme Dahili yeniden kullanım (örn. çökeltim miktarını azaltarak, mineral kimyasallarının yeniden kullanımı) ile harici Yeniden kullanma (doğal) kaynak kullanımının yeniden kullanım (örn. fosforun gübre olarak sınırlandırılması yeniden kullanımı) seçenekleri Geri Kazanım İçeride (bünyede) hapsetme Çevreye (araziye veya yanma ürünlerini atmosfere) verme Çevreye doğrudan bırakılması uygun olmayan maddelerin uygun forma dönüştürülmesi Çevreye sızma ve taşınma potansiyeli olan atık unsurlarının geçişinin mümkün olduğunca azaltılması Olumsuz etki oluşturmadan araziye vermek veya uygulamak Organik maddelerin metan gazına dönüştürülmesi (enerji kaynağı olarak kullanmak amacıyla), çamurun çözünürleştirerek geri kazanımı (uçucu yağ asitleri, N,P v.b.) ve çamurdan kompost eldesi Çamurun bünyesindeki zehirli maddelerin uygun stabilizasyon ve katılaştırma yöntemleriyle bünye içinde hapsedilmesi ve önlenmesi Çamurun araziye serilerek tarımda kullanımı, çamur yakma sonucu oluşan arıtılmamış baca gazlarının bacalarda yeterince seyreltilerek atmosfere verilmesi

17 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI Arıtma Çamurlarına Uygulanan Başlıca İşlemler Önceki bölümlerde açıklandığı üzere çamur, birincil, ikincil ve/veya üçüncül (ileri) düzeyde atıksu arıtım proseslerinden kaynaklanır ve bunlara göre adlandırılır. Birincil çamur, ham atıksuda bulunan çökelebilen katı maddelerden oluşurken, ikincil çamur, çökelebilen katıların yanı sıra biyolojik katıları da içerir. İleri arıtma çamuru ise, biyolojik arıtmaya dirençli virüsler, ağır metaller, fosfor ve/veya azot içerir. Avrupa daki merkezi bir kentsel AAT den kaynaklanan çamurların, bertaraf edilmeden önce, bakteri, virüs ve diğer organik kirleticilerinden arındırılmış olması gerekir. Tipik çamur yönetim sistemi bileşenleri aşağıdaki gibi özetlenebilir: Ön arıtma (ızgaradan geçirme, öğütme) Birincil çamurları yoğunlaştırma (yerçekimi ile çökeltim, yüzdürme, döner tambur, bant filtre, santrifüj) Stabilizasyon (anaerobik çürütme, aerobik çürütme, kireç ilavesi) İkincil çamurları yoğunlaştırma (yerçekimi ile çökeltim, yüzdürme, döner tambur, bant filtre, santrifüj) Şartlandırma (kimyasal, termal) Susuzlaştırma (bant filtre, pres filtre, santrifüj, kurutma yatağı) Son işlemler (kompostlaştırma, kurutma, kireç ilavesi, yakma, ıslak oksidasyon, piroliz, dezenfeksiyon) Depolama (sıvı çamur, kuru çamur, kompost, kül) Taşıma (karayolu, boru hattı, deniz vasıtası) Nihai bertaraf (düzenli depolama, tarım ve bahçecilik uygulamaları, orman veya ıslah edilmiş arazi uygulamaları, yapı malzemeleri üretimi) Tablo 1.5, AB de uygulanan çamur arıtma proseslerine ilişkin tipik örnekler sunmaktadır. Tablo 1.5. AB de uygulanan çamur arıtma prosesi örnekleri Proses Çamur pastörizasyonu Mezofilik anaerobik çürütme Termofilik aerobik çürütme Kompostlaştırma (aktarmalı ve havalandırmalı statik yığın metodu) Sıvı çamurun kireçle stabilizasyonu Sıvı çamur depolama Susuzlaştırma ve depolama Tanım Çamur,70 C sıcaklıkta en az 20 dakika veya 55 C de en az 4 saat işlem görür ve ardından mezofilik anaerobik çürütücüye aktarılır. Birinci kademe çürütme sıcaklığı, 35±3 veya 25±3 C aralığında olup ortalama bekletme süresi ise en az 12 ve 24 gündür. Ardından (ikinci kademede) ortalama bekletme süresi kadar veya en az 14 gün daha bekletilir. Ortalama bekletme süresi 7 gündür. Kompost reaksiyonlarının büyük ölçüde gerçekleşmesi için çamur en az 55 C de arıtılır. Çamur 40 C sıcaklıkta en az 5 gün işlem görür; bu aşamada yığın içindeki sıcaklığın 4 saat süreyle en az 55 C olmasına müsaade edilir. Ardından çamur, kompost reaksiyonlarının tümüyle sonlandığından emin olmak için nihai olgunlaşmaya bırakılır. Çamur ph ını en az 2 saat 12 değerinin üzerinde tutabilecek ölçüde kireç eklenir. Bu işlemden sonra çamur artık doğrudan kullanım için uygundur. En az 3 ay boyunca, arıtılmış (stabilize edilmiş) sıvı çamur depolanarak bekletilir. Ham çamur kireçle şartlandırıldıktan sonra, susuzlaştırılır ve çamur keki en az 3 ay boyunca depolanarak bekletilir. Mezofilik çürütme işlemi görmüş çamurlarda ise, depolama süresi en az 14 gün olmalıdır.

18 4 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ Çamur Yönetim Stratejileri Son yıllarda, kentsel AAT çamuru bertarafı konusunda büyük gelişmeler yaşanmıştır. AB Kentsel Atıksu Direktifi nin (91/271/EEC) yürürlüğe girdiği 1998 yılı öncesinde, kentsel AAT çamurları genellikle denize boşaltılmış veya doğrudan tarım arazilerinde gübre olarak kullanılmıştır. Bu tarihten (1998) itibaren ise, AB müktesebatı (Kentsel Atıksu Arıtımı Direktifi) deniz ve kıyı sularını korumak amacıyla, kentsel AAT çamurlarının denize boşaltımını tümüyle yasaklamış, ayrıca düzenli depolamaya gönderilebilecek çamur miktarını da kademeli olarak kısıtlamıştır. Ancak mevcut durumda dahi AB de oluşan çamurun % inin halen araziye uygulandığı tahmin edilmektedir. Buna göre AB de, arıtılmış çamurun düzenli depolanması %40, tarımda kullanımı %37, yakılması %12, ormancılık, arazi ıslahı vb. diğer alanlarda kullanımı ise %11 mertebelerinde seyretmektedir. Son dönemde çamur yönetimi alanında, doğrudan yakma, diğer malzemelerle birlikte yakma, ıslak oksidasyon, piroliz ve gazlaştırma gibi enerji geri kazanım seçenekleri giderek daha cazip hale gelmektedir. Araziye Uygulama Çamurun arazide bertarafı ve faydalı kullanımını etkileyen başlıca özellikleri, organik içeriği (uçucu katı olarak ölçülür), besi maddeleri, patojenler, metaller ve toksik organiklerdir. Çamurun arazide kullanılması durumunda, gübre özelliği (azot, fosfor ve potasyum içeriği) önem kazanır. Ticari bir gübre ile çamurun karşılaştırması Tablo 1.6 da verilmektedir. Araziye verilen çamur, bitki büyümesi için gereken besi maddelerini karşılar. Bazı uygulamalarda, çamurun fosfor ve potasyum içeriği bitki gereksinimini karşılayamayacak kadar az olabilir. Çamurdaki iz elementler, inorganik kimyasal elementler olup bitki ve hayvanlar için gerekli veya zararlı olabilir. Arıtma çamurlarının tipik ağır metal içerikleri Tablo 1.7 de verilmektedir. Çamurun arazide kullanım miktarı, yapısındaki ağır metal konsantrasyonuna bağlıdır. Tablo 1.6. Ticari gübre ve çamurdaki besi maddesi seviyelerinin kıyaslanması (Metcalf&Eddy, 2003) Besi maddesi % Azot Fosfor Potasyum Tarımda kullanılan gübre 1 Stabilize aktif çamur tipik değeri (KM in % si olarak) 5 3,3 10 2,3 10 0,3 (1) Besi maddesi konsantrasyonu toprak ve bitki özelliğine göre değişir. Tablo 1.7. Atıksu arıtma tesisi çamurundaki metal içerikleri (Metcalf&Eddy, 2003) Metal Arsenik Kadmiyum Krom Kobalt Bakır Demir Kurşun Manganez Civa Molibden Nikel Selenyum Kalay Çinko mg/kg KM Aralık 1, , , , , ,

19 5 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 5 Çamurun Çimento Fırınlarında Yakılması Çimento üretiminde kullanılan geleneksel yakıtlar doğalgaz, petrol veya kömür olup atık yağlar, plastik maddeler, atıktan üretilmiş yakıt (ATY), oto parçaları, atık lastikler ve AAT çamurları gibi ısıl değeri nispeten yüksek muhtelif malzemelerden de ek yakıt olarak yararlanılabilmektedir. Tablo 1.8 de, çimento sanayinde kullanılan alternatif yakıtlar üç sınıf halinde verilmektedir. Tablo 1.8. Çimento endüstrisi için alternatif yakıt seçenekleri Sıvı atıklar Katı atıklar Gaz atıklar Katran, kimyasal atıklar, distilasyon kalıntıları, atık solventler, kullanılmış yağlar, vaks/parafin süspansiyonları, petrokimya atıkları, asfalt karışımları, boya artıkları, yağ çamurları Pet şişeler, atık kağıtlar, kauçuk artıkları, kağıt hamuru çamuru, kullanılmış araba lastikleri, pil, akü ve bataryalar, plastik artıklar, tahta atıklar, kentsel katı atıklar, pirinç kabukları, fındık kabukları, atıktan türetilmiş yakıtlar (ATY), yağlı/petrollü toprak, arıtma çamurları Katı atık düzenli depolama sahasında oluşan depo gazı, piroliz sonucu oluşan gazlar Temel bir kural olarak, çimento fırınına maksimum arıtma çamuru besleme oranı, çimento fabrikasının klinker üretim kapasitesinin %5 ini geçmemelidir. Örneğin, ton/gün kapasiteli bir çimento fırını için, en fazla 100 ton/gün kuru çamur beslenmesi tavsiye edilir (Fytili ve Zabaniotou, 2006). Söz konusu çamur/kömür oranı kısıtlaması, çamur içeriğindeki ağır metal ve tuz gibi çeşitli zararlı malzemelerin yüksek miktarda salımını önlemek açısından önem arz eder. Bu itibarla emisyonların baca gazındaki konsantrasyonları, ilgili yasal düzenlemelere ve standartlara uymalıdır. Sanayileşmiş ülkelerdeki tesislerde, tipik bir kuru prosesli Portland Çimentosu Fabrikasında birincil enerji tüketiminin %75 i fosil yakıt tüketimi ve %25 i ise elektrik tüketiminden oluşur. Çimento üretimi sürecinde birincil (ön) prosesler, yakıt enerjisinin %99 unu tüketerek en fazla enerji gerektiren (enerji yoğun) adım olarak öne çıkar. Elektrik enerjisinin ise %33 ü hammadde işlenmesi, % 38 i de klinkerde kırma ve öğütme ekipmanlarını çalıştırmak için kullanılır. Arıtma çamurlarının yakılması neticesinde ortaya çıkan kül, düzenli depolamada bertaraf edilebildiği gibi, yapı malzemelerinin çeşitli özelliklerinin geliştirilmesi için inşaat sektöründe de kullanılabilir. Söz konusu külden, tuğla üretiminde ve beton harcında ince agrega olarak faydalanılabilmektedir Çamur Yönetimi ile İlgili Yasal Çerçeve Çamur yönetimi ile ilgili olarak ABD, Avrupa Birliği Ülkeleri ve Türkiye de yürürlükte olan yasal çerçeve ana hatları ile aşağıda özetlenmiştir. ABD Standartları ABD de evsel nitelikte arıtma çamurları ile biyokatıların kullanımı ve uzaklaştırılması (bertarafı) U.S. EPA nın hazırladığı 40 numaralı Federal Yönetmelik kısım 503 ile düzenlenmiştir. Bu yönetmelik esas olarak evsel atıksu arıtma çamur ve biyokatıların yönetimini başlıca 3 sınıf altında düzenlenmektedir. Sınıflardan ikisi (A ve B) indikatör bakteri ve/veya patojen kriterlerini, üçüncü tip biyokatılar (çok iyi tip biyokatılar, EQ sınıfı) için ise patojen ve ağır metal limitlerini tanımlamaktadırtablo 1.10 da ABD de çamur kullanımı veya uzaklaştırılması (bertaraf) için ilgili yönetmeliklerde öngörülen kalite parametreleri topluca verilmektedir (Davis, 2010).

20 6 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ Tablo 1.9. Araziye uygulanacak çamurlar için izin verilen kirlilik konsantrasyon limitleri (Turovskiy ve Mathai (2006)) Azami konsantrasyon limitleri a,b (mg/kg) Kirletici konsantrasyon Eklenik kirletici Kirletici limitleri a,c,d (mg/kg) yükleri (kg/ha) Arsenik Kadmiyum ,9 Bakır Kurşun Cıva ,85 Molibden Nikel Selenyum Çinko Uygulama Araziye uygulanan alanı: tüm biyokatılar Kaynak: U.S.EPA, (a) Kuru ağırlık bazında. (b) Mutlak değerler. Yığın halindeki veya paketlenmiş biyokatılar (c) Aylık ortalama değerler. (d) İyi kalitede biyokatılar. Yığın halindeki biyokatılar Yıllık kirletici yükleri (kg/ha/365-gün) Paketlenmiş biyokatılar Yönetmelikte, araziye (toprağa) uygulanacak çamurlarda aranacak kalite için ağır metallere yönelik 2 kademeli limitler öngörülmektedir: Konsantrasyon üst limitleri ve kirlilik konsantrasyonu (veya eklenik kirlilik yükü) limitleri Tablo 1.9 da verilmiştir. Park ve bahçelere uygulanacak (serilecek) stabilize çamurlarda kirletici konsantrasyonu üst (azami) limitlerinin sağlanması gerekmektedir. Özel ambalajlı (torba) halde veya dökme olarak pazarlanan stabilize çamurlarda ise kirletici konsantrasyonu limitleri veya yıllık ve eklenik (toplam) kirletici yükü limitlerinin aşılmaması şart koşulmaktadır.

21 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 7 Tablo Çamur kullanımı ve bertarafına yönelik kalite parametreleri (Davis, 2010)

22 8 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ Arıtma çamurlarının park ve bahçeler ile tarımda kullanılması durumunda, çamur ve biyokatılara söz konusu yönetmelikte önerilen patojen giderme teknolojileri seçeneklerinden birinin uygulanmış olması gerekmektedir. Böcek veya diğer hayvanlar (kuş, fare, köpek v.b) aracılığı ile bulaşıcı hastalıkların yayılmasını önlemek üzere, U.S. EPA Yönetmeliğinde önerilen toplam 11 adet vektör ilgisini azaltım tedbiri seçeneğinden en az birinin uygulanması öngörülmektedir, (U.S. EPA, 1993, U.S. EPA, 1994 ve Tata vd., 1999). U.S. EPA Yünetmeliğinin konu ile ilgili hükümlerini özetleyen geniş bir metin EK-1 de verilmiştir. AB Yönetmelikleri AB müktesebatında arıtma çamurlarının yönetimine ilişkin temel direktif AB Çamur Direktifi olup, bu direktifle ilgili bilgiler aşağıda verilmiştir. AB Çamur Direktifi (86/278/EEC) AB bünyesinde, atıksu çamurlarına ilişkin tüm yönetim stratejileri Çamur Direktifi nde tanımlanmıştır. Buna göre, çamurun bilimsel tarım açısından çok önemli nitelikleri olduğu kaydedilmektedir. Direktif ayrıca, toprak ve çamur içerisindeki ağır metal konsantrasyonları ile toprağa yıllık olarak uygulanabilecek en yüksek ağır metal miktarlarına ilişkin kısıtlar getirmektedir. Araziye arıtma çamurunun uygulanması ile hayvan otlatma ve/veya hasat süreleri arasında geçen süre en az 3 hafta olmalıdır. Meyve ağaçları hariç olmak üzere, diğer meyve ve sebze ekinlerinin büyüme döneminde araziye uygulama yapılamaz. Buna ilaveten, Kentsel Atıksu Arıtımı Direktifi (91/271/EEC) uygulamasının, 2005 yılında çamur oluşumunda %50 oranında artışa, bir başka deyişle, yılda 10 milyon ton çamur oluşumuna sebep olduğu kaydedilmiştir. Kentsel AAT Çamuru ile ilgili AB Mevzuatı AB de, atık yönetimine ilişkin aşağıda listelenen çeşitli direktifler sırasıyla yürürlüğe alınmıştır: 1975 yılında, çevre kirliliğinin önlenmesi ve çevre dostu bertaraf yöntemlerinin/teknolojilerinin teşvik edilmesi amacıyla, atık yönetimine ilişkin genel çerçeveyi ilk kez tarifleyen Atık Çerçeve Direktifi (75/442/EEC) yürürlüğe girmiştir. Kentsel AAT çamurunun toprak/arazi uygulamalarını teşvik amacıyla, Arıtma Çamurlarının Tarımda Kullanılması Direktifi (86/278/EEC), 1986 yılında yürürlüğe girmiştir. Direktif aynı zamanda arıtma çamurlarının, toprak, bitki örtüsü, hayvanlar ve insanlar üzerindeki muhtemel olumsuz etkilerini önleyecek şekilde kullanımını düzenler. Direktifte, arıtılmış/işlenmiş arıtma çamuru, kullanımından kaynaklanabilecek sağlık risklerini azaltmak üzere biyolojik, kimyasal veya termal süreçler ile uzun süreli depolama/bekletme gibi işlemlere tabii tutulmuş çamur olarak tanımlanır. İşlenmemiş çamurun tarımda kullanımına ise, yalnızca toprağa enjekte edilmesi veya toprak altına verilmesi/beslenmesi durumlarında müsaade edilir yılında yürürlüğe giren Tehlikeli Atık Direktifi (91/689/EEC) ile bu tür atıkların bertarafı için özel standartlar ortaya konmaktadır. İlk olarak 1991 de hazırlanarak 1998 de revize edilen Kentsel Atıksu Direktifi (91/271/EEC) ile 2005 yılından itibaren, atıksu yönetimi alanında daha sıkı kalite standartları getirmiştir. Direktifin AAT çamurları konusundaki temel

23 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 9 maddesinde, AAT lerden kaynaklanan çamurların uygun olan her durumda yeniden kullanımı zorunluluğunu getirmektedir. AB de döneminde, dioksinlerin %90 oranında azaltımı hedeflemiştir. Ayrıca 2000 yılında onaylanarak 2005 yılında yürürlüğe giren yeni bir direktif ise, yakma kaynaklı dioksin emisyonuna sınırlama getirmektedir. AB nin nihai atık bertaraf hedefi, 2000 yılında oluşan miktarlara göre, 2020 yılına kadar %20 ve 2050 yılına kadar ise %50 oranında atık azaltımıdır. Bu hedefe ulaşabilmek için belirlenen strateji kapsamında yer alan yöntemler, öncelik sırasına göre aşağıda verilmiştir: (a) atık önleme, (b) geri dönüşüm ve enerji eldesi yoluyla atık geri kazanımı, (c) geliştirilmiş arıtma şartları, (d) atık taşınımının düzenlenmesi. Türkiye deki Durum Türkiye de arıtma çamurlarının yönetimi ile ilgili başlıca yasal çerçeve aşağıda özetlenmiştir. Atık Yönetiminin Genel Esaslarına İlişkin Yönetmelik (ÇŞB, 2008): Bu yönetmeliğin amacı, atıkların çevre ve insan sağlığına zarar vermeden yönetilmesine ilişkin genel esasların belirlenmesidir. Bu kapsamda, atık yönetiminin kontrollü bir şekilde yapılabilmesi için atık sınıflandırılması getirilmiştir olup, atıkların tehlikelilik özelliklerinin belirlenmesi amacıyla 20 ana grup altında detaylı atık listesi ile bir sistematik oluşturulmuştur. Burada atıksu çamurları, Yönetmelik Ek IV de verilen atık listesi içerisinde 19. madde olan, Atık yönetim tesislerinden, tesis dışı atıksu arıtma tesislerinden ve insan tüketimi ve endüstriyel kullanım için su hazırlama tesislerinden kaynaklanan atıklar bölümüne tekabül etmektedir (Madde 19.08). Bu bölüm su, atıksu ve atık yönetimi tesislerinden kaynaklanan tüm atıklara işaret eder. Bu yönetmelik, arıhinde yürülüğe giren Atık Yönetimi Yönetmeliği içine alınmıştır. Evsel ve Kentsel Arıtma Çamurlarının Toprakta Kullanılmasına Dair Yönetmelik (ÇŞB, 2010): Bu yönetmeliğe göre, ham çamurun toprakta kullanılması yasaktır; stabilize arıtma çamurunun kullanılmasında ise bazı sınırlamalara uyulması gerekmektedir. Öncelikle stabilize çamurun, doğal orman alanları ile meyve ağaçları hariç olmak üzere toprakla temas eden ve çiğ yenen meyve ve sebze ürünlerinin yetiştirildiği topraklarda kullanımı yasaktır. Arıtma çamurunun toprakta kullanılması, tüm koruma alanları ile içme ve kullanma suyu temin edilen yüzeysel su ve yeraltı suyu besleme havzalarında tamamen yasak olup, bu amaçlara hizmet etmeyen diğer yüzey sularını çevreleyen 300 m lik alanın dışında uygulama yapılmasına izin verilmektedir. Hayvan otlatma veya hayvan yemlerinin hasadı yapılacak alanlarda ise, söz konusu faaliyetler ile arıtma çamurunun uygulanması arasında geçen süre en az 4 hafta olmalıdır. Bunlara ilaveten arıtma çamurlarının, ph değeri 6 dan küçük olan, organik madde içeriği %5 ten fazla olan topraklarda ve taban suyu seviyesi 1 m den sığ derinlikte olan veya eğimi %12 yi geçen alanlar ile kumlu tekstürlü topraklarda kullanımı yasaktır. Organik madde içeriği %40 dan daha az olan stabilize arıtma çamurlarının da toprağa uygulanması yasaktır. Kapasitesi eşdeğer nüfusun üzerinde olan atıksu arıtma tesislerinde oluşan çamurların en az %90 katı madde

24 10 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ değerine kadar kurutulması esastır. Ancak teknik ve ekonomik açıdan uygunluğunun belgelenmesi durumunda %90 katı madde şartı aranmaz. Atıkların Düzenli Depolanmasına Dair Yönetmelik (ÇŞB, 2010): Bu yönetmelikte, Geçici Madde 4 te bahsi geçen kriterler ve/veya Tehlikeli Atıkların Kontrolü Yönetmeliği Ek 2 de belirtilen Atıkların Düzenli Depolama Tesislerinde Depolanabilme Kriterleri sağlandığı takdirde arıtma çamurlarının düzenli depolama tesislerinde bertarafı mümkündür. Yönetmeliğin arıtma çamurlarının düzenli depolanmasını düzenleyen (Geçici Madde 4) maddesine göre, Atık Yönetimi Genel Esaslarına İlişkin Yönetmelik (ÇŞB, 2008) Ek IV uyarınca, tehlikesiz atık olarak sınıflandırılan arıtma çamurlarının ağırlıkça en az %50 katı madde (KM) ihtiva etmesi, ön işleme tabii tutularak kötü kokunun giderilmesi ve atığın kararlı hale getirilmesi kaydıyla, Çözünmüş Organik Karbon (ÇOK) limitine bakılmaksızın II. Sınıf Düzenli Depolama Tesislerinde tarihine kadar depolanabileceği belirtilmektedir. Ancak mevcut susuzlaştırma teknolojileri ile söz konusu %50 lik KM oranına ulaşılması, özellikle kentsel atıksu arıtma çamurları için, termal kurutma olmaksızın, pratik olarak mümkün değildir. Termal kurutma için de %50 lik KM oranı çok düşük kalmaktadır. Bu sebeple minimum KM oranının %30-35 düzeylerine çekilmesi daha makul bir yaklaşımdır. Zira depolanan kentsel katı atıkların özellikle yaz dönemindeki su muhtevası da %65-70 düzeylerine ulaşabilmektedir. Kentsel Atıksuların Arıtımı Yönetmeliği (ÇŞB, 2006): Bu Yönetmeliğe göre, kentsel atıksu arıtma tesislerinden çıkan arıtma çamuru uygun şartlarda yeniden kullanılabilir. Arıtma çamurlarının işlenmesi, geri kazanımı ve bertarafı ile ilgili olarak Atıksu Arıtma Tesisleri Teknik Usuller Tebliği Madde 17 de belirtilen hususlar gözetilmelidir (ÇŞB, 2010). Arıtma çamurlarının toprakta kullanımı ve/veya bertarafının, Evsel ve Kentsel Arıtma Çamurlarının Toprakta Kullanılmasına Dair Yönetmelik te belirlenen standartlara ve yöntemlere uygun olarak yapılması esastır. olarak yapılması esastır. Atıksu Arıtma Tesisleri Teknik Usuller Tebliği (ÇŞB, 2010): Tebliğ, yerleşim birimlerinden kaynaklanan atıksuların arıtılması ile ilgili arıtma tesislerinin teknoloji seçimi, tasarım kriterleri, arıtılmış atıksuların dezenfeksiyonu, yeniden kullanımı ve derin deniz deşarjı ile arıtma faaliyetleri esnasında ortaya çıkan çamurun bertarafı için kullanılacak teknik esasları kapsamaktadır. Bu tebliğde arıtma çamurların işlenmesi, geri kazanımı ve bertarafı ile ilgili genel bilgiler, arıtma yöntem tanımları, arıtma teknolojileri uygulamaları ve hesapları yer almaktadır. Arıtma Çamurlarının Yönetimi ne İlişkin Planlama Çalışmaları Arıtma çamurlarının yönetimi ile ilgili olarak Türkiye de yapılan planlama çalışmaları aşağıda açıklanmıştır. Türkiye de arıtma çamurlarının tarımda kullanım oranı yaklaşık %5-10 düzeyinde olup, bu şekilde bertaraf edilen çamur miktarı ton/yıl civarındadır. AB Komisyonu nun Kentsel Atıksu Arıtma Direktifi nin uygulanmasına ilişkin 1999 tarihli raporunda yer alan verilere göre bu değer AB üyelerine kıyasla düşüktür. Rapora göre, 1998 de tarımda arıtma çamuru kullanım oranı %5 (Yunanistan) ile %65 (Fransa) arasında değişirken, AB ortalaması yaklaşık %50 mertebesinde kalmaktadır. Aynı raporda 2005 yılı için AB ortalamasının yaklaşık %55 mertebesine yükseleceği tahmin edilmektedir. Türkiye için ise Yatırım Planı na göre, tarımda kullanılan arıtma çamuru

25 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 11 miktarının bugünkü %5-10 seviyesinden gelecekte %30-40 seviyesine çıkacağı tahmin edilmektedir. Bu değer 2022 de yıllık yaklaşık 2 milyon ton çamura karşılık gelmektedir. Arıtma çamurunun tarımda kullanılmasının şu şekilde gerçekleşmesi beklenmektedir: Çamur stabilizasyon ve susuzlaştırma sonrası, atıksu arıtma tesislerinde depolanacaktır. Depolama maliyetleri AB Kentsel Atıksu Arıtma Direktifi uyarınca AAT lerin kurulum ve işletme maliyetlerine dahildir. Çiftçiler ve diğer kullanıcılar, tarlalara yaymak üzere tesisten (çamur depolama) çamuru alacaklardır. Bu sebeple tesis sahiplerine çamur uzaklaştırma için yeni bir maliyet getirilmemektedir (ENVEST, 2005). Arıtma çamurunun düzenli depolanması seçeneği, sadece kısa vadeli bir seçenek olarak düşünülmektedir. Bunun temel sebebi, AB düzenli Depolama Direktifi nde belirtildiği üzere organik maddelerin düzenli depolanan atık içerisinden ayrılması konusundaki ihtiyaç ve kısıtlardır. Bu seçeneğin uygulanabileceği süre içerisinde alternatif arıtma metotları geliştirilmelidir. Düzenli depolamaya alternatif teşkil edecek teknolojiler şunlardır (MEMPIS, 2007): Çamurun arazi uygulamalarında kullanılması Arazi uygulamalarında veya katı atık formuna dönüştürmek üzere çamurun kurutulması Çamurun yakılması Araziye uygulamada dikkate alınması gereken iki önemli parametre; patojen organizmalar ve ağır metal içerikleri yönünden stabilize çamurun kalitesi ile çamurun gübre değeri ve toprak yapısını iyileştirme özellikleri yönünden çiftçiler tarafından kabul görmesidir. Çamurun kurutulması ve/veya tek başına veya çimento fabrikalarında yakılması uygulamalarında ise, atıksu çamurunun yüksek miktarlarda oluştuğu Büyükşehirlerde, Atıksu Yönetimi Master Planı Fizibilite Raporlarında öngörülen stratejiler doğrultusunda hareket edilmesi önerilmektedir. Orman ve Su İşleri Bakanlığı Su Yönetimi Genel Müdürlüğü nce hazırlatılan Havza Koruma Eylem Planlarında önerilen Çamur Yönetimi Yaklaşımı aşağıda özetlenmiştir (TÜBİTAK MAM-İTÜ, 2010). Doğrudan Araziye Uygulama: Türkiye nin coğrafi, iklimsel ve arazi kullanım durumu dikkate alınarak, özellikle < nüfuslu yerleşimlerin stabilize olmuş arıtma çamurlarının, ilgili mevzuata uygun olarak, doğrudan araziye uygulanması düşünülmelidir. Bu yolla bertaraf edilebilecek çamur miktarının toplam çamur üretiminin %30-40 ı düzeyine ulaşması beklenmektedir. Diğer Yöntemlerle Bertaraf: Büyükşehirlerde (N> ), doğrudan veya organik katı atıklarla birlikte anaerobik çürütme sonrası mekanik susuzlaştırma ve kurutma yoluyla hijyenizasyon sağlandıktan sonra, arıtma çamurları düzenli depolama alanlarında günlük örtü veya ilgili yönetmelikler çerçevesinde toprak şartlandırıcısı olarak kullanılabilir. Stabilize olmamış kentsel AAT çamurları, mekanik susuzlaştırma sonrası lisanslı çimento fabrikalarında yakılabilir veya bölgesel atık yakma tesislerinde diğer atıklarla birlikte yakılıp enerji geri kazanılabilir. Yakma uygulanacaksa, gerekli ısıl değeri sağlamak üzere, çamur stabilizasyonu yapılmaması esastır. Genelde bir prensip olarak

26 12 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ ~%60 KM ve %65 UKM içeren biyokatıların ek yakıtsız (ototermal) olarak yakılabildiği kabul edilir. Stabilize olmamış arıtma çamuru keklerinin (KM %35) organik katı atıklarla birlikte veya ayrı olarak kompostlaştırılarak stabilize edildikten sonra toprak şartlandırıcısı ya da düzenli depolama alanlarında günlük örtü olarak kullanımı da diğer bir seçenektir. EN< AAT için kurutma yatakları veya çamur lagünlerinde depolama sonrası araziye uygulama da duruma göre başvurulabilecek sürdürülebilir bir yönetim seçeneğidir.

27 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI ÇAMUR KAYNAK, ÖZELLİK VE MİKTARLARI Çamur işleme, arıtma ve bertaraf sistemlerini tasarlayabilmek için arıtma sisteminde oluşan çamurun kaynak, özellik ve miktarının bilinmesi gerekmektedir. Atıksu arıtma tesisleri çamur, kum ve köpük tutma birimlerini de ihtiva eder. Arıtma işlemi sonunda çıkan çamur genellikle sıvı veya yarı katı formda olup kullanılan prosese ve uygulanan işletme yöntemine bağlı olarak %0,25-12 oranında katı (katı madde, KM) içermektedir. Çıkan çamur hacimce büyük olup, yönetimi (işlenmesi ve bertarafı) atıksu arıtımında oldukça karmaşık bir problem olarak ortaya çıkmaktadır. Çamur yönetiminin karmaşık bir süreç olmasının başlıca sebepleri, Arıtılmamış atıksu içinde yer alan 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 katı madde, büyük bir kısmının ise sudan oluşması ve bu yüzden büyük hacimler işgal etmesi, olarak özetlenebilir. Arıtma tipine ve amacına göre, arıtma çamurlarının türleri farklılık gösterir. Bunlar; Çökebilen katı maddelerin oluşturduğu ön çökeltim çamurları, Kimyasal arıtma ve koagülasyon sonucu oluşan kimyasal çamurlar, Biyolojik arıtma işlemleri sonucu oluşan biyolojik çamurlar, İçme suyu arıtma işlemleri sonucu oluşan inorganik çamurlar, olarak sıralanabilir. Çamur işlenmesi ve bertarafında kullanılan yöntemler Tablo 2.1 de verilmiştir. Graviteli yoğunlaştırma, şartlandırma, susuzlaştırma ve kurutma, kullanılan başlıca arıtma metotlarıdır. Çürütme, kompostlaştırma, yakma, piroliz, gazlaştırma ve ıslakhava oksidasyonu prosesleri çamurdaki organik maddeleri stabilize etmek veya arıtmak amacıyla kullanılırlar. Arıtma çamurları iyi arıtıldığında, biyokatı olarak ifade edilen son ürünler toprak şartlandırıcısı, peyzaj materyali ve atık depolama alanlarında günlük veya nihai örtü tabakası malzemesi olarak değerlendirilebilir. ABD de 1998 yılı verileriyle yılda 6,9x10 6 ton civarında üretilen biyokatıların ~%60 ı faydalı kullanım (araziye uygulama, kompostlaştırma vb.), %40 ı ise bertaraf yoluyla (yakma, düzenli depolama vb.) yönetilmektedir. Türkiye de de 2010 yılı verileriyle AAT lerinde üretilen ~1x10 6 t KM/yıl (~5x10 6 t kek, yıl, % 20 KM) çamur ve biyokatının ~%63 ü atık depolama alanlarında, %22 si diğer yöntemlerle bertaraf edilmekte kalan %15 lik kısım ise kompostlaştırma, araziye uygulama ve çimento fabrikalarında ek yakıt olarak kullanım yoluyla değerlendirilmektedir (TÜİK, 2012) Çamur Kaynakları Çamur arıtma sistemleri ile çamur kaynağı, prosesin tipi ve işletme metoduna göre farklılık gösterir. Çamur ve katı atıkların esas kaynakları Tablo 2.2 de verilmiştir. Örneğin tam karışımlı bir aktif çamur prosesinde, çamur uzaklaştırma (çekimi) havalandırma havuzundan yapılıyorsa, son çökeltim tankı çamur kaynağı değildir. Diğer taraftan, uzaklaştırma çamur geri dönüş hattından gerçekleştiriliyorsa çamur kaynağı 13

28 14 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ son çökeltim tankı olarak kabul edilebilir. Yoğunlaştırma, çürütme, şartlandırma ve susuzlaştırma için kullanılan prosesler de çamur kaynağı veya çıkış noktalarıdır. Tablo 2.1. Çamur işleme ve bertaraf metotları (Metcalf&Eddy, 2003; Filibeli, 1998) İşlem, prosesler veya arıtma metotları Pompalama Birincil İşlemler Öğütme Eleme Kum tutucu Karıştırma Biriktirme Yoğunlaştırma Graviteli yoğunlaştırıcı Flotasyonlu yoğunlaştırıcı Santrifüjlü yoğunlaştırıcı Bantlı yoğunlaştırıcı Döner elekli yoğunlaştırıcı Stabilizasyon Kireç stabilizasyonu Isıl işlem Havasız çürütme Havalı çürütme Ototermal aerobik çürütme Kompostlaştırma Şartlandırma Kimyasal şartlandırma Termal (ısıl) Dezenfeksiyon Pastörizasyon Uzun-süreli depolama Susuzlaştırma Vakum filtre Santrifüj Bant filtre Pres filtre Burgu filtre Çamur kurutma yatakları Bitki yatakları Çamur lagünleri Isıl kurutma Doğrudan (direk) temaslı Dolaylı (indirek) ısıl kurutucular Termal Arıtma (Yakma) Çok hücreli yakıcı Akışkan yataklı yakıcı Döner fırınlı yakıcı Katı atıklarla birlikte yakma Fonksiyonları Çamur ve sıvı biyokatıların iletimi Boyut küçültme Elyaflı maddeleri ayırma Kum giderimi Çamur akımlarını dengeleme Debi dengeleme Hacim azaltma Hacim azaltma Hacim azaltma Hacim azaltma Hacim azaltma Stabilizasyon Stabilizasyon Stabilizasyon, kütle azaltma Stabilizasyon, kütle azaltma Stabilizasyon, kütle azaltma Stabilizasyon, ürün geri kazanımı Suyunu bırakma özelliğini iyileştirme Suyunu bırakma özelliğini iyileştirme Dezenfeksiyon Dezenfeksiyon Hacim azaltma Hacim azaltma Hacim azaltma Hacim azaltma Hacim azaltma Hacim azaltma Hacim azaltma Depolama Kütle ve hacim azaltma Kütle ve hacim azaltma Hacim azaltma, kaynak geri kazanımı Hacim azaltma Hacim azaltma Hacim azaltma

29 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 15 Tablo 2.2. Klasik atıksu arıtma sistemi çamur ve katı atık kaynakları (Metcalf&Eddy, 2003) Temel işlem ve prosesler Atık çeşidi Açıklama Elek Kaba katılar Kaba katılar mekanik olarak veya çubuk ızgaralardan elle toplanarak atılır. Kum tutucu Kum ve köpük Köpük giderme, işlemi kum tutucularda kum ile birlikte gerçekleştirilir. Ön havalandırma Kum ve köpük Bazı sistemlerde ön havalandırma tankında köpük giderici yoktur, kum tutucunun bulunmaması tankta kum birikimine sebep olabilir. Birincil (ön) çökeltim Birincil çamur ve köpük Çamur ve köpük miktarı toplama sistemine ve giren atıksuyun özelliklerine göre değişir. Biyolojik arıtma Askıda katı maddeler Askıda katı madde biyolojik arıtma sonucu oluşur. Arıtma sisteminde oluşan fazla çamuru yoğunlaştırmak gerekebilir. İkincil (son) çökeltim Biyolojik çamur ve köpük U.S. EPA ya göre köpük sıyırıcı şart koşulmuştur. Çamur işleme birimleri Çamur, kompost ve kül Son ürünün özelliği, kullanılan proses ve işletme ile çamur özelliklerine bağlıdır. Bu konudaki yasal düzenlemeler giderek ağırlaşmaktadır Çamur Özellikleri Çamur arıtımı ve son uzaklaştırma yöntemlerinin belirlenmesinde, çamur ve katı maddenin özelliği ve içeriğini bilmek çok önemlidir. Bu aynı zamanda katı atığın kaynağı, sistemdeki çamur yaşı ve proses tipi ile de yakından ilgilidir. Arıtma çamurlarının bazı fiziksel özellikleri Tablo 2.3 te verilmektedir. Çamurun Genel Bileşimi: Arıtılmamış (ham) ve çürütülmüş çamurun kimyasal bileşimi ile ilgili bilgiler Tablo 2.4 te verilmektedir. Son uzaklaştırma yönteminin belirlenmesinde besi maddesi de dahil olmak üzere kimyasal bileşiklerin çoğunun bilinmesi gerekir. Havasız çürütme sisteminin kontrolünde ph, alkalinite ve organik asit içeriğinin ölçülmesi oldukça önemlidir. Yakma ve arazide bertaraf metodunun uygulanması durumunda çamurdaki ağır metal, pestisit ve hidrokarbonlar ölçülmelidir. Yakma gibi termal bir proses kullanılacağında çamurun enerji içeriği de hesaplanmalıdır.

30 16 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ Tablo 2.3. Arıtma sisteminden kaynaklanan çamur ve katı maddelerin fiziksel özellikleri (Metcalf&Eddy, 2003) Çamur ve katı atık Izgara ve elek atıkları Kum Köpük/yağ Birincil çamur Kimyasal çöktürme çamuru Aktif (Biyolojik) çamur Damlatmalı fitre çamuru Aerobik çürütülmüş çamur Anaerobik çürütülmüş çamur Kompost Foseptik (septik tank) çamuru Tanımlama Büyük boyutlu organik ve inorganik maddelerin tutulmasında kullanılır. Organik madde içeriği sistemin yapısına ve mevsime göre değişim gösterir. Hızlı çökme özelliğine sahip, ağır inorganik katılardan oluşmaktadır. İşletme şartlarına da bağlı olarak yağ ve gres gibi organik maddeleri de içerirler. Birincil ve ikincil çökeltim havuzları yüzeyinden sıyırılarak alınan yüzen maddeleri içerir. Köpük, yağ, bitkisel ve mineral yağlar, hayvansal katı yağlar, parafin, sabun, yiyecek atıkları, sebze ve meyve kabukları, saç, kağıt ve karton, izmarit, plastik, kum ve benzeri maddeleri içerir. Özgül ağırlığı genellikle ~0,95 tir. Birincil (ön) çökeltimden çıkan çamur gri renkte ve yapışkan olup, çoğu zaman yoğun kokuludur. Bu çamur kolaylıkla çürütülebilir. Metal tuzları ile yapılan çöktürmeden çıkan çamur koyu renkli, demir içeriği yüksek olduğunda ise kırmızı renklidir. Kokusu birincil çamur kadar yoğun değildir. Çamurdaki demir veya alum hidratları, çamuru jelatinimsi yapar. Tankta bırakılması durumda birincil çamur gibi yavaş bir çürümeye uğrar, önemli miktarda gaz çıkışı olur. Tankta uzun süreli kalırsa yoğunluğu artar. Kahverengi ve flok ağırlıklıdır. Koyu renk gözleniyor ise septik şartlar oluşmuş demektir. Renk açık ise az havalandırma sonucu çökeltim özelliği kötü çamurdur. İyi şartlardaki çamur toprak kokusundadır. Çamur kolaylıkla septikleşmeye meyillidir, çürük yumurta kokusu yayabilir. Yalnız başına veya birincil çamurla karışmış aktif çamur kolayca çürütülebilir. Kahverengimsi, floklu ve taze olduğunda nispeten kokusuzdur. Aktif çamura göre daha yavaş parçalanmaya uğrar ancak kolay çürütülebilir. Kahve ve koyu kahve renklidir. Floküler özelliklidir. Kötü kokulu olmayıp çoğunlukla küf kokuludur. İyi çürütülmüş çamur kurutma yataklarında kolaylıkla susuzlaştırılabilir. Koyu kahve-siyah renkli olup, çok miktarda gaz içerir. Tam çürütüldüğünde, kötü kokmaz, kokusu hafif, sıcak katran, yanmış lastik veya mühür mumu gibidir. Çamur ince bir tabaka halinde, kurutma yatağına yayıldığında, katılar yüzeyde tutulur, su hızlı şekilde drene olur ve katılar yatak üzerinde yavaşça çökelirler. Çamur kurudukça, gaz çıkar, zengin bahçe toprağı özelliklerindedir. Koyu kahve-siyah renklidir. Ancak kompostlaştırmada kullanılan odun kırıntıları ve sisteme geri döndürülen kompost dolayısıyla renk değişebilir. İyi kompostlaştırılmış çamur kokusuz olup, ticari değerde bahçe toprağı şartlandırıcısı olarak kullanılabilir. Siyah renklidir. İyi çürütülmemesi durumunda hidrojen sülfür ve diğer gazlardan dolayı kötü koyu yayar. Bu durumdaki çamurun kurutulmasında ciddi koku problem ile karşılaşılır.

31 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 17 Tablo 2.4. Ham ve çürütülmüş çamur özellikleri ve kimyasal bileşimi (Metcalf&Eddy, 2003) Ham Ön Çökeltim Çamuru Çürütülmüş Ön Çökeltim Çamuru Ham Aktif Çamur Parametre Birim Aralık Ortalama Aralık Ortalama Aralık Toplam Katı % ,8-1,2 Madde (TKM), KM Uçucu Katı % TKM Madde (TUKM) Yağ-Gres % TKM Çözünmüş Ekstrakte Protein % TKM Azot (N) % TKM 1,5-4,0 2,5 1,6-3,0 3,0 2,4-5,0 Fosfor (P 2O 5) % TKM 0,8-2,8 1,6 1,5-4,0 2,5 2,8-11 Potasyum (K 2O) % TKM 0-1,0 0,4 0-3,0 1,0 0,5-0,7 Selüloz % TKM Demir % TKM 2,0-4,0 2,5 3,0-8,0 4,0 - Silika (SiO 2) % TKM ph ,5-7,5 7 6,5-8 Alkalinite mg CaCO 3/L Organik Asitler mg HAc/L Enerji İçeriği kj/kg AKM Çamur Miktarı Çeşitli proses ve işlemler sonucu üretilen çamur miktarı ve fiziksel özellikleri ile ilgili bilgiler Tablo 2.5 te verilmektedir (Metcalf&Eddy, 2003). Bu bilgilerin yol gösterici olmasına karşın üretilen çamur miktarının büyük değişkenlik gösterdiği unutulmamalıdır. Tablo 2.5. Farklı atıksu arıtma işlemleri ve proseslerinden kaynaklanan çamurun fiziksel karakteristikleri ve miktarları için tipik değerler Arıtma işlemi veya prosesi Katı kısmın özgül ağırlığı Çamurun özgül ağırlığı Katı madde (KM), (kg/10 3 m 3 ) KM (%) Birincil çamur 1,4 1, (150) 5-9 (6) Biyolojik çamur Aktif çamur Damlatmalı filtre Uzun havalandırmalı aktif çamur Havalandırmalı lagün 1,25 1,45 1,30 1,30 1,005 1,025 1,015 1, (80) (70) (100) a (100) 0,8-2,3 (1,3) 1-3 (1,5) Kimyasal ilaveli birincil çamur mg/l kireçle mg/l kireçle 1.9 2,2 1, (300) (800) Denitrifikasyonlu aktif çamur 1,20 1, (18) Filtrasyon 1,20 1, (18) Alg giderimi 1,20 1, (18) Kaba filtreler 1,28 1, b (a) Ön arıtma yok (b) İkincil (biyolojik) arıtmada oluşan çamuru da içermektedir.

32 18 18 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ Farklı çamur tipleri için kişi başına üretim değerleri ile toplam katı madde, azot, fosfor ve potasyum miktarları Tablo 2.6 da verilmiştir (Spinosa ve Vesilind, 2001). Tablo 2.6. Farklı çamur tipleri için kişi başına üretilen miktarlar ve besi maddesi konsantrasyonları Çamur tipi Ham birincil çamur Çürütülmüş birincil çamur Ham aktif çamur Ham birincil + aktif çamur Çürütülmüş birincil + aktif çamur Üretim L/kişi/gün 0,92-2,20 0,25-0,54 1,40-7,31 1,80-2,80 0,60-1,02 Toplam Katı Madde (KM, %) ,5-1, Azot (% KM) 1,5-5,0 4,0-4,5 3,0-10,0 4,0-6,0 1,0-6,0 Fosfor (% KM) 0,6-2,8 1,3-1,5 1,0-7,0 1,0-1,2 0,5-5,7 Potasyum (% KM) <1,0 0,2-0,3 0,10-0,86 - <4,0 Ham (herhangi bir işlem uygulanmamış) arıtma çamurları ile çürütülmüş çamurların tipik kimyasal bileşimi ise Tablo 2.7 de verilmiştir (Metcalf&Eddy, 2003). Tablo 2.7. Ham ve çürütülmüş çamurların tipik kimyasal bileşimi Kirletici Madde Ham Birincil Çamur Çürütülmüş Birincil Çamur Ham Aktif Çamur Toplam katı madde (KM), % 5-9 (6) 2-5 (4) 0,8-1,2 Uçucu katılar (% KM) (65) (40) Gres ve yağlar (% KM) Eterde çözünebilen (18) Eterde ekstrakte edilebilen 7-35 Protein (% KM) (25) (18) Azot (N, % KM) 1,5-4 (2,5) 1,6-3,0 (3,0) 2,4-5,0 Fosfor (P 2O 5, % KM) 0,8-2,8 (1,6) 1,5-4,0 (2,5) 2,8-11 Potasyum (K 2O, % KM) 0-1 (0,4) 0-3,0 (1,0) 0,5-0,7 Selüloz (% KM) 8-15 (10) 8-15 (10) - Demir (% KM) 2,0-4,0 (2,5) 3-8 (4) - Silika (SiO 2, % KM) ,5-8,0 ph Alkalinite (mg/l CaCO 3) Organik asit (mg HAc/ L) Enerji içeriği (kj/kg AKM) 5,0-8,0 (6,0) (600) (500) (25000) 6,5-7,5 (7,0) (3000) (200) (12000) ABD deki 25 atıksu arıtma tesisinden elde edilen verilere göre ham birincil çamur oluşumu 0,2-0,3 kg KM/m 3 debi dir. Birincil çamur üretimi aşağıdaki ifade yardımıyla hesaplanabilir (Spinosa ve Vesilind, 2000): W BÇ = Q i E AKM C AKM 10 5 (2.1) Burada; WBÇ : Birincil çamur üretimi (kg KM/gün) Qi : Tesiste arıtılan suyun debisi (m 3 /gün) EAKM : Ön çökeltim havuzundaki AKM giderimi (%) CAKM : Ön çökeltim girişindeki AKM (mg/l) Yine ABD de 18 büyük atıksu arıtma tesisinden elde edilen verilere göre ilk çökeltim havuzlarının AKM giderimi, E AKM = t (a + b t) (2.2)

33 19 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 19 ifadesinden tahmin edilebilmektedir. Burada t, ilk çöktürme havuzundaki bekleme süresini (dakika), a ve b değerleri ise sırasıyla a = 0,406 dakika ve b = 0,015 olarak alınabilen sabitleri göstermektedir. Genelde %70 i pek aşmayan EAKM, kimyasal madde desteği ile %90 seviyelerine kadar arttırılabilmektedir. ABD deki 18 büyük atıksu arıtma tesisinden elde edilen verilere göre oluşan fazla aktif (biyolojik) çamur miktarı; W x = W I + a W UKM + b BOİ çöz (2.3) ifadesinden hesaplanabilmektedir. Burada; Wx : Fazla aktif çamur oluşumunu (kg KM/gün) WI : Ön çökeltim çıkış akımındaki sabit inert AKM miktarını (kg KM/gün) WUKM : Ön çökeltim çıkış akımındaki UKM miktarını (kg KM/gün) BOİçöz : Ön çökeltim çıkış akımının çözünmüş BOİ5 miktarını (kg/gün) a : 0,6-0,8 ve b : 0,3-0,5 deneysel sabitleri göstermektedir. Tecrübeler ilk yaklaşımda Wx için 0,5 kg KM/kg BOİgid alınabileceğini göstermektedir. Water Environment Federation MOP NO.8 (1992) ye göre fazla aktif çamur oluşumu aşağıdaki ifadeden tahmin edilebilmektedir. W X = Q [Y (BOİ 0 BOİ e ) (1 + b θ c ) + X i0 + X n0 ] (2.4) Burada; Q : Aktif çamur tesisi havalandırma havuzuna giren debiyi (geri devir hariç), L/gün Y : Gerçek biyokütle dönüşüm verimini (kg UKM/kg BOİgid) BOİ0 : Aktif çamur havalandırma girişindeki çözünmüş BOİ5 i (mg/l) BOİe : Son çöktürme çıkışındaki çözünmüş BOİ5 i (mg/l) b : İçsel solunum hız sabitini (0,04-0,075, ort. 0,06 gün -1 ) θc : Aktif çamur sistemi çamur yaşını (gün) : Havalandırma havuzu girişindeki inert (sabit) AKM konsantrasyonunu (mg/l) Xi0 Xn0 : Havalandırma havuzu girişindeki UKM nin biyolojik olarak parçalanamayan kısmını (mg/l) göstermektedir. Aktif çamur sistemlerinde Y, çamur yaşı arttıkça hızlı bir şekilde azalır. θc = 10 ve 20 gün için Y sırasıyla ~ 0,85 ve 0,7 kg UKM/kg BOİ5,gid alınmalıdır (Şekil 2.1).

34 20 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ Şekil 2.1. Çamur yaşına karşılık biyokütle dönüşüm veriminin değişimi Damlatmalı filtre ve biyodisklerde oluşan fazla biyolojik çamur için, tecrübelerden hareketle ~ 0,1 kg UKM/kg BOİ5,gid değeri esas alınabilir. AB ülkelerindeki biyolojik fazla çamur (çamur keki) oluşumu 40~60 g KM/EN gün aralığında seyretmektedir (Zessner vd, 2010). Türkiye deki biyolojik AAT lerinde çamur üretimi g KM/EN gün olarak öngörülmektedir (İnsel vd., 2014). İSKİ nin biyolojik AAT leri için yukarıdaki değer g KM/EN gün aralığında seyretmektedir. Çamurda hacim-kütle ilişkileri Arıtma çamurlarının hacmi büyük oranda içerdikleri su ve katı madde oranlarına bağlıdır. Örneğin %10 katı maddeli çamur, ağırlıkça %90 su içerir. Katı madde, sabit (mineral) katı ve uçucu organik katıdan oluşmuş ise çamurun içerdiği katı maddenin özgül ağırlığı aşağıdaki gibi hesaplanır: W s = W f + W v (2.5) S s ρ w S f ρ w S v ρ w Bu ifadede, Ws : çamurun toplam katı madde ağırlığı Ss : toplam katının özgül ağırlığı w : suyun yoğunluğu Wf : sabit katının (mineral kısım) ağırlığı Sf : sabit katının özgül ağırlığı Wv : uçucu katının ağırlığı : uçucu katının özgül ağırlığı Sv Çamur hacmi (V) aşağıdaki eşitlik yardımıyla; V = w S ρ W S s P s Ws : kuru katı ağırlığı, kütle w : suyun yoğunluğu, kütle/hacim 3 (2.6)

35 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 21 Ss Ps : çamurun özgül ağırlığı : yüzde katı Çamurun hacminin % KM oranına göre değişimi de yaklaşık olarak aşağıdaki eşitlikle belirlenebilir. VV 1 = PP 2 (2.7) VV 2 PP 1 V1 ve V2: çamur hacimleri P1 ve P2: katı madde yüzdesi Örneğin %1 KM li V hacimli bir çamurda yoğunlaştırma sonucu KM oranı %2 ye yükseltildiğinde yeni hacim V = 0,01, V = V olur (veya yarıya düşer). 0,02 2 Çeşitli arıtma işlemlerinde oluşması beklenen çamur KM oranları (% KM) da Tablo 2.8 ve Tablo 2.9 da ayrıca verilmiştir. Tablo 2.8. Avrupa Ülkeleri ve Rusya da arıtma çamuru karakteristiği (Turovskiy ve Mathai, 2006) Ham Birincil Çamur Arıtılmış Birincil Çamur Arıtılmış Çamur Karışımı (Birincil ve Yoğunlaştırılmış Aktif Çamur) Yoğunlaştırılmamış Aktif Çamur Toplam katı madde (TKM) (%) 4,5 6,0 0,5 3,0 Uçucu katı madde (TKM nin % si) Yağ ve gres Protein (TKM nin % si) Amonyak azotu (TKM nin % si) 3,0 2,0 5,0 3,5 Fosforik asit 1,4 2,0 4,0 3,0 K 2O (TKM nin % si) 0,5 0,4 0,4 0,4 ph Tablo 2.9. Kuzey Amerika da arıtma çamuru karakteristiği (Turovskiy ve Mathai, 2006) Birincil Çamur Aktif Çamur Aralık Tipik Değer Aralık Tipik Değer Toplam katı madde (TKM) (%) ,4-1,5 1 Uçucu katı madde (KM % si) Özgül ağırlık 1,02 1,01 Yağ ve gres Eterde çözülebilen (KM % si) Eterde ekstrakte edilebilen (KM % si) 7-35 Protein (KM % si) Azot (N, KM % si) 1,5-4,0 2,5 2,4-5,0 Fosfor (P 2O 5, KM % si) 0,8-2,8 1,6 2,8-11,0 Potasyum oksit (K 2O, KM % si) 0-1 0,4 0,5-0,7 Selüloz (KM % si) Demir (sülfür değil, KM % si) 2-4 2,5 Silika (SiO 2, KM % si) ph ,5-8,0 7 Alkalinite (mg/l CaCO 3) Organik asit (mg HAc/L) Enerji içeriği: kj/kg Btu/Ib

36 22 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ Örnek. Ham ve çürütülmüş çamurun hacminin hesaplanması Aşağıdaki özelliklere sahip olan 1000 kg (katı madde olarak) ön çökeltim çamurunun anaerobik çürütülmesi sonucu oluşacak çürütülmüş çamur hacmini ve çürütme sonucu olacak hacim azalmasını hesaplayınız. Ön çökeltim çamuru Çürütülmüş çamur Katı madde, % 5 10 Uçucu katı madde, % (gazlaşan) Sabit katı maddelerin özgül ağırlığı 2,5 2,5 Uçucu katı maddelerin özgül ağırlığı 1,0 1,0 1. Ön çökeltim çamurundaki katı maddelerin ortalama özgül ağırlığı; 1 SSSS = 0,3 2,5 + 0,7 1,0 = 0,82 SSSS = 1 0,82 = 1,22 2. Ön çökeltim çamurunun özgül ağırlığı; 1 SSç = 0,05 1,22 + 0,95 1,0 = 0,99 SSç = 1 0,99 = 1,01 3. Ön çökeltim çamuru hacmi; VV = 1000 kkkk [(1000 kkkk mm 3) (1,01) (0,05)] = 19,8 mm3 4. Çürütmeden sonra uçucu katı madde yüzdesi; % UUçuuuuuu kkkkkkkk mmmmmmmmmm = % UUçuuuuuu mmmmmmmmmm = Çürrütttttttttttt ssssssssss tttttttttttt uuçuuuuuu kkkkkkkk mmmmmmmmmm Çürrütttttttttttt ssssssssss tttttttttttt kkkkkkkk mmmmmmmmmm 0,5 (0,7 1000) ,5 (700) = % Çürütülmüş çamurdaki toplam katı maddenin ortalama özgül ağırlığı; 1 SSSS = 0,460 2,5 + 0,540 1,0 = 0,724 SSSS = 1 = 1,38 (çürrüttüllllüş kkkkkkkk mmmmmmmmmmmmmmmm) 0, Çürütülmüş çamurun özgül ağırlığı 1 SSSSç = 0,1 1,38 + 0,90 1,0 = 0,97 SSSSç = 1 0,97 = 1,03 7. Çürütülmüş çamurun hacmi; VV = 300 kkkk + 0,5 (700 kkkk) (1000 kkkk mm 3) 1,03) (0,10) = 6,31 mm3 100

37 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI Çürütmeden sonra çamur hacmindeki yüzde azalma; 19,8 6,31 AAAAAAAAAAAA, % = [ ] 100 = % 68 19, Çamur Arıtım Sistemleri Akış Şeması Çamur arıtma proses ve işlemlerinin tek tek verildiği genelleştirilmiş akım şeması, Şekil 2.2 de görülmektedir. Pratikte biyolojik arıtmanın olduğu veya olmadığı göz önüne alınarak çamur arıtma akış diyagramları iki genel sınıfa ayrılır. Biyolojik arıtmanın da dahil olduğu akım şeması Şekil 2.3 te verilmektedir. Çamurların kaynağı ile çamur stabilizasyonu, susuzlaştırma ve uzaklaştırma metotlarına dikkate alınarak yoğunlaştırıcı kullanılır. Biyolojik çürütmenin devamında ekonomik imkanlar ve yerel şartlara bağlı olarak, alternatif metotların birisi çamur susuzlaştırmada kullanılabilir. Endüstriyel ve diğer toksik atıkların bulunması çürütücülerin çalıştırılmasında sorunlara yol açabileceği için, çamur arıtımında farklı seçenekler düşünülmelidir.

38 24 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ Şekil 2.2. Çamur işleme ve uzaklaştırma süreçleri akış diyagramı (Metcalf&Eddy, 2003) 24

39 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 25 (a) (b) (c) Şekil 2.3. Biyolojik çürütme ve üç farklı çamur susuzlaştırma sürecini esas alan tipik çamur arıtma akış diyagramları: a) Bant fitre, b) Santrifüj, c) Kurutma yatağı (Metcalf&Eddy, 2003)

40 26 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ 3. ÇAMUR VE KÖPÜK İLETİMİ Atıksu arıtma tesislerinde üretilen çamurun özellikle susuzlaştırma amacıyla bir sistemden diğerine taşınması gerekmektedir. Çamur, arıtılmak veya atılmak üzere de taşınmak zorunda kalınabilir. Bu maksatla, çamur tipi ve özelliklerine göre, farklı tipte pompaların kullanımı gerekebilir (Şekil 3.1, Metcalf&Eddy, 2003) Çamur Pompası Tipleri Mono (eksantrik milli) pompa: Bu pompa hemen her tür çamurlar için kullanılır. Pompa, aralarında minimum boşluk olan, kauçuk esaslı çift vida ve dişli helezon statoru çalıştıran tek-vida dişli rotordan oluşmaktadır. Hacim veya boşluk, rotor döndükçe emme kısmından deşarj (basma) yönüne kademeli olarak hareket eder. Emme derinliği 8,5 m ye kadar otomatik çekişlidir, ancak kauçuk stator yanabileceğinden kuru iken çalıştırmamak gerekir. Bu tür pompalarla 75 L/s ye ulaşan debilerle 137m lik manometrik terfi yüksekliklerine iletim yapılabilir. Birincil çamurların iletiminde pompa normal olarak öğütücüden sonra yerleştirilir. Pompanın bakım maliyeti, özellikle kumlu birincil çamurun pompalanmasında rotor ve stator aşınması nedeniyle yüksektir. Bu pompaların özellikle yoğun (yüksek KM li) birincil, karışık ve çürümüş çamurların iletiminde kullanılması tavsiye edilir. Santrifüj Pompalar: Tıkanmasız tip (açık fanlı) santrifüj pompalar çamur iletiminde yaygın kullanılmaktadır. Bu tip pompalarda ana sorun uygun kapasitenin seçimidir. Değişken çamur özellikleri, pompa terfi yüksekliğinin de değişmesine yol açar. Seçilen pompalar, hem tıkanmaya yol açmayacak uygun fan açıklığına, hem de çok sulu çamurda sadece suyu pompalamayı önlemek için de yeteri kadar küçük kapasiteye sahip olmalıdır. Kapasiteyi azaltmak için basma tarafındaki vananın kısılması, sık sık tıkanıklığa yol açacağından pratik değildir. Bu nedenle bu pompaların değişken hız sürücü ekipmanlarına (devir kontrolü) sahip olması gerekmektedir. Özel tasarlanmış santrifüj pompalar, büyük tesislerde birincil ve özellikle geri devir çamurlarının iletiminde kullanılır. Tork-akışlı veya yüksek devirli santrifüj pompalar çamur taşımada oldukça etkilidirler. Pompa ile iletilebilen partiküllerin boyutları, emme ve basma borularının çapı ile kısıtlıdır. Pompa çarkının döndürme kuvveti çark önünde girdap oluşturur, ancak burada esas itici güç sıvının kendisidir. Sıvının çoğu çarkla temas etmez, böylelikle aşındırıcı teması en aza indirmiş olur. Ancak çamur iletiminde kullanılan pompaların dönen aksamının aşındırma etkisine karşı nikel veya kromla kaplanmalıdır. Pompalar verilen hızlar için sınırlı yük aralığında çalıştırılmalıdırlar, böylece sistem çalıştırma şartları dikkatlice değerlendirilmiş olur. Pompaların daha geniş aralıklı yüklerde çalıştırılacağı düşünüldüğünde, değişken hız (devir) kontrolleri önerilmektedir. Yüksek basınç gerektiren uygulamalarda tork akışlı pompalar seri bağlanarak (kademeli pompalar) kullanılabilir. Tork akışlı santrifüj pompalar özellikle aktif çamur geri devri ve çürümüş çamurların iletiminde kullanılır. Burgulu (salyangoz) pompalar da aynı maksatlar için kullanılabilir. Diyafram Pompalar: Esnek bir membrana sahip olan diyafram pompalar, basma ve emme etkisi ile kavitasyon oluştururlar. Akım, çek-valf vasıtasıyla bu kavitasyon içine yönlendirilir. Diyafram pompaların kapasitesi diyafram strokunun uzunluğu ve dakikadaki strok sayısı ile değişir. Bunlar çamurların düşük debilerle sınırlı

41 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 27 yüksekliklere iletiminde kullanılırlar. En büyük hava diyaframlı pompa, 14 L/s debiyi 15m yükseğe basma kapasitesindedir. Yüksek Basınçlı Piston Pompalar: Yüksek basınçlı piston pompalar, çamurun uzun mesafelere taşınması gibi yüksek basınç gerektiren uygulamalarında kullanılırlar. Bu pompaların yüksek basınç uygulamaları için geliştirilmiş birçok tipi vardır ve işleyişleri dalgıç pompalara benzer. Başlıca avantajları, Küçük debileri yüksek basınçlarda iletebilir (13800 KN/m 2 ), Boru çapına yakın büyük partikülleri basabilecek durumdadırlar, Farklı katı madde konsantrasyonu aralıklarında çalışabilirler, Pompajı tek kademede gerçekleştirebilirler. Ancak bu tür pompalar oldukça pahalıdırlar. (a ) Mono Pompa (b) Açık Fanlı Santrifüj Pompa (c) Yüksek Devirli Santrifüj (Tork Akışlı) Pompa Şekil 3.1. Çamur Pompaları

42 28 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ (d) Diyafram Pompa (e) Yüksek Basınçlı Piston Pompa Şekil 3.1. Çamur Pompaları (devam) 3.2. Çamur Tipine göre Pompa Seçimi Pompalarla iletilen başlıca çamur tipleri birincil çamur, kimyasal çamur, damlatmalı filtre ve aktif çamur ile yoğunlaştırılmış ve çürütülmüş çamurlardır. Ayrıca arıtma sisteminin çeşitli birimlerinde biriken köpük de pompalanmaktadır. Çamur tiplerine göre hangi tip pompaların seçileceği Tablo 3.1 de özetlenmiştir. Atıksu arıtma tesislerinde kullanılan başlıca pompa tipleri ve kullanım yerleri Şekil 3.2 de ayrıca verilmiştir (Qasim, 1999).

43 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 29 Şekil 3.2. Atıksu arıtma tesislerinde kullanılan başlıca pompa tipleri (Qasim, 1999) 29

44 30 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ Tablo 3.1. Çamur tiplerine göre pompa seçimi uygulamaları (Metcalf&Eddy, 2003) Katı madde veya çamur tipi Elekte tutulan katı atıklar Kum Köpük Birincil çamur Biyolojik çamurlar Kimyasal çöktürme çamuru Çürütülmüş çamur Damlatmalı çamuru Filtre Geri devir çamuru veya atık aktif çamur Yoğunlaştırılmış çamur Kullanılan pompa Pompalanmaz Tork akışlı (yüksek devirli) Santrifüj Klapeli pompa, Mono pompa Diyafram pompa Açık fanlı santrifüj pompa Klapeli pompa, tork-akışlı, mono pompa, santrifüj ve diyafram pompalar Yorumlar Pnömatik ejektör kullanılabilir Aşındırıcı karakteri ve kumaş vb. bulunması pompalamayı zorlaştırır. Sürtünme ve zorlama olabilir. Pnömatik ejektör veya mammut pompa da kullanılabilir. Çamur genellikle çamur pompası ile pompalanır. Vanalar, çamur ve köpük durumuna göre ayarlanır. Büyük sistemlerde ayrı köpük pompaları kullanılır. Pompalamadan önce, homojenleştirmek için köpük karıştırıcı kullanılır. Pnömatik ejektör de kullanılabilir. Birincil çamurun mümkün olduğu kadar konsantre olması istenir, çamur toplamak ve yoğunlaştırılmak için çamur haznesinde toplanır, daha sonra pompalanır. Ham birincil çamurun özelliği, arıtma sistemi tipine, verimine ve sudaki katı maddelerin özelliğine göre değişkenlik gösterir. Birincil çamurdakilerle aynı Biyolojik arıtmada 1) Atık aktif çamur, 2) Damlatmalı filtre sonrası biyofilm çamuru, 3) Çürütme tankı süzüntü suyu ve 4) Susuzlaştırma işleminden dönen çamur, çamur özelliğini etkiler. Tork akışlı santrifüj, mono pompa, diyafram, yüksek basınçlı piston Tıkanmasız ve tork akışlı santrifüj, mono pompa ve diyafram pompalar Tıkanmasız ve tork akışlı santrifüj, mono pompa ve diyafram pompalar Diyafram, yüksek-basınçlı piston, mono pompa Mono pompa, tork akışlı santrifüj pompa Birçok durumda, çamurun özelliği, santrifüj pompa için uygun değildir. İyi çürütülmüş çamur homojen olup %5-8 katı madde ve gaz kabarcıkları içerir, %12 ye kadar katı madde içerebilir. İyi çürütülmemiş çamuru kullanmak zordur. Elek ve kum tutucu kullanılmış ise tıkanmasız santrifüj pompaları da kullanılabilir. Çamur genellikle homojen karakterde olup, kolaylıkla pompalanır. Çamur sulu ve ince katıları içerdiğinden tıkanmasız pompalar kullanılabilir. Bu pompalarda floküle partiküllerin kırılmasını en aza indirmek için düşük hızlar önerilir. Dönüşümlü kullanılan mono pompalar çamur kütlesini hareket ettirebilme özelliğine sahip olduğundan konsantre çamurlar için uygundur. Tork akışlı pompalarda kullanılabilir ancak itici güç veya sulandırma gerekebilir Hidrolik Yük (Enerji) Kayıpları Hesabı Çamur iletimi esnasında oluşan yük kaybı, çamur özelliğine, boru çapına ve akış hızına bağlıdır. Katı ve uçucu madde konsantrasyonunun artması ve düşük sıcaklık yük kaybında artışlara sebep olmaktadır. Çamurun katı madde (KM) yüzdesi ile uçucu kısmın (UKM) yüzdesi çarpımının 600 ü aşması durumunda pompalamada güçlüklerle karşılaşılır.

45 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 31 Su, yağ ve diğer akışkanlar Newtonian karakterlidir. Laminer akış şartlarında bu tür sıvılardaki basınç düşüşü, hız ve viskozite ile doğru orantılıdır. Hız belli kritik değerin üzerine ulaştığında, akış türbülanslı olur. Yoğunlaştırılmamış aktif çamur ve damlatmalı filtre çamuru gibi sulu çamurlar suya benzer davranış gösterirler. Ancak konsantre (yoğunlaştırılmış) aktif çamur Newtonian sıvı özelliğinde değildir. Newtonian olmayan sıvılar için laminer şartlardaki basınç düşüşü akış hızı ile orantılı olmadığından viskozite de sabit değildir. Yoğunlaştırılmamış aktif çamur ve damlatmalı filtre çamurunun pompalarla iletilmesindeki yük kaybı, suyun iletimindeki yük kaybından %10-25 daha büyüktür. Düşük akım hızlarında birincil, çürütülmüş ve yoğunlaşmış çamurlar plastik davranış gösterir. Bu durumda söz konusu direncin yenilebilmesi için önce belli bir basınç gerekir ve sonra akış başlar. Laminer akış boyunca, alt kritik hız 1,1 m/s ye ulaşana kadar, direnç hızın birinci kuvveti ile artar. Yaklaşık 1,4 m/s den daha yüksek kritik hızda akış türbülanslı olarak düşünülebilir. Türbülanslı akım şartlarında, çürütülmüş çamurların iletimi sonucu oluşan yük kaybı suyun iletimine göre 2~3 kat daha fazla olabilir. Polimerle şartlandırılmış birincil ve konsantre çamurlar ile köpük iletiminde yük kaybı da oldukça büyük olabilir. Basitleştirilmiş Yük Kaybı Hesabı: Kısa çamur iletim hatları için yük kaybının hesabında nispeten kolay bir yöntem kullanılmaktadır. Yük kaybını hesaplamak için k faktörü, çamur tipi ve katı madde konsantrasyonuna bağlı olarak geliştirilmiş deneysel eğriden elde edilir (Şekil 3.3). Pompalanan çamurun yük kaybı, Darcy-Weisbach, Hazen-Williams veya Manning eşitlikleri ile su için bulunan yük kaybı k ile çarpılarak bulunur. Arıtma sisteminde çamur hattı uzunluğu genellikle sınırlı olduğundan, sürtünme kayıpları için basitleştirilmiş hesap yöntemini uygulamak yeterlidir. Uzun çamur hatlarında ise sürtünme kaybının tahmin edilmesi, mühendislik, ekonomik ve işletme faktörlerinin kapsamlı analizini içeren daha dikkatli bir çalışmayı gerektirir. Yük kaybının yaklaşık tahmini, Şekil 3.3 (b) deki grafikler kullanılarak da yapılabilir. Şekil 3.3 (b) laminer akım şartları altında; En düşük hız 0,8m/s olmak, Akışkanlığın hıza bağlı olarak artması (Tiksotropik davranışı) dikkate alınmamak üzere, Borunun yağ-gres veya diğer katılarla tıkanmadığı kabulü ile kullanılabilir. Şekil 3.3. (a) Farklı çamur tip ve konsantrasyonları (KM oranları) için k (yük kaybı çarpım) faktörleri

46 32 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ Şekil 3.3. (b) Boruda farklı hızlar ve çamur Katı Madde oranları için, k (yük kaybı çarpım) faktörleri (Metcalf&Eddy, 2003) Ham birincil çamurun yoğunluğu genelde pompalama süresince değişir. Başta en konsantre çamur pompalanır. Çamurun büyük kısmı pompalandıktan sonra, bu kez su ile aynı hidrolik özelliğe sahip sulu çamur pompaya gelir. Çamur özelliğindeki bu değişim santrifüj pompanın en uygun debi aralığı dışında çalışmasına sebep olur. Pompa motoru, ek yüklere ve değişken hız şartlarına, özellikle hızı düşürmeye, uygun olacak şekilde seçilmelidir. Pompa motoru, yüksek hızlı terfide oluşan maksimum yük kaybı için gerekli kapasitede seçilmemiş ise, aşırı yüklenecek veya zarar görecektir. Santrifüj pompalarda gerekli işletme hızı ve motor gücünü belirlemek için, iletim hattı karakteristik eğrisi; Beklenen en yoğun çamur, Ortalama işletme şartları, Su için belirlenmelidir. Bu sistem eğrileri, geçerli hız aralığına ait pompa (H-Q) eğrisi grafiği üzerine çizilir. Belli pompalar için maksimum ve minimum hızlar, pompa karakteristik eğrisi ile sistemin istenen kapasitedeki karakteristik eğrisinin kesim noktası olarak elde edilir. Maksimum hız için pompa karakteristik eğrisinin boru hattının su için olan sistem eğrisi ile kesişim noktası pompa için gerekli yükü (manometrik terfi yüksekliği) belirler. Çamur iletiminde, Hazen-Williams formülü için esas alınacak pürüzlülük katsayıları Tablo 3.2 de verilmiştir.

47 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 33 Tablo 3.2. Farklı tip çamurlarda Hazen-Williams formülü için esas alınacak pürüzlülük katsayıları (Qasım, 1999) Pürüzlülük katsayısı, C Çamurdaki katı madde (%) Ham çamur Arıtılmış çamur Yük kaybı hesabında çamurun reolojik özelliklerinin dikkate alınması: Arıtma çamurlarının uzak mesafelere taşınması için, çamurun reolojik özelliklerini dikkate alan özel bir yük kaybı hesap metodu da geliştirilmiştir. Bu hesap metodu, Babbitt ve Caldwell (1939) tarafından gerçekleştirilen deneysel ve teorik çalışmalar sonucu laminer akım şartları için geliştirilmiştir. Su, yağ ve diğer birçok sıvı Newtonian olup, laminer akım şartlarında basınç düşüşü hız ve viskozite ile doğru orantılıdır. Hız artışı kritik değeri geçtikçe, akım türbülanslı olmaya başlar. Laminer akımdan türbülanslı akıma geçiş Reynolds sayısına bağlı olup, akışkan viskozitesi ile ters orantılıdır. Ancak konsantre atıksu çamuru Newtonian karakterde değildir. Çamur iletiminde laminer şartlar altındaki basınç düşüşü debi ile orantılı olmayıp, ayrıca viskozite de sabit değildir. Bu yüzden türbülanslı akım şartlarında çamurlar için Reynolds sayısı belirsizdir. Çamurun Bingham plastik karakteri gösterdiği bilinmektedir. Bu özelliğe göre akış başladıktan sonra, kayma gerilmesi ve akış arasında doğrusal bir ilişki vardır. Bingham plastik akışkan iki sabit ile tanımlanır; Sınır kayma gerilmesi, ττ yy, Rijitlik katsayısı, Sınır kayma gerilmesi ve rijitlik katsayısı için katı madde yüzdesine bağlı tipik aralıklar Şekil 3.4 (a), (b) de gösterilmiştir. Özel uygulamalar için reolojik verilerin pilot ölçekli deneysel çalışmalarla belirlenmesi gerekmektedir. Çamur için sürtünmeye bağlı basınç düşüşünü (yük kaybı) hesaplamada iki boyutsuz sayı, Reynolds sayısı ve Hedstrom sayısı kullanılabilir. Reynolds sayısı aşağıdaki gibi tanımlanır; RRRR = ρρρρρρ Burada; Re : Reynolds sayısı, boyutsuz, : çamurun özgül kütlesi, kg/m 3 V : ortalama hız, m/s D : boru iç çapı, m : rijitlik katsayısı, kg/m.s Hedstrom sayısı da aşağıdaki ifade ile tanımlanır; (3.1)

48 34 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ HHHH = DD2 ττ yy 2 (3.2) He : Hedstrom sayısı, boyutsuz τy : sınır kayma gerilmesi, N/m 2 g : 9,8 m/s 2 yerçekimi ivmesi Türbülanslı akım şartları için boru hatlarındaki basınç düşüşü ( pp) aşağıdaki gibi hesaplanır; pp = 2ffLVV2 DD p : sürtünme dolayısıyla basınç düşüşü, N/m 2 F : sürtünme faktörü L : Boru uzunluğu, m (3.3) Yukarıdaki eşitliklerden de görüldüğü gibi, Reynolds sayısı, viskoziteye bağlı bilinen Reynolds sayısı ile aynı değildir. Plastik özellikli akışta, etkin bir viskozite tanımlanabilir, ancak bu değişkendir ve rijitlik katsayısından çok büyüktür. Sürtünme faktörü f, su için belirlenen f den oldukça farklı olup, su için bulunan şekilde kullanılan değerin (Şekil 3.4 (b)) dört katı olabilir. Not: Ib/ft 2. 47,8803 =N/m 2 Şekil 3.4. (a) Çamur reolojisini dikkate alan yöntemlere göre borularda yük kaybı hesabı için eğriler (Metcalf&Eddy, 2003)

49 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 35 Şekil 3.4. (b) Çamur reolojisini dikkate alan yöntemlere göre borularda yük kaybı hesabı için eğriler; Bingham plastiği olarak tanımlanan çamur için sürtünme faktörü (f) (Metcalf&Eddy, 2003) Katı madde (KM) oranı %1-5 aralığında değişen arıtma çamurlarının borularla uzun mesafelere iletim durumundaki yük kayıplarının hesabı ile ilgili olarak Munakami vd. (2001) tarafından yapılan kapsamlı deneysel ve teorik çalışmalar sonucu aşağıdaki ifadelerin kullanılması önerilmektedir: Laminer akım şartlarında (Re<2320): L H f (m) = 1, k 0,88 D 1,20 v0,20 (3.4) Burada; Hf : D çaplı ve L uzunluklu borudaki sürekli yük kaybı (m) D : Boru iç çapı (m) v : Borudaki akım hızı (m/s) L : İletim hattı uzunluğu kk = 0,0059 CC 2,74, çürütülmüş çamur için psödoplastik vizkozite katsayısı kk = 0,052 CC 2,91, yoğunlaştırılmış çamur için psödoplastik vizkozite katsayısı kk = 0,050 CC 3,06, fazla aktif çamur için psödoplastik vizkozite katsayısı C : İletilen çamurun KM oranı (%) Türbülanslı akım şartlarında (Re>2320): H f (m) = 9,06 ( 1 ) 0,93 (1 C 100 ) L C H D 1,18 v1,82 (3.5) Burada; C H = 110, beton kaplı çelik/font borular C H = 95, karbon çelik borular olmalıdır. Yük kayıplarının minimum olduğu kritik akım hızı (vc) da KM oranı %5 olan çamurlar için, v c (m/s) = 1,20 c H 100 k0,52 (3.6) olarak ifade edilmektedir. 35

50 36 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ Yukarıdaki ifadelerin özellikle %2-5 oranında KM içeren çamurların iletiminde iyi sonuçlar verdiği belirtilmektedir, (Munakami vd., 2001) Çamurun Boru Hatları ile İletimi Arıtma tesislerinde, çamur ileten boru hatlarında çap 150 mm den küçük olmamalıdır, ancak CTP hatlarda daha küçük çaplar da başarı ile kullanılır. Hız 1,5-1,8 m/s yi aşmadığı sürece boru çapı 200 mm den büyük olmamalıdır. Çamur geri devir hattının çapı 200 mm den az olmamalıdır. Pompa bağlantı borularında da çap 100 mm den küçük olmamalıdır. Birincil çamur ve köpüğün taşınmasında, çamurdaki gres, borunun iç çeperlerini kaplama eğilimindedir. Gres birikimi büyük tesislerde küçük sistemlere kıyasla daha fazla probleme yol açar. İç çeperlerin kaplanması, etkin çapı azaltıp terfi yüksekliğini büyük oranda arttırır. Bu yüzden, düşük kapasiteli mono pompalar için hesaplanan teorik yükün belli oranda fazlası esas alınır. Sulu çamurun pompalanması durumunda, yağ birikiminin yol açacağı yük kaybı daha uzun sürede ve yavaş olacaktır. Büyük kapasiteli santrifüj pompalar, çoğunlukla sulu çamurun pompalanmasında kullanılır. Bazı sistemlerde, cidarlarda biriken yağı eritmek için ana boru hattından sıcak su, buhar veya çürütme tankı üst suyu geçirilir. Arıtma tesislerinde, boru boylarının kısa olması dolayısıyla sürtünme kayıpları genellikle daha az olur ve emniyet faktörü belirlemede daha az zorlukla karşılaşılır. Uzun çamur hatlarının tasarımında ise aşağıdaki özel tasarım önlemleri düşünülür; Tek boru hattının tıkanması durumuna önlem olarak iki boru hattı önerilir. Dış korozyon ve yükler için önlemler alınır. Basınçlı boru hattına seyreltik su (yıkama/açma suyu) vermek için ilave tedbirler (bağlantılar) sağlanır. Arıtma sistemine boru temizleyici yerleştirmek için gerekli donanım temin edilir. Buhar enjeksiyonuna imkan vermek için tedbirler alınır. Hattın yüksek ve düşük kotlu noktalarında hava ve sıvı tahliye vanaları bulundurulur. Tasarımda su darbesi etkileri de dikkate alınır.

51 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI ARITMA ÇAMURLARINA UYGULANAN ÖN İŞLEMLER Çamur öğütme, kum ayırma, karıştırma ve depolama birimleri, çamur işleme ünitesine homojen ve sabit özellikli bir çamur verebilmek için gereklidir. Karıştırma ve depolama, uygun tasarlanmış bir birimde veya iki ayrı birimde gerçekleşebilir Öğütme Öğütme, tıkanmaları ve dönen ekipmanlara sarılmaları önlemek için, çamurdaki büyük ve şerit halindeki maddeleri kırma veya kesme kuvveti ile küçük parçacıklar haline getiren bir prosestir. Çamur öğütmeyi gerektiren bazı prosesler ve amaçları Tablo 4.1 de verilmektedir. Öğütücüler yoğun bakım gerektirir, ancak yeni nesil düşük hızlı öğütücülerin yeni modelleri daha dayanıklı ve güvenilirdir. Bu tür yeni tasarımlar, geliştirilmiş taşıma ve kapama, kesme işlemi için sertleştirilmiş çelik malzeme, aşırı yüklemeye duyarlılık, tıkanıklığı açmak için ters dönen kesiciler veya tıkanıklığın geçmemesi durumunda ünitenin durdurulması için gerekli mekanizmaları içermektedir. Tablo 4.1. Çamur öğütmeyi gerektiren prosesler veya işlemler (Metcalf&Eddy, 2003) İşlem veya proses Mono pompayla pompalama Santrifüjle ayırma Bant filtre ile susuzlaştırma Isıl arıtma Klorla oksidasyon 4.2. Kum Ayırma Öğütmenin amacı Tıkanmayı önleme ve aşınmayı azaltma Tıkanmayı önleme, genellikle büyük parçacıklar tutulduğu için çamur öğütme gerekmez. Çamur dağıtma sisteminin tıkanmasını önlemek, merdanenin eğrilmesini önlemek ve daha uniform susuzlaştırma sağlamak Yüksek basınç pompasının, ısı değiştiricinin tıkanmasını önlemek Çamur partikülleri ile klorun temasını arttırmak. Birincil çökeltim tanklarının önünde kum tutucuların bulunmadığı bazı tesislerde veya kum tutucuların pik debileri ve yükleri karşılamakta yetersiz kaldığı durumlarda, çamurun işlenmesinden önce kumun ayrılması gerekebilir. Birincil çamurun yoğunlaştırılması planlanıyorsa, çamurdan kum ayırma pratik bir çözümdür. Çamurdan kum ayırmanın en etkin metodu, santrifüj kuvvetlerinin uygulanmasıdır. Bu işlem, hiçbir hareketli parçası olmayan siklon kum ayırıcılarla gerçekleştirilebilir. Çamur siklonun silindirik besleme kısmına teğetsel olarak gönderilir ve üzerine bir santrifüj kuvveti uygulanır. Ağır kum partikülleri silindir kısmın dışına gider ve konik besleme bölümünden (alttan) dışarı atılır. Organik çamur ise ayrı bir çıkıştan (üstten) deşarj edilir. Siklon kum tutucunun verimi, basınca ve çamurdaki organik madde konsantrasyonuna bağlıdır. Verimli bir kum giderimi için çamur seyreltik olmalıdır. Çamur konsantrasyonu arttıkça, giderilebilecek dane çapı düşer. Siklon kum tutucular kullanıldığında, çamur fazı genellikle bir yoğunlaştırıcıya gönderilir Karıştırma Çamur, birincil, ikincil ve ileri atıksu arıtma sistemlerinde üretilir. Birincil çamur, ham atıksuyun taşıdığı çökebilen katılardan ikincil çamur ise, biyolojik ve çökebilen katılardan oluşur. İleri arıtım sistemi çamuru, biyolojik ve kimyasal çamurdan oluşabilmektedir. Çamur, homojen bir karışım elde edilerek, daha sonraki işlem ve prosesler için hazırlanır. Çamurun uniform özellikli olması, susuzlaştırma, ısıl arıtım ve 37

52 38 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ yakma gibi kısa bekletme süreli sistemler için çok önemlidir. Uygun özellikli iyi karıştırılmış çamur, sistemin işletme verimini büyük ölçüde arttırır. Birincil, ikincil ve ileri arıtımdan kaynaklanan çamur birkaç şekilde karıştırılır; Ön çökeltim tankında: İkincil ve ileri arıtım çamurları ön çökeltim tankına geri döndürülerek birincil çamur ile birlikte çökeltilir. Borularda: Bu durumda iyi bir karıştırma için çamur kaynağının ve besleme hızının dikkatli kontrol edilmesi gerekmektedir. Aksi takdirde çamurda istenmeyen özellikler elde edilebilir. Uzun bekletme süresi gerektiren çamur işleme sistemlerinde: Havalı ve havasız çürütücüler (tam karışımlı tipleri) beslenen çamurları uniform bir şekilde karıştırırlar. Ayrı karıştırma tankında: Bu yöntem karıştırılmış çamurun kalitesini kontrol etmek için en iyi imkanı sağlar. Genelde 44 L/s altında kapasiteli arıtma sistemlerinde, karıştırma ön çökeltim tankında gerçekleştirilir. Daha büyük sistemlerde ise optimum verime karıştırmadan önce ayrı yoğunlaştırıcı ile ulaşılır. Karıştırma tankı genellikle, mekanik karıştırıcı ve yönlendirme perdesinden oluşmaktadır Disintegrasyon Arıtma çamuru disintegrasyonu (dezentegrasyonu), dış gerilmeler uygulanarak arıtma çamuru yapısının deforme edilmesi olarak tanımlanmaktadır. Fiziksel, kimyasal veya biyolojik kuvvetler uygulanarak disintegrasyon gerçekleştirilebilmektedir. Disintegrasyon işlemi çamurun pek çok özelliğini değiştirmektedir. Bu işlem uygulandığında, çamur flok yapısı bozulmakta ve mikrobiyal hücre duvarları tahrip edilmektedir. Hücre duvarının parçalanması ile hücre duvarı tarafından korunan maddeler sıvı faza geçmekte, çözünür forma dönüşmektedir. Etkin bir disintegrasyon sonucunda çamur bünyesindeki organik maddelerin büyük bir kısmı sıvı faza geçmekte, sıvı faza geçemeyen katı çamur partikülleri ise büyük oranda inorganik maddeleri içermekte ve bu sebeple disintegrasyon uygulanmış arıtma çamurları susuzlaştırma sonrasında daha yüksek katı madde içeriklerine ulaşmaktadırlar. Disintegrasyonu sonrasında sıvı faz, hücre içi bileşenleri olan aminoasit, nükleik asit ve yağ asitleri gibi çözünmüş organik bileşikleri ve çözünebilen formdaki diğer organik bileşenleri içermektedir. Sıvı faz karbon, azot ve fosfor bileşikleri açısından oldukça zengindir. Karbon bileşikleri daha sonraki biyolojik proseslerde kolaylıkla parçalanabildiklerinden bu bileşikler atıksu arıtımında denitrifikasyon veya ileri biyolojik fosfor giderimi proseslerinde karbon kaynağı olarak kullanılabilmektedir (Foladori vd., 2010) Çamur Parçalama için Gerekli Enerji Bütün mekanik disintegrasyon sistemleri için aşağıdaki genel ve ortak hususlar geçerlidir: Düşük enerji seviyelerinde, partikül boyutunun küçültülmesi ile çamur floklarının hızlı biçimde disintegrasyonu sağlanır.

53 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 39 Yüksek enerji seviyelerinde mikroorganizmaların da parçalanması ile hücre duvarının hasar görmesi sonucu hücre içi bileşiklerin açığa çıkması (ortama salınması) sağlanır. Mikroorganizmaları bir arada tutmak için gerekli enerji, bakteri hücre duvarlarını parçalamak için ihtiyaç duyulan enerjiye göre daha azdır. Düşük enerji seviyelerinde mikroorganizma flokları ve biyopolimerlerin birbirinden ayrılması sağlanabilir. Ancak yüksek enerji seviyelerinde mikroorganizma hücre duvarlarının parçalanması mümkündür. Genelde yüksek enerji seviyelerinde ilk önce daha büyük mikroorganizmaların hücre duvarları hasar görür. Daha küçük mikroorganizmaların hücre duvarlarının da aynı ölçüde hasar görebilmesi için çok yüksek enerji seviyelerinin uygulanması gerekir. Özgül enerji, birim çamur biyokütlesi (kg KM) başına düşen enerji (Es), mekanik disintegrasyonun sonuçlarını açıklamak üzere en yaygın kullanılan parametredir. Özgül enerji (Es) aşağıdaki ifade ile hesaplanabilir: Burada; P t E s = P. t ( kj KM) (4.1) V. X. 100 kg : uygulanan gücü (W) : temas süresini (s) V : arıtılan çamur hacmini (m 3 ) X : çamur konsantrasyonunu (kg KM/m 3 ) göstermektedir. Disintegrasyon metotlarını kimyasal, mekanik, termal ve biyolojik metotlar olmak üzere dört ana başlık altında toplamak mümkündür. Çamurun disintegrasyon işlemi sonrasında indirgenebilirlik özelliğini değerlendirmek amacıyla disintegrasyon derecesi (DD) parametresi kullanılmaktadır. Bu parametre Formül (4.2) kullanılarak % olarak hesaplanmaktadır. DD = [(KOİ 1 KOİ 2 )/(KOİ 3 KOİ 2 )] 100 (4.2) Burada; KOİ1 : disintegrasyon sonrasında çamur sıvısındaki KOİ konsantrasyonu, KOİ2 : ham çamur sıvısındaki KOİ konsantrasyonu, KOİ3 : kimyasal disintegrasyon sonrasında çamur sıvısındaki KOİ konsantrasyonu, olarak tanımlanmaktadır Mekanik Parçalama Teknolojileri/Ekipmanları Mekanik disintegrasyon (MD) çeşitli tipte ekipmanlar yardımıyla gerçekleştirilebilir. Disintegrasyon verimi ve gerekli özgül enerji seviyesi, kullanılan ekipman ile işlenen çamur özelliklerine (partikül boyutu, KM içeriği vb.) bağlı olarak değişir. Uygun MD prosesinin seçiminde, verim ile birlikte yatırım, yönetim ve enerji maliyetlerinin de göz önünde tutulması gerekir. Bunlara ilave diğer önemli bir husus da kullanılan mekanik ekipmanın aşınma durumudur. Mevcut durumda gerçek ölçekte uygulamaları yapılmış başlıca MD teknikleri aşağıda verilmektedir:

54 40 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ Hücre parçalayıcılı santrifüj yoğunlaştırıcı Bilyeli parçalayıcı (değirmen) Yüksek basınçlı parçalayıcı Döner mil ve elekli parçalayıcı Ultrasonik parçalayıcı Hücre parçalayıcılı santrifüj yoğunlaştırıcı, bilyeli parçalayıcı ve yüksek basınçlı parçalayıcılar sürekli besleme ile işletilmektedir. Ultrasonik parçalayıcılar ise sürekli veya kesikli olarak işletilebilmektedir. MD, atıksu veya çamur arıtma/işleme birimlerine Şekil 4.1 de belirtildiği üzere uygulanabilir. Şekildeki bütün seçeneklerin kullanımı mümkün olmakla birlikte, daha ekonomik bir işletme için MD nin yoğunlaştırılmış çamur akımlarına uygulanması daha uygundur. İşareti MD ekipmanlarını belirtmektedir. Şekil 4.1. Atıksu (B, C1) ile çamur (A, C2, D) ünitelerinde mekanik parçalama için alternatifler Şekil 4.1 A da belirtilen sistemin uygulanması çok sınırlıdır. Zira birincil çamurun biyolojik ayrışabilirliği zaten yüksek olduğundan MD ile sağlanacak fayda sınırlıdır. Şekil 4.1 B ve C (C1) de denitrifikasyon için ilave karbon kaynağı temini maksadıyla kullanılabilir. Şekil 4.1 C (C2) ve D ise arıtma çamuru işleme birimlerine entegrasyon ile anaerobik çürütücülerden daha fazla biyometan geri kazanımına imkan veren ve gerçek manada enerji yeterliliğinin artmasını sağlayan seçeneklerdir. Yukarıda belirtilen MD yöntemlerinin bazılarının (hücre parçalayıcılı santrifüj yoğunlaştırıcı, ultrasonik parçalayıcı) gerçek ölçekte uygulamaları bulunmaktadır. Bu yüzden, aşağıda söz konusu iki teknolojinin daha ayrıntılı bir tanıtımı verilecektir.

55 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI Hücre Parçalayıcılı Santrifüj Yoğunlaştırıcı Bu ekipman, çıkış (son) kısmına özel bir döner parçalayıcı (disintegrasyon dişli kutusu) eklenmiş bir santrifüj yoğunlaştırıcıdır (Şekil 4.2). Sistem, çamur yoğunlaştırma ve disintegrasyon işlemlerini orta düzeyde bir enerji kullanımı ile gerçekleştirebilmektedir. Elde edilen disintegrasyon derecesi (DDKOİ) ~ %8-18 dir (Foladori vd., 2010). Şekil 4.2. Santrifüj yoğunlaştırıcı planı Bu yöntemin uygulandığı 3 kurulu atıksu arıtma tesisinden elde edilen sonuçların genel mukayesesi Tablo 4.2 de verilmiştir (Zabranska vd., 2006). Tablodan da görüldüğü üzere, hücre parçalayıcılı santrifüj yoğunlaştırıcı ile aşağıdaki artışlar sağlanmıştır: Disintegrasyon derecesinde (DDKOİ) artış: % 8~18 Özgül biyogaz üretiminde (Nm 3 /kg UKM) artış: % 15~26 Tablo 4.2. İncelenen tam ölçekli 3 tesisin anaerobik çürütme öncesi yapılan mekanik arıtmalarının karşılaştırılması (Foladori vd., 2010) Parametreler Liberec Tesisi Fürsten-Feldbruck Tesisi Aachen-Soers Tesisi Disintegrasyon Derecesi, DD KOİ % 9-17,5 % 8,5-10,7 - Mekanik ön arıtma öncesi özgül biyogaz 0,335 0,462 0,326 üretimi (Nm 3 /kg UKM) Mekanik ön arıtma sonrası özgül biyogaz 0,422 0,529 0,402 üretimi (Nm 3 /kg UKM) Özgül biyogaz üretimindeki artış % 26 % 14,5 % 23,3 Mekanik ön arıtma öncesi UKM giderimi % % 58,5 - Mekanik ön arıtma sonrası UKM giderimi % % Ultrasonik Parçalayıcı Uygulanan ultrasonik frekans aralığı 20 khz-10 mhz dir. Çamurun ultrasonik parçalanması ağırlıklı olarak ultrasonik (akustik) kavitasyon ile sağlanır. Kavitasyon, çamur-su karışımının bulunduğu ortamdaki basıncın küçük hava (gaz) kabarcıkları oluşturarak buhar basıncının altına düşmesi durumunda gerçekleşir. Oluşan hava kabarcıkları sayısı hızlı bir şekilde artar ve boyutları belli bir değere ulaştığında büyük bir titreşim ile patlarlar ve 5000 K e ulaşan mertebelerde yerel sıcaklık artışına, gaz-sıvı 41

56 42 42 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ ara kesitinde birkaç yüz veya bin barlık yüksek basınçlara, türbülansa ve yoğun kayma kuvvetlerine yol açarlar. Söz konusu ekstrem şartlar dolayısıyla OH., HOO. ve H. radikalleri ile H2O2 oluşur. Ultrasonik parçalanma aşağıdaki iki etkenin ortak sonucu olarak gerçekleşir: (a) 20 khz den başlayan düşük frekanslarda, kavitasyon sonucu oluşan mekanik etki (b) 200 khz den daha yüksek frekanslarda, radikallere bağlı sono kimyasal etki Kavitasyon oluşturulabilmesi için ultra ses güç düzeyi belli bir eşik değer üzerine çıkartılmalıdır. Saf suyun kavitasyon eşiği çok yüksektir. Ancak sıvı ortamdaki çeşitli kirleticilerin varlığı kavitasyon eşiğini önemli derecede düşürür. Ultrasonik yoğunluk arttıkça, kavitasyon ve mekanik kayma kuvvetlerinin etkisi, radikallerin etkisine göre, daha baskın hale gelir. Çamurların ultrasonik parçalanma süresi başlıca aşağıdaki üç esas faktörden etkilenir: (1) Uygulanan Enerji: Uygulanan enerji seviyesi arttıkça çamurun disintegrasyonu da artar. (2) Ultrason Frekansı: Deneysel çalışmalara göre düşük frekanslar disintegrasyonda daha etkilidir. Çamur Özellikleri: Örneğin KM oranı disintegrasyonu önemli ölçüde etkilemektedir. Ultrasonik parçalanmanın arıtma çamurlarının işlenmesindeki potansiyel kullanımı 90 lı yılların ortalarından itibaren bilinmektedir. Bu yöntem atıksu arıtma tesisi veya çamur işleme birimlerinde uygulanabilir (Şekil 4.3). Çamur işleme birimleri için çamur yoğunlaştırıcılardan sonra (yoğunlaştırılmış fazla biyolojik çamura) uygulanmalıdır. Ultrasonik parçalayıcı diğer mekanik, termal veya kimyasal yöntemlere göre aşağıdaki üstünlüklere sahiptir: Kullanılan sistemin oldukça küçük hacimli (kompakt) oluşu Montaj kolaylığı İşletiminin basit oluşu Bununla birlikte, ultrasonik parçalama önemli derecede enerji tüketen ve ultrasonik kavitasyon kaynaklı aşınma dolayısıyla periyodik yenileme (değiştirme) gerektiren bir teknolojidir. Çamur İşleme Birimlerindeki Uygulamalar Ultrasonik parçalama, çürütme öncesi yoğunlaştırılmış fazla aktif çamurlara uygulanmaktadır (Şekil 4.3). Ultrasonik parçalanma banyo tipi, prob tipi (sonotrod) veya levha tipi cihazlar ile gerçekleştirilebilir. Büyük ölçekli tesis uygulamalarında genellikle prob tipi modüller kullanılır (Şekil 4.4). KM konsantrasyonu 18,5 g/l (UKM/KM = 0,8) olan yoğunlaştırılmış fazla aktif çamura 20 khz de ve Es =7000~1500 kj/kg KM enerji seviyesinde ultrasonik parçalama sonrası, biyogaz üretiminde >%40 düzeyinde artış sağlanabileceği gösterilmiştir (Foladori vd., 2010).

57 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 43 Şekil 4.3. (A) Atıksu, (B) çamur ünitelerinde ultrasonik uygulama Şekil 4.4. Tam ölçekli bir ultrases reaktörün işletim yapısı Tablo 4.3 te anaerobik çamur çürütme öncesi ultrasonik parçalama ile ilgili laboratuvar, pilot ve gerçek ölçekli uygulamalardan elde edilen sonuçlar özetlenmektedir. Ultrasonik parçalama, özellikle Almanya daki bazı AAT lerin çamur işleme birimlerinde 2004 yılından beri uygulanmaktadır. Ultrasonik parçalama, uygulamaya esas işletme şartları detaylı pilot tesis denemeleriyle optimize edilerek temel proses seçim büyüklükleri belirlendikten sonra (31 khz, 8 W/cm 2, 90 s gibi), büyük ölçekte uygulanabilmektedir.

58 44 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ Tablo 4.3. Anaerobik çürütme sonrası ultrases uygulaması (Foladori vd., 2010) Ölçek Frekans Ekipman/Tesis Özellikleri Lab 31 khz Prob Anaerobik çürütme Ɵ c= 22 gün Lab 31 khz Prob Anaerobik çürütme Ɵ c= 8 gün Lab 9 khz Prob (Temas yüzeyi 100 cm 2 ) Lab 41 khz Disk dönüştürücü (25 cm 2 ) Es(kJ/kg KM). Sonuç Kaynak (-) 64 s UKM de azalma =%50,3 (kontrolde %45,8) (-)64 s Biyogaz üretiminde artış (+%120) * Metan üretiminde artış (+%64) UKM de azalma=%38 (kontrolde %27) UKM de azalma=%33,7 (kontrolde %21,5) Lab 20 khz Prob Biyogaz üretiminde artış (>+%50) Lab 20 khz Prob Biyogaz üretiminde artış (+%31) Pilot 31 khz Prob Anaerobik çürütme Ɵ c= 16 gün Pilot 31 khz Prob Anaerobik çürütme Gerçek ölçek Gerçek ölçek Ɵ c= 8 gün 31 khz Prob AAT Meldorf ( EN) 31 khz Prob AAT Bamberg ( EN) (*) Bazı değerler yeniden hesaplanmıştır Termal Hidroliz (-) 10 W/cm 2 90 s DD KOİ=%20 UKM de azalma=%42,4 (kontrolde% 32,3) (-) 10 W/cm 2 90 s DD KOİ=%20 UKM de azalma=%38,1 (kontrolde %27) (-) 8 W/cm 2 90 s Biyogaz üretiminde artış (+%30) (-) 8 W/cm 2 90 s Biyogaz üretiminde artış (+%30) UKM de azalma=%54 (kontrolde %42) Tiehm vd. (1997) Tiehm vd. (1997) Wang vd. (1999) Tiehm vd. (2001) Bougrier vd. (2005) Benabdallah El-Hadj vd. (2007) Neis vd. (2000) Nickel ve Neis (2007) Neis vd. (2008) Neis vd. (2008) Neis vd. (2008) Arıtma çamurlarına çürütme öncesi termal hidroliz uygulaması, yoğunlaştırılmış çamurların orta (<100 C) veya yüksek (220 C) sıcaklıklarda dakika veya saat mertebelerindeki temas sürelerinde ısıl işleme tabi tutularak sağlanır. Termal hidroliz uygulaması çamurda çeşitli etkilere yol açar: Çamur yapısının parçalanması, biyolojik flokların dağılması Çamurun yüksek derecede çözünürleşmesi Bakteri hücrelerinin parçalanması, hücre içi maddeler ve bağlı suyun açığa çıkması Bu yüzden termal hidroliz uygulanmış çamurların su fazı, yüksek miktarda çözünmüş organik bileşik ihtiva eder. Ayrıca hücreler arası bağlı suyun da ortama salınması dolayısıyla çamur viskozitesi önemli oranda değişir. KM oranı %12 olan termal hidroliz

59 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 45 uygulanmış bir çamur %5-6 KM li ham çamura benzer bir sıvı eşdeğeri olarak değerlendirilebilir. Partiküler KOİ nin Çözünürleşmesi Termal hidroliz, çamuru kısmen çözünürleştirir fakat 175 C deki işlem sonrasında bile organik maddede herhangi bir mineralizasyona yol açmaz. Termal hidroliz sonrası, çamurun başlangıçtaki UKM değerinin en fazla %0~5 ine eşdeğer miktarda bir mineralizasyon gerçekleşebilir. Literatürde yakın zamana kadar yapılmış çalışmalar ışığında rapor edilen KOİ çözünürleşme oranının termal ön arıtma sıcaklığına ilişkisi Şekil 4.5 te verilmiştir. Şekilden de görüldüğü üzere KOİ çözünürleşme oranı, artan sıcaklıkla bağlı olarak lineer olarak artmaktadır. Şekil 4.5. Termal arıtma sisteminde sıcaklığa bağlı olarak KOİ çözünürleşmesi, t: temas süresi (Appels vd., 2008). Termal Hidroliz Sonrası Mezofilik Çamur Çürütme Mezofilik çürütme öncesi termal hidroliz için optimum şartların genellikle C sıcaklık ve dk temas sürelerinde oluştuğu çok sayıda çalışmayla gösterilmiştir. T= 175 C sıcaklıkta uygulanan termal hidroliz ve sonrası mezofilik çamur çürütme ile çamur üretiminde ~%50-70 lik azalma sağlanabileceği rapor edilmektedir (Foladori vd., 2010). Bununla beraber, termal hidroliz sonrası mezofilik çürütmede ~%34-46 oranlarında KOİ çözünürleşmesi sağlanarak % KM giderimleri elde edilmiştir. Termal Hidroliz Sonrası Termofilik Çürütme Termal hidroliz sonrası termofilik anaerobik çürütme ile ilgili sınırlı sayıda çalışma bulunmaktadır. Mevcut çalışmalar, termofilik anaerobik çürütmede maksimum UKM giderimi veya biyogaz üretimi için gerekli optimum termal hidroliz sıcaklığının ~170 C olduğunu göstermektedir. Ancak termal hidroliz sonrası termofilik anaerobik çürütücünün mezofilik çürütmeye göre çok belirgin bir fark oluşturmadığı belirtilmektedir (Appels vd., 2008). 45

60 46 46 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ Gerçek Ölçekli Uygulamalar (1) BioThelys Prosesi Bu proses evsel veya endüstriyel arıtma çamurlarının mezofilik anaerobik çürütme sürecindeki UKM stabilizasyon verimlerini arttırmak üzere Veolia Water Firması tarafından geliştirilmiştir (Foladori vd., 2010). İlk tesis, EN li bir kentsel AAT mezofilik anaerobik çamur çürütücüsü öncesinde 4,6 m 3 lük 2 reaktör olarak 2006 yılında Fransa da kurulmuştur. Termal hidroliz kesikli olarak, buhar ekstraksiyonu ile ~160 C ( C) sıcaklık altında ve ~30 dk temas süresinde uygulanmıştır (Şekil 4.6). Termal hidroliz sonrası, 500 m 3 hacimli ve hidrolik bekletme süresi (θc) = 15 gün olan mezofilik anaerobik çürütücünün UKM giderme veriminde, termal hidroliz olmaması haline göre ~%45 lik bir artış gözlenmiştir. Biyogaz miktarındaki artış, anaerobik çamur çürütmenin sadece fazla aktif çamur akımı için bile fizibil olmasını sağlamıştır. Şekil 4.6. Çamur üniteleri ile birleştirilmiş termal hidroliz prosesinin (BioThelys) şematik gösterimi Termal ön hidrolizin, çamurun biyobozunurluğunu arttırması, patojen giderimi ve çamur özgül direncinin azaltılması gibi önemli üstünlükleri yanında en önemli mahzuru çamur susuzlaştırma sonrası oluşan ve arıtma tesisine geri dönen süzüntü suyu kirlilik yükünün önemli oranda artmasıdır. (2) Cambi Prosesi Gerçek ölçekte uygulama örnekleri olan ve termal hidroliz+anaerobik çamur çürütme prosesini esas alan bu teknoloji Cambi AS Firması (Norveç) tarafından geliştirilmiştir. Cambi prosesinin ilk gerçek ölçekte uygulaması 1995 yılında Hamar (Norveç) da ~15 günlük çamur yaşında işletilen bir anaerobik çamur çürütücü önünde yapılmıştır. Bu tesisten çıkan hijyenize edilip çürütülmüş fazla çamurların tamamı tarımda ve arazi düzenlemesinde kullanılmaktadır (Foladori vd., 2010). Cambi prosesi, 12 bar basınçlı ~190 C buhar ile ~165 C ye getirilen bir reaktörde (temas reaktörü) ~6 bar basınç altında ve ~30 dk temas süresinde uygulanmaktadır (Şekil 4.7). Termal hidroliz seri bağlı ve üç aşamalı bir (hamurlaştırıcı, temas reaktörü ve boşaltım tankı) reaktör sisteminde gerçekleştirilmektedir. Çamur temas reaktörüne

61 47 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 47 beslenen çamurun (hamurlaştırıcı çıkışı) KM değerinin ~%17 civarında olması önerilmektedir. Termal hidroliz çıkışındaki %10-12 TKM li çamur, çürütücüye beslenmekte ve genelde çürütücü hacminde, termal hidroliz uygulanmamasına göre, ~%50 lik bir azaltım sağlanmaktadır. Cambi termal hidroliz prosesi ile ~%30 luk bir UKM çözünürleşmesi ve ~1,5 kat biyogaz üretimi artışı ile çok iyi bir hijyenizasyon/dezenfeksiyon sağlanabilmektedir. KOİ cinsinden stabilizasyon oranı ~%59 lara yükselmektedir (bu değer klasik çamur çürütücülerde ~ %40 düzeyindedir). Aynı şekilde klasik çamur çürütücülerdeki ~%42 lik UKM giderimi, Cambi termal hidroliz ve uygulaması sonrası ~% 62 ye yükselmektedir. Şekil 4.7. Çamur üniteleri ile birleştirilmiş termal hidroliz prosesinin (Cambi) şematik gösterimi (Kepp vd., 2000) Çamur Parçalama (Disintegrasyon) Verimlerinin Karşılaştırmalı Analizi İncelenen çalışmalardaki KM konsantrasyonlarının g KM/L gibi çok geniş bir aralıkta değişim göstermesinin de etkisiyle, DDKOİ-Es verimlerinin geniş bir aralıkta yayıldığı gözlenmektedir. Hücre parçalayıcılı santrifüj yoğunlaştırıcı teknolojisi diğerlerine göre en düşük özgül enerji ile ~%15 lik bir DDKOİ sağlamaktadır. Döner mil ve elekli parçalama teknolojisi dışındaki diğer bütün teknolojiler, % düzeyindeki bir DDKOİ için ozonlama ile benzer özgül enerji (Es) gerektirmektedirler. DDKOİ nin %20-40 aralığındaki değerleri için, yüksek basınçlı jet parçalayıcı ve ozonlama teknolojileri en düşük özgül enerji (Es) miktarını gerektirmektedirler. DDKOİ %50 için yalnız ozonlama ve ultrasonik parçalama teknolojilerinin kullanımı uygun gözükmektedir. Genelde ultrasonik parçalama teknolojisinin özgül enerji ihtiyacı diğer teknolojilere göre daha yüksek seyretmektedir Depolama Arıtma çamurları, debi dalgalanmalarını önlemek ve çamur arıtım üniteleri çalışmadığı zamanlarda çamurun biriktirilmesini sağlamak amacıyla depolanır. Çamur depolanmasının amacı özellikle, kireç stabilizasyonu, ısıl arıtım, mekanik susuzlaştırma, kurutma ve yakma proseslerine sabit debiyle besleme imkanı sağlamaktır. Düşük bekletme süreli çamur depolama, atıksu çökeltim tankı veya çamur yoğunlaştırma tankında da yapılabilir. Uzun bekletme süreli çamur depolama, uzun bekletme süreli havalı ve havasız çürütme tankı gibi stabilizasyon tanklarında veya özel tasarlanmış ayrı tanklarda yapılır. Küçük sistemlerde çamur genellikle çökeltim tankı veya çürütücülerde depolanır. Havalı ve havasız çürütme kullanmayan büyük sistemlerde, çamur ayrı bir karıştırıcıda veya depolama tankında saklanır. Bu tanklar

62 48 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ birkaç saatten birkaç güne kadar depolama yapabilecek kapasitede boyutlandırılabilir. Çamur 2-3 günden daha uzun sürelerde depolanacak ise, çamurda bozunma meydana gelebilecek ve susuzlaştırılması güçleşecektir. Çamur, septikleşmeyi önlemek ve karıştırmayı iyileştirmek için genellikle havalandırılır. Mekanik havalandırıcılar tam karışımın sağlanması için gereklidir. Septikleşmeyi ve kokuyu önlemek için depolama veya karıştırma tankında klor ve hidrojen peroksit kullanılmaktadır. Sodyum hidroksit veya kireç ise ph ı yükselterek kokuyu kontrol etmek ve hidrojen sülfürü çözeltide tutmak için kullanılır.

63 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI ÇAMUR ŞARTLANDIRMA Yoğunlaştırma, suyun bir kısmını uzaklaştırarak çamurdaki katı konsantrasyonunu arttırmak ve çamurun hacmini azaltmak için kullanılan bir işlemdir. Yoğunlaştırılmış çamur, akışkan haldedir ve kolay bir şekilde pompalanabilir. Yoğunlaştırma işlemi ile çamur hacmini düşürmekteki amaç, çamura uygulanacak müteakip işlemlerin verimini arttırıp, maliyeti azaltmaktır. Yüksek hacim ve düşük katı madde içeriğine sahip olması sebebiyle, atık aktif çamurun yoğunlaştırılması bilhassa önemlidir. Örneğin, yoğunlaştırma işlemi ile katı madde konsantrasyonunun %1 den %2 ye çıkarılması, çamur hacminde yarı yarıya bir azalma sağlar. Susuzlaştırma, yoğunlaştırma işleminde elde edilenden çok daha fazla hacimsel azalma sağlayabilmek için çamurdan suyun uzaklaştırılması işlemidir. Çamur susuzlaştırma işlemiyle, kullanımı daha kolay olan katı veya yarı katı bir madde (kek) elde edilir. Susuzlaştırılmış çamurlar kürek ile atılabilir, traktör ile taşınabilir, bant ve vidalı taşıyıcılarla transfer edilebilirler. Kompostlaştırma esnasında verilen havanın miktarını azaltmak, termal kurutma ve yakma işlemi için gerekli yakıt ihtiyacını düşürmek amacıyla çamur susuzlaştırma işlemi gereklidir. Ayrıca, katı atık depo sahalarında sızıntı suyu oluşumunu azaltmak için de çamurun düzenli depolama öncesi susuzlaştırılması gerekmektedir. Çamur susuzlaştırma işlemi öncesi, su uzaklaştırma verimini arttırmak için çamurun biyolojik, kimyasal ve/veya fiziksel işlemler ile şartlandırılması gerekir. Çamurun katı ve sıvı fazlarını birbirinden ayırmak üzere kullanılan kimyasal şartlandırma işlemi genellikle çamur yoğunlaştırma işlemi öncesi uygulanır. Bu sebeple, çamur şartlandırma işlemi, çamur yoğunlaştırma ve susuzlaştırma işlemlerinden önce anlatılmıştır. Çamur şartlandırma, çamurun su bırakma özelliğini arttırma işlemi anlamına gelir. Şartlandırma, mekanik yoğunlaştırmanın ve çamur susuzlaştırma işleminin önemli bir parçasıdır. Şartlandırma, inorganik veya organik kimyasallar, elektrik santralleri ve çamur yakma fırınlarından çıkan uçucu küller kullanılarak veya ısıtma, dondurmaeritme gibi fiziksel yöntemlerle desteklenerek uygulanabilir. Ancak her şartlandırma süreci aynı şekilde işlemez. Isıtma, dondurma-eritme yöntemleri ile çamurun susuzlaştırılabilirliği arttırılsa da, belirli miktarda kimyasal madde ilave etmek gerekebilir. Suyun katı fazdan ayrılmasını kolaylaştırmanın yanında, bazı şartlandırma işlemleri çamurun dezenfekte edilmesini, kokusunun azaltılmasını, atıksudaki katı maddelerin yapısının fiziksel olarak değişmesini ve sınırlı olarak parçalanmasını da sağlar Şartlandırmayı Etkileyen Faktörler Arıtma tesisi çamurları, farklı büyüklüklerde organik ve inorganik partiküller içeren birincil çamurlar, ikincil (biyolojik) çamurlar ve/veya kimyasal çamurlardan oluşur. Kaynağına bağlı olarak, çamurların çeşitli su içerikleri, hidrasyon dereceleri ve yüzey kimyaları vardır. Şartlandırma, yoğunlaştırma veya susuzlaştırma işlemlerini etkileyen çamur özellikleri aşağıda sıralanmıştır: Çamur kaynağı Katı madde konsantrasyonu Partikül boyutu ve dağılımı ph ve alkalinite Yüzey yükü ve hidrasyon derecesi

64 50 50 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ Diğer fiziksel faktörler Çamur Tipi: Yoğunlaştırma ve susuzlaştırma işlemleri için gerekli kimyasal madde miktarı, ön çökeltim (birincil) çamuru, atık aktif (ikincil) çamur, kimyasal çamur ve çürütülmüş çamur gibi farklı kaynaklar için önemli farklılıklar gösterir. Literatürdeki kimyasal şartlandırma çalışmalarına göre ön çökeltim çamuru için biyolojik çamura göre daha az kimyasal madde dozlanması yeterlidir. Biyolojik son çökeltim çamur çeşitlerinden biyofiltre veya biyodisk çamuru (biyofilm) askıda büyüyen çamura göre daha az şartlandırıcıya ihtiyaç duyar. Aerobik ve anaerobik olarak çürütülmüş çamurların şartlandırıcı ihtiyacı genel olarak çürütülmüş biyolojik çamurlarınkiyle aynıdır. Bunlar genel kurallardır ve şartlandırıcı ihtiyacı aynı kaynaktan gelen çamur için bile tesisten tesise farklılık gösterebilir. Farklı tipteki kimyasal çamurlar için çeşitli ve farklı miktarlarda şartlandırıcıya gerek olduğundan, kimyasal çamurları tek bir kaynak olarak sınıflandırmak zordur. Katı Madde Konsantrasyonu: Kentsel atıksu çamurları geniş özgül yüzey alanına sahip çok sayıda kolloidal ve yumaklaşmış partikül içerir. Eğer çamur düşük katı konsantrasyonuna sahipse, bu partiküller birbirleri ile etkileşime geçmez, farklı davranışlar sergilerler. Birçok uygulamada şartlandırma işlemi, çamur partiküllerinin yüzey yüklerinin organik polielektrolitler veya inorganik kimyasal bileşikler kullanılarak nötralizasyonudur. Düşük katı madde konsantrasyonuna sahip, birbirleri ile etkileşimleri az olan partiküllerin yüzey yükünü kırabilmek için daha fazla koagülant maddeye ihtiyaç vardır. Katı madde konsantrasyonu arttıkça partiküllerin birbirleri ile etkileşimi de artar. Bu sebeple, koagülan madde dozu genellikle katı madde yüzdesi veya ton başına gereken kilogram koagülan madde miktarı olarak ifade edilir. Yüksek askıda katı madde konsantrasyonu organik polimerler kullanıldığı zaman farklı dozlarda etkili bir şartlandırma sağlar. Yani, yüksek katı madde içeriğine sahip çamurlar aşırı dozlamalara daha az duyarlıdırlar. Partikül Boyutu ve Dağılımı: Partikül boyutu susuzlaştırmayı etkileyen en önemli faktör olarak düşünülmektedir. Aynı katı madde konsantrasyonuna sahip çamurlarda, fazla miktarda küçük partiküle sahip çamur daha büyük yüzey alanı/hacim oranına sahiptir. Artan yüzey alanı, daha büyük hidrasyon derecesi, yüksek kimyasal ihtiyacı ve daha fazla susuzlaştırma direnci anlamına gelir. Şartlandırmanın amaçlarından biri de küçük parçaları büyük yumaklar haline getirip partikül boyutunu arttırmaktır. ph ve Alkalinite: ph ve alkalinite özellikle inorganik şartlandırıcıların performansını etkiyen parametrelerdir. İnorganik şartlandırıcılar suya eklendiğinde, suyun ph sını düşürürler. Bu sebeple, demir ve alüminyum gibi inorganik şartlandırıcıların dozajı ile çamurun alkalinitesi (tamponlama kapasitesi) şartlandırma prosesinin ph değerini belirler. ph değeri, ortamda bulunacak baskın koagülan türünü ve yüklü kolloidal yüzeyin özelliğini belirler. Daha yüksek alkaliniteli anaerobik olarak çürütülmüş çamurlar için daha yüksek dozlarda koagülant madde ihtiyacının sebebi budur. Yüzey Yükü ve Hidrasyon Derecesi: Çoğunlukla çamur içerisindeki katılar birbirlerini çekmekten ziyade iterler. Bu itme hidrasyon veya elektriksel etkiler yüzünden meydana gelebilir. Hidrasyon ile bir su tabakası katının yüzeyine bağlanır. Bu, katılar arasında birbirlerine yaklaşmayı engelleyen bir tampon bölge meydana getirir. Ayrıca, katı parçacıklar negatif yüklü olduklarından karşılıklı olarak birbirlerini iterler. Elektriksel itme ve hidrasyonun etkisini ortadan kaldırmak için şartlandırma işlemleri kullanılır.

65 51 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 51 Fiziksel Faktörler Depolama, pompalama, karıştırma ve yoğunlaştırma tiplerini ve kullanılacak susuzlaştırma ekipmanlarını içeren bertaraf işlemleri gibi fiziksel faktörler çamurların yoğunlaşma ve susuzlaşma özelliklerini de etkiler. Uzun süre depolanan çamurlar küçük katı partiküllerin zamanla hidrasyon derecesindeki artıştan dolayı taze çamurlara göre daha fazla kimyasal şartlandırıcı kullanımı gerektirir. Çamur parçalarının kırılgan yapısı dolayısı ile pompalama işlemi esnasında sürtünme kuvvetleri nedeniyle partikül boyutlarında küçülmeler meydana gelir. Gerekli kimyasalları eşit olarak dağıtmak için uygun olan şartlandırma ve flokülasyon, çamurun maruz kaldığı işleme ve mevcut olan yoğunlaştırma ve susuzlaştırma tekniklerine bağlıdır Kimyasal Şartlandırma Kimyasal şartlandırma, çamur yoğunlaştırma ve susuzlaştırma için en yaygın kullanılan şartlandırma işlemlerinden biridir. Kimyasal ilavesi ile yapılan şartlandırma işlemi, ters yüklü organik polimer veya inorganik kimyasal madde ile kolloidal maddenin yüzey yükünün nötralize edilerek pıhtılaştırılması ve yumaklaştırılmasıdır. Partikül boyutu, çamur susuzlaştırma işleminde en önemli parametredir. Kimyasal madde ekleyerek flok boyutu arttırılır ve bağlı su miktarı azaltılır. Farklı tipte çamurlar ile değişik tesislerde açığa çıkan aynı tipteki çamurlar değişik susuzlaştırma karakterlerine sahiptirler. Sonuç olarak, kullanılacak kimyasal madde tipi ve dozajı duruma göre belirlenmelidir. Şartlandırıcı Seçimi için Testler: Yoğunlaştırma ve susuzlaştırma işlemleri için çamur şartlandırma verimliliğini belirlemede yaygın olarak kullanılan ve önerilen prosedürler aşağıda anlatılmıştır. Çamurun özgül direncini ölçmek için kullanılan buchner hunisi testi (Şekil 5.1) çamurun filtrasyonu sonucu elde edilen süzüntü suyunun hacmi ve filtrasyon süresi ölçülerek yapılır. Farklı kimyasallar ve farklı dozlamalar belirli bir çamur tipi için en iyi şartlandırıcı doz ve tipini seçmeye yardımcı olur. Şekil 5.1. Buchner süzme testi düzeneği Kapiler emme süresi (KES), susuzlaştırma için kullanılacak olan şartlandırıcı maddelerin seçiminde kullanılan hızlı ve basit bir yöntemdir. Metot yerçekimine ve bir parça kalın filtre kağıdının şartlanmış çamur numunesinden suyu çekmesine dayanmaktadır (Şekil 5.2). Numune silindir biçimindeki hücre içinde bulunan kromatografi dereceli bir filtre kağıdı üzerine yerleştirilir. Çamurdaki suyun, filtre

66 52 52 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ kağıdında 10 mm aralıklı iki nokta arasındaki yolu alması için geçen zaman kapiler emme süresi olarak kaydedilir. Bu test genellikle belirli bir susuzlaştırma prosesi için kullanılacak polimerin optimum dozaj miktarını belirlemek için kullanılır. Kapiler emme süresi (KES), katı madde konsantrasyonunun bir fonksiyonu olduğundan ve seyreltik çamurlar genellikle düşük KES e sahip olduklarından, aynı katı madde konsantrasyonuna sahip çamurlarla karşılaştırılmalıdır. Şartlandırılmamış bir çamur için KES 200 saniyedir. KES in 10 saniye ve daha küçük olduğu değerler çok iyi susuzlaştırılabilirlik olarak değerlendirilir. Şekil 5.2. Kapiler emme süresi (KES) düzeneği Kavanoz (Jar) Testi kimyasal şartlandırma verimini değerlendirmek için kullanılan en yaygın ve en kolay metottur. Bu testte öncelikle, 1 litre çamur numunesi ve faklı konsantrasyonlardaki şartlandırıcılar karıştırılır. Daha sonra karıştırıcının hızı düşürülerek numune yumaklaşmaya bırakılır ve çökeltilir. Sıvı fazdaki berraklık ve yoğun çökelmiş çamur tabakası kullanılan kimyasal maddenin çamuru şartlandırma yeteneğini gösterir. Yukarıda anlatılan testler arasında Buchner hunisi testi, farklı çamur numuneleri için şartlandırıcı kimyasal ve dozaj miktarlarını karşılaştırmada kullanılan en iyi ölçüttür. Çamur çürütme işleminin susuzlaştırma üzerindeki etkisine dair çalışmalar mevcuttur (Turovskiy ve Mathai, 2006). Bu çalışmalar; (1) farklı arıtma tesislerinden gelen aynı tip çamurların farklı susuzlaştırma özelliğine; (2) ham çamurun, aerobik ve anaerobik olarak çürütülmüş çamura göre daha az özgül dirence ve (3) mezofilik olarak çürütülen çamurların termofilik olarak çürütülenlere göre daha az özgül dirence sahip olduğunu göstermiştir. Çamur Şartlandırma Çalışmaları: Çamur şartlandırmanın derecesi çamurun kaynağına (ön çökeltim, aktif çamur sistemi, damlatmalı filtre vb.), çamurun kalitesine, ardından gelecek çamur arıtma ünitesi ile yoğunlaştırma ve susuzlaştırma derecesine bağlıdır. Çamur şartlandırma, yoğunlaştırma ve susuzlaştırma alanlarında birçok çalışma yapılmıştır. Ancak, çamur arıtımının susuzlaştırma karakteristiğini nasıl etkilediği çok iyi anlaşılamamıştır.

67 53 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 53 Çürütme işleminin susuzlaştırma üzerindeki etkisini inceleyebilmek için ham ve çürütülmüş çamurlarda aşağıdaki analizler yapılmıştır (Turovskiy ve Mathai, 2006): Nem Organik madde içeriği Özgül direnç Katı madde yapısındaki değişimler Bağlı su formları Kimyasal bileşimindeki değişimler Anılan çalışmalarda yukarıdakilere ek olarak, atıksu arıtma tesislerinin çökeltim tanklarından ve yoğunlaştırıcılarından alınan aktif çamur ve araştırmalarda kullanılan yoğunlaştırma ve susuzlaştırma simülatörlerinden alınan numuneler de kullanılmıştır. Yoğunlaştırma işlemi sırasında aşağıdaki ölçümler yapılmıştır: Yoğunlaşma süresi Katı madde miktarındaki değişim Kül içeriği Özgül direnç Özgül direnç genellikle aşağıda verilen formülle ifade edilir: rr = 2222FF22 bb μμμμ (5.1) Burada r : Özgül direnç, m/kg P : Filtrasyon basıncı, N/m 2 F : Filtre alanı, m 2 b : t/v 2 (t=filtrasyon süresi (saniye), filtre edilen suyun hacmi (m 3 )) µ : Filtre edilen suyun dinamik viskozitesi, N.s/m 2 C : kuru katı madde konsantrasyonu, kg/m 3 Çalışmalarda r yerine modifiye edilmiş özgül direnç (R) kullanılmıştır R= r Katı parçacıklar ile bağlı suyun formlarını incelemek için çamur termal olarak kurutulmuştur. Çalışmanın Sonuçları Çürütme işlemi sonucu katı partiküllerin boyutları ve yapıları değişmiştir. Şekil 5.3 te bu durum için tipik bir örnek verilmiştir. Aynı tip çamurların susuzlaştırılabilirliği tesisten tesise değişiklik göstermektedir (Turovskiy ve Mathai, 2006):

68 54 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ (1) Ham çamur (2) Çürütülmüş çamur Şekil 5.3. Çürütmeden sonra çamurun yapısındaki değişim (Turovskiy ve Mathai, 2006) Anaerobik ve aerobik olarak çürütülen çamurların özgül direnci sırasıyla Tablo 5.1 ve Tablo 5.2 de verilmiştir. Tablolardaki sonuçlara göre: Ham birincil çamur, birincil ve ikincil çamur karışımına göre daha düşük özgül dirence sahiptir. Ham çamur, çürütülmüş ham çamura göre daha düşük özgül dirence sahiptir. Birincil ve ikincil çamur karışımı, anaerobik veya aerobik olarak çürütülmüş çamura göre daha düşük özgül dirence sahiptir. Mezofilik şartlarda çürütülen çamur, termofilik şartlarda çürütülen çamura göre daha düşük özgül dirence sahiptir. Tablo 5.1. Anaerobik Çürütmedeki Özgül Direnç Değişimleri (Turovskiy ve Mathai, 2006) Katı Madde (KM) (%) Uçucu Katı Madde (UKM)(%) Özgül Direnç R (m/kg x ) Çamur tipi Kentsel AAT ön çökeltim çamurları Ham 3,9-6,4 62,5-75, Çürütülmüş 3,6-5,3 51,7-64, Kentsel + Endüstriyel arıtma tesisleri çamurları Ham 4,1-7, Çürütülmüş 4,2-5, Kentsel + metalürji endüstrisi arıtma tesisleri çamurları Ham 6,0-9, Çürütülmüş 4,3-8, Kentsel ön çökeltim ve yoğunlaştırılmış aktif çamur karışımı Ham 3,7-4,6 70,0-75, Mezofilik olarak çürütülmüş 2,0-4,1 62,2-70, Termofilik olarak çürütülmüş 2,3-3,2 61,2-67,

69 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 55 Tablo 5.2. Anaerobik Çürütme Sırasında Özgül Dirençteki (m/kg x ) Değişim Katı Madde Çürütme Süresi (Gün) Çamur Tipi (%) Ön çökeltim çamuru 3,7-4, Yoğunlaştırılmış aktif çamur Ön çökeltim ve yoğunlaştırılmış aktif çamur karışımı 2,0-2, ,0-4, Organik yükleme, reaktör karıştırma hızı, bekletme süresi ve çürütücü sıcaklığı çürütme işlemini etkileyen önemli faktörlerdir. Bu faktörler, çürütme işlemi sırasında ve sonrasında çamurun susuzlaştırılma özelliğini de etkiler. Çürütme ile organik maddelerin parçalanması, katı maddeleri homojen parçacıklar haline getirir, ancak partikül boyutu azalır ve kolloidal partikül sayısı artar. Artan hidrasyon derecesi nedeniyle bunların her ikisi de çamurun susuzlaştırılabilirliğini etkiler. Deneyler, mekanik karıştırıcı ile sürekli karıştırmanın kesikli yavaş karıştırma veya gaz geri devri ile karıştırmaya göre özgül direnci daha çok arttırdığını göstermiştir. Ayrıca birincil çamurun aerobik olarak çürütülmesi anaerobik olarak çürütülmesine göre özgül direnci daha fazla arttırmaktadır. Bu yüzden, çürütme işleminin peşinden susuzlaştırma yapılacaksa birincil çamur aerobik olarak çürütülmemelidir. Aşırı uzun aerobik çürütme süreleri çamurun susuzlaştırılabilirliğinde önemli ölçüde bozulmalara sebep olur. Yoğunlaştırılmış aktif çamurdaki 0,15 mm den küçük katı madde miktarı %90 civarındayken, çürütülmüş çamurda bu değer %75, birincil çamurda ise %45 tir (Şekil 5.4). Çamur daha küçük partiküllerden oluşuyorsa özgül direnç artar. Şekil 5.4. Çamurdaki partikül boyutlarının dağılımı Özgül direnç, küçük partiküller uzaklaştırılarak azaltılabilir. Küçük parçacıklar elütrasyon (çamurun su ile yıkanması) ile giderilebilir. Yıkama yaparak özgül dirençteki azalış aşağıdaki formülle ifade edilir. logr n = logr 0 e an (5.2)

70 56 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ Burada Rn : Yıkanmış çürütülmüş çamurun özgül direnci, m/kg R0 : Yıkanmamış çürütülmüş çamurun özgül direnci, m/kg a : Yıkanan ve giderilen katının boyut fraksiyonu ile ilgili katsayı (genellikle 0,04-0,14) n : Çamurdaki su miktarı, m 3 /m 3 Çamur içindeki küçük parçacıkların flok haline getirilmesi ile özgül direnç düşürülebilir. Şekil 5.5 ve Şekil 5.6 da demir klorür ile yapılan koagülasyonun farklı çamur tipleri için özgül direnç üzerindeki etkileri gösterilmektedir. Şekil 5.5. Koagülasyonun ham çamur özgül direncine etkisi

71 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 57 Şekil 5.6. Koagülasyon işleminin çürütülmüş çamur özgül direncine etkisi Çamurdaki su hem serbest hem de bağlı olarak bulunur. Bağlı su, çamur partiküllerine kimyasal veya fiziksel olarak bağlanmış sudur. Çamurda ne kadar fazla bağlı su varsa, bu suyu uzaklaştırmak için o kadar çok enerji sarf etmek gerekir. Şekil 5.7 de bağlı suyun termal kurutma üzerine etkisi gösterilmiştir. Şekildeki düz a-b çizgileri çamuru ısıtmak için gerekli güç ihtiyacını, b-1cr çizgileri çamurdan uzaklaştırılan serbest suyu ve 1cr-2cr çizgileri ise bağlı suyu göstermektedir. 2cr-c eğrileri güç tüketiminin arttığını göstermektedir. Gücün bir kısmı çamurdaki katı maddelere bağlanmış suyun iç kuvvetlerini kırmak için kullanılır (Turovskiy ve Mathai, 2006). Aktif çamurun yoğunlaştırılması sonucu nem miktarı %98 den %87,5 e, çürütülmüş birincil ve ikincil çamur karışımının %97,5 ten %84,6 ya ve birincil çamurunun ise %94,6 dan %73 e düştüğü çizgi b-1cr de görülmektedir. Bu farklara rağmen, suyun %85,6 sı aktif çamurdan ve %85 i birincil çamurdan giderilir. Ancak, aktif çamurdaki su/katı madde oranı 7:1 ve birincil çamurundaki katı madde oranı ise 2,7:1 dir. Bu sebeple, yoğunlaştırılmış aktif çamur çürütülmüş çamura ve birincil çamura göre çok daha fazla bağlı su içerir (Şekil 5.7-1cr). Deneyler, özgül direnç ile bağlı su arasında yakın bir ilişki olduğunu göstermiştir. Çamurda nem ne kadar az ise özgül direnç o kadar düşüktür.

72 58 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ Şekil 5.7. Bağlı suyun termal kurutma işlemine etkisi (Turovskiy ve Mathai, 2006) Çalışmada, inorganik kimyasal maddeler ve polimerler kullanılarak yapılan koagülasyon sürecinde bağlı su ayrılmış ve çamurun yapısı değiştirilmiştir. Fiziksel ve kimyasal olarak katı ile bağlı suyun bir kısmı katıdan ayrılmış ve böylece emilen su miktarı azalmıştır. Buna bağlı olarak ilk kritik noktanın pozisyonu değişmiştir. Bu değişim Şekil 5.8 de gösterilmiştir. Bu şartlar koagülasyon sonrasında mekanik susuzlaştırma yöntemleri ile daha fazla suyun uzaklaştırılmasına olanak sağlar. Şekil 5.8. Kritik noktalardaki değişim

73 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 59 Özgül direnç ve kritik noktalar arasında bazı farklar vardır. Özgül direnç katı maddeden suyun ayrılma hızını ölçerken, birinci kritik nokta ise çamurun mekanik olarak susuzlaştırılma limitini gösterir. Çamurun kritik noktaları ile alakalı bilgiler, en etkili şartlandırma sürecini belirleme imkânı sağlar. İnorganik kimyasallarla şartlandırma: Çamur susuzlaştırma için 1970 lere kadar demir klorür, demir sülfat ve alüminyum klorür gibi inorganik kimyasal şartlandırıcılar kullanılmıştır. Bunlardan biri çamura eklendiğinde genellikle ardından kireç ilavesi yapılırdı. Alkalinite, inorganik şartlandırıcıları etkileyen önemli bir çamur parametresidir. Demir klorürün (FeCl3) optimum çalışma ph aralığı 6,0 6,5 tir. Demir sülfat ve alüminyum klorür genellikle demir klorüre göre daha fazla dozlama gerektirir. Demir ve alüminyum tuzlarından sonra kullanılan kireç, ph değerini 10,5-11,5 seviyelerine çıkarır. Genelde, gerekli demir klorür/kireç dozaj oranı 1:3 tür. Vakum filtre veya pres filtrelerde susuzlaştırma için gerekli dozaj miktarı çamurun özgül direncine bağlıdır. Özgül direnç ne kadar yüksekse kullanılacak kimyasal madde miktarı o kadar fazla olur. Her farklı durum için gerekli kimyasal madde dozajına çamurun özgül direncinin deneysel olarak ölçülmesiyle karar verilir. Şartlandırılacak çamur için kireç ihtiyacı aşağıdaki formül (5.3) ile hesaplanabilir. D = 0,3 [R 1/2 + ( B C + 0,001A)1/2 ] (5.3) Burada D : Sönmemiş kirecin (CaO) miktarı, % katı madde R : Ayarlanmış (modifiye) özgül direnç (R= r x 10-11, r= özgül direnç, m/kg) B : Çamurdaki nem oranı, % C : Çamurdaki katı madde oranı, % A : Koagülasyon öncesi çamurun alkalinitesi, mg CaCO3/L Denklem (5.3) e göre genellikle demir klorür dozlaması için %30-40 oranında CaO (kireç) dozajı gerektiği bulunur. Vakum filtreler ve pres filtreler için çeşitli çamur tiplerine göre tipik demir klorür ve kireç değerleri Tablo 5.3 te gösterilmiştir. Ticari sıvı demir klorür çözeltilerinde demir klorürün konsantrasyonu ağırlıkça %30-35 arasındadır. %30 luk bir demir klorür çözeltisinin özgül ağırlığı 30 o C de 1,39 dur ve 1,46 kg demir klorür içerir. Vakum veya pres filtrelerde çamur susuzlaştırma işlemi için işletme maliyetinin büyük bir kısmını çamurun şartlandırılması için gerekli kimyasal madde maliyeti oluşturmaktadır. Bu sebeple, kullanılacak kimyasal madde miktarı minimize edilmeli ancak hedeflenen susuzlaştırmayı sağlamaya yeterli olmalıdır.

74 60 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ Tablo 5.3. Vakum filtre ve pres filtrede kullanılacak tipik demir klorür ve kireç miktarları Metot Vakum filtre ile susuzlaştırma Pres filtre ile susuzlaştırma Demir Klorür (FeCl3) (% katı madde) Kireç (CaO) (% katı madde) Çamur Tipi Ham ön çökeltim 1,6-3,5 4,8-9,4 Ham atık aktif çamur Ham (ön çökeltim + atık aktif çamur) 1,6-3,5 4,8-9,4 Anaerobik olarak çürütülmüş ön çökeltim çamuru Anaerobik olarak çürütülmüş (ön çökeltim + atık aktif çamur) 3,7-7, Ham ön çökeltim 1,8-4,3 5,2-12,0 Ham atık aktif çamur Ham (ön çökeltim + atık aktif çamur) Anaerobik olarak çürütülmüş ön çökeltim çamuru 2,8-4, Anaerobik olarak çürütülmüş (ön çökeltim + atık aktif çamur) 3,5-8,2 10,2-23,6 Kaynak: U.S. EPA dan uyarlanmıştır, Kirecin iki farklı kuru formu vardır: Sönmemiş kireç (CaO) ve granül - toz sönmüş kireç [Ca(OH)2]. Kireç, demir klorür veya alüminyum klorür ilavesi ile düşen ph değerini yükseltir ve çamurun porozitesini arttırır. Ek olarak, alkali ph değerlerinde hidrojen sülfür gazı (H2S) sülfür iyonuna dönüştüğü için kireç kullanımı sonucu çamurda ciddi bir koku azalması da meydana gelir. Ayrıca kireç, çamurun kimyasal stabilizasyonunu da sağladığı için kullanımı yararlıdır. İnorganik kimyasallar ph, koku ve özgül direnç kontrolü için etkili kimyasallar olmalarına rağmen, birçok zayıflıkları vardır. Demir klorür çok korozif bir malzemedir. Bu sebeple depolama tankı, borulama ve dozlama pompası için malzeme seçiminde bu hususa dikkat edilmelidir. Ayrıca kireç, depolama ve besleme için özel ekipmanların kullanımını gerektirir. İnorganik kimyasal şartlandırıcıların kullanımı oluşacak çamur miktarını arttır. Tasarım Örneği: Bir atıksu arıtma tesisi pres filtre ile susuzlaştırılması gereken anaerobik olarak çürütülmüş çamur üretmektedir. %3 katı içeriğine sahip çamur 5445 kg katı içermektedir. Çamur %40 ön çökeltim ve %60 atık aktif çamurdan oluşmaktadır. Filtre günde 7 saat haftada 5 gün çalışacaktır. Demir klorür ve kireç ile susuzlaştırmadan sonraki toplam katı (çamur) miktarını hesaplayınız. 1. Maksimum susuzlaştırılacak çamur miktarı (5445 kkkk/ggünn)( 7ggünn haaaaaaaa ) = ( 5ggünn = 1089 kkkk/ssssssss haaaaaaaa ) (7ssssssss ggünn ) 2. Tablo 5.3 teki verilerle, demir klorür (%5 (kuru) katı madde (KM)) gereksinimi ve kireç (%18) gereksinimi. 50 kg/ton demir klorür ve 180 kg/ton kireç gerekir. 3. Demir Klorür İhtiyacı (1089 kkkk/ssssssss)(50 kkkk tttttt ) 54 kkkk ssss 1000 kkkk/tttttt Demir klorürün %35 lik çözelti halinde bulunduğu varsayımıyla (0,5 kg FeCl 3/L Çözelti)

75 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 61 DDDDDDDDDD KKKKKKKKürr Çözzzzzzzzzzzzzz İhtttttttttttt: 4. CaO ihtiyacı (1089 kkkk/ssss)(180 kkkk tttttt ) 217 kkkk/ssss 906 kkkk/tttttt 54 kkkk/ssss 0,5 kkkk/ll 110 LL/ssss Sönmemiş kireç %90 CaO içerir, Sönmemiş kireç ihtiyacı; 217 kkkk/ssss = 241 kkkk/ssss 0,9 kkkk/kkkk 5. Kullanılan kimyasal maddeler sonucu üretilen fazla çamur miktarı her kg kullanılan demir klorür başına 1 kg dır. Böylece; Toplam saatlik çamur miktarı=1089 kg çamur+54 kg Demir klorür+241 kg sönmemiş kireç = 1384 kg/sa Organik (Polimerlerle) Şartlandırma: 1960 lardan beri çamur şartlandırıcı malzeme olarak organik polimerler yaygın olarak kullanılmaktadır. İnorganik kimyasallara oranla üstünlükleri daha fazladır. Kullanımları kolaydır, besleme sistemleri daha az yer kaplar. Özgül dirençte aynı miktarda azalma elde etmek için polielektrolit dozajı inorganik kimyasal şartlandırıcılara göre birkaç kat daha azdır. Bütün bunlar şartlandırma maliyetlerini düşürür. Organik polielektrolitler suda çözünen uzun zincirli organik moleküllerdir. Çamur şartlandırma işleminde yaygın olarak kullanılan polielektrolitler, polimer bileşeninin yüküne göre anyonik, katyonik ve iyonik olmayan (non-iyonik); molekül ağırlığına göre kuru, sıvı, emülsiyon veya jel olarak sınıflandırılırlar. Molekül ağırlık ve polimer molekülünün yükünün kombinasyonu performans karşılaştırmasında en kullanışlı özelliktir. Polimerler kullanılarak yapılan şartlandırma, küçük parçaların destabilizasyonu ile bir araya gelip daha büyük yumakların oluştuğu bir işlemdir. Kuru polimerlerin çamur yoğunlaştırmada veya susuzlaştırma işleminde nasıl kullanıldığı Şekil 5.9 da gösterilmiştir. Kuru ürün miktarı ölçer, yumaklaştırıcı dağıtıcısı, polimer hazırlama tankı, depolama tankı, düşük hızlı karıştırıcı ve çözelti ölçüm pompası polimer çözeltisi elde etmek için gerekli ekipmanlardır. Otomatik kuru polimer besleme sistemleri kuru polimerin ilk olarak su ile karıştırıldığı noktaya iletilmesi için hava kullanılan sistemlerdir. Çeşidi ve susuzlaştırılabilirliğe göre polimerin dozajı 1g/kg dan 10 g/kg a kadar değişir. Polimerler, konsantrasyonları %0,1-0,2 arasında olacak şekilde su ile seyreltilirler. Polimer ile şartlandırma, çamur yoğunlaştırmada veya santrifüj ve bant filtre ile susuzlaştırma işlemlerinde sıkça kullanılan bir uygulamadır.

76 62 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ Şekil 5.9. Tipik polimer çözeltisi hazırlama ve besleme sistemi (WEF, 1998) Tablo 5.4 ve Tablo 5.5 te çeşitli yoğunlaştırma ve susuzlaştırma süreçleri için gerekli polimer dozajları verilmiştir. Optimum dozlamanın üzerindeki miktarların çamurun susuzlaşabilirliğini olumsuz yönde etkilediği unutulmamalıdır. Tablo 5.4. Çeşitli yoğunlaştırma yöntemleri için önerilen polimer dozları Polimer Dozları Metot Çamur Tipi g/kg Katı Madde Bantlı yoğunlaştırıcı Ham ön çökeltim Ham atık aktif çamur Ham (ön çökeltim + atık aktif çamur) Çürütülmüş (ön çökeltim + atık aktif çamur) ,5-3,0 Döner elekli yoğunlaştırıcı Çözünmüş hava ile yüzdürme Ham atık aktif çamur 1,0-2,5 Çürütülmüş (ön çökeltim + atık aktif çamur) Ham atık aktif çamur Ham (ön çökeltim + atık aktif çamur) Ham atık aktif çamur Ham (ön çökeltim + atık aktif çamur) Santrifüj Aerobik olarak çürütülmüş atık aktif çamur Anaerobik olarak çürütülmüş (ön çökeltim + atık aktif çamur) Kaynak: U.S. EPA dan uyarlanmıştır, ,5-3, ,5-3,5

77 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 63 Tablo 5.5. Çamur susuzlaştırma için tipik polimer dozaj miktarları Polimer Dozları Metot Çamur Tipi g/kg Katı Madde Ham ön çökeltim 1,2-3,3 Ham atık aktif çamur 2,6-6,5 Bant filtre Ham (ön çökeltim + atık aktif çamur) 3-6 Ham (ön çökeltim + damlatmalı filtre çamuru) 3-6 Anaerobik olarak çürütülmüş ön çökeltim çamuru 2-4 Çürütülmüş (ön çökeltim + atık aktif çamur) 3-8 Ham ön çökeltim 0,5-2,3 Ham atık aktif çamur 3-8 Santrifüj Ham (ön çökeltim + atık aktif çamur) 2-6 Anaerobik olarak çürütülmüş ön çökeltim çamuru 3,6-9,0 Anaerobik olarak çürütülmüş atık aktif çamur 5,0-9,7 Çürütülmüş (ön çökeltim + atık aktif çamur) 2,5-8,0 Ham ön çökeltim 2-5 Ham (ön çökeltim + atık aktif çamur) 4-7 Vakum filtre Anaerobik olarak çürütülmüş ön çökeltim çamuru 3,6-9,0 Anaerobik olarak çürütülmüş (ön çökeltim + atık aktif çamur) 4,4-8,7 Pres filtre Ham (ön çökeltim + atık aktif çamur) Diğer Şartlandırma Yöntemleri Isıl şartlandırma, dondurma-eritme ve yıkama kimyasal olmayan diğer şartlandırma yöntemleridir. Kimyasal Olmayan Şartlandırıcılar: Termik santraller ve çamur yakma fırınlarından oluşan uçucu küller, vakum filtre ve basınçlı filtrelerde susuzlaştırma performansını arttırmak için başarılı şekilde kullanılmaktadır. Çamurun susuzlaşmasının artması, külün içindeki metallerin çözünmesi ve bu metallerin çamurun içindeki küçük katı parçacıklara yapışarak çamurun yapısını değiştirmesiyle olur. Kimyasal şartlandırıcı kullanımının azaltılması veya tamamen ortadan kaldırılması, çamur kekindeki kuruluğun artması ve filtrasyon kalitesinde önemli bir artış sağlaması, kül kullanımının faydalarıdır. Kül kullanımının mahzurları, çamur kekine yüksek miktarda inert madde ilavesi ve ilave edilen bu inert malzemelerin faydalı kullanımının kısıtlı olmasıdır. Susuzlaştırma işlemi ardından çamur keki katı atık depo sahasına gönderilecekse toplam katı içeriğini arttıracağı için kül kullanımı değerlendirilebilir. Kül kullanımı daha kuru çamur keki sağlar. Ancak eğer çamur yakılacaksa yakıt değerine herhangi bir katkısı olmaz. Külün ısıl değeri yoktur ve kek içerisindeki uçucu katı madde içeriğini düşürür; bu sebeple, yakma işleminde harici yakıt ihtiyacı artar. Çamur, susuzlaştırma işleminden sonra yakılacaksa toz haldeki kömür iyi bir çamur şartlandırıcıdır. Diyatomlu toprak ve çimento tozu, kullanılan diğer şartlandırıcı maddelerdir. Bu maddeler esasen pres filtrelerde ön astar olarak kullanılırlar. Özellikle kompostlaştırma öncesi susuzlaştırma işlemi için şartlandırıcı (su ve karbon miktarını ayarlayıcı) madde olarak bazen talaş kullanılmaktadır. Termal Şartlandırma: Çamurun termal olarak şartlandırılması, çamurun 1,2-2,5 MPa da 15 ile 30 dakika arasında o C ye kadar ısıtılmasıdır. Tipik bir termal şartlandırma sistemi Şekil 5.10 da gösterilmiştir. Çamur sisteme girmeden önce dane çapı 4-5 mm den büyük olmayacak şekilde öğütülür. Çamuru ısıl arıtma sistemine taşımak için çalışma basıncı 2,5 MPa a kadar olan piston veya burgu pompa kullanılır.

78 64 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ Çamur ve hava karışımı iki adımda ısıtılır: ilk olarak ısı eşanjöründe, reaktörden gelen arıtılmış çamurun ısısı (ön ısıtma) ile ikinci olarak ise harici bir ısı kaynağı ile elde edilen ısı ile. Şekil Termal şartlandırma sisteminin şematik gösterimi Reaktördeki çamurun istenilen sıcaklığa kadar ısıtılması çeşitli yöntemlerle yapılabilir. En basit ve etkili yöntem, çamurun reaktöre girmeden önce boru içinde bir edüktörden gelen buhar yardımı ile ısıtılmasıdır. Bu metodun faydası, çamur termal şartlandırmada kullanılan değerlere yakın sıcaklıklarda düşük basınçlı buhar kullanılmasıdır. Şartlanmış çamur daha sonra o C ye kadar soğutulduğu ısı eşanjörüne geri verilir. Susuzlaştırma işlemi öncesinde çamur graviteli bir yoğunlaştırıcıda yoğunlaştırılır. Yoğunlaştırıcının yüzeyinde suyun buharlaşması sebebiyle istenmeyen kokular meydana gelir. Söz konusu buharlaşmayı azaltmak için çamur ikinci bir soğutucuda o C ye kadar soğutulur. Yoğunlaştırıcının üzeri, buharlaşan havayı tutması için bir kapak ile de kapatılabilir. Termal olarak şartlandırılmış çamurun mekanik susuzlaştırılması için çoğunlukla basınç kullanılır. Pres filtre kullanımı çamurun %50-60 oranında susuzlaştırılmasına olanak sağlar. Termal arıtma parametre değerleri, kullanılan sisteme göre çeşitlilik gösterir ve bu parametreler çamurun özgül direncindeki azalmaya göre deneysel olarak tayin edilirler. Termal arıtma proseslerinde, uçucu katı maddeler parçalanabilir. Bu parçalanmanın seviyesi çamurun başlangıçtaki özelliğine bağlıdır. Ortalama olarak, parçalanan organiklerin %75-80 i sıvı fazda çözünür ve %20-25 i uçar. Yoğunlaştırıcıdan ayrılan su ve pres filtrenin süzüntü suyu yüksek miktarda ( mg/l) katı madde içerir. Bu katılar arıtma tesisinin kirletici yükünü %10-25 arttırır. Arıtma tesisine geri devredilen katı maddelerin bazılarının oksitlenmesi çok zordur. Bu sebeple, tesis girişine gönderilmeden önce, organik yükü düşürmek için filtre süzüntü suları kimyasal olarak arıtılabilir. Arıtma çamurunu ısıl olarak şartlandırmanın faydaları aşağıda sıralanmıştır: Isıl şartlandırmayla, yüksek susuzlaştırılma özelliğine sahip (ham atık aktif çamur hariç) çamur elde edilir. Termal şartlandırma işlemi sonrasında mekanik

79 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 65 susuzlaştırma kullanıldığında, %50-60 katı madde oranına sahip çamur keki elde edilir. İlave kimyasal şartlandırmaya gerek yoktur. Steril çamur elde edilir. Yüksek metal içeriği sebebiyle biyolojik olarak stabilize edilemeyen birçok çamur tipi için uygundur. Mahzurları: Isı eşanjörlerindeki paslanmaz çelik gibi korozyona dirençli malzemelerin kullanılması sebebiyle, prosesin ilk yatım maliyeti yüksektir. Koku kontrolü ve yüksek basınçlı taşıma için diğer bazı destek ekipmanları gereklidir. Proses, denetim, eğitimli operatörler ve önleyici bir bakım programı gerektirir. Havaya bırakılmadan önce toplanıp arıtılması gereken kokulu bir gaz oluşur. Yüksek miktarda organik madde, amonyak ve renk içeren bir atıksu üretilir. Isı eşanjörlerinde, borularda ve reaktörde oluşan kabuk tabakasını temizlemek için asit ile yıkama gerekir. İngiltere, Almanya ve ABD deki bazı atıksu arıtma tesislerinde yukarıda belirtilen mahzurlar sebebiyle termal şartlandırma uygulamalarına son verilmiştir. Dondurma-Çözme ile Şartlandırma: Çamuru dondurma ve ardından çözme işlemi, çamurun yapısında değişime sebep olmakta ve bağlı suyu serbest hale dönüştürmektedir. Bu daha soğuk iklimlerde çamur kurutma yataklarındaki çamurun doğal olarak donması ve çözülmesi sonucu gözlenir. Bu durum çamurun susuzlaştırılabilme özelliğini önemli ölçüde arttırır. Çamurun donması ve çözülmesi özgül direnci düşürür. Ayrıca koagülasyon için kullanılması gereken kimyasal miktarında önemli ölçüde azalma sağlayarak mekanik susuzlaştırmaya imkan verir. Çamurun yapay olarak dondurulması tambur ve panel tipi dondurucular (buz üreticilerinin kullanıldığı) ile direk temas yolu ile sağlanır. Çamur dondurma ve çözme işleminde güç kullanımını düşürmek için çamurun çözülmesi sırasında faz dönüşüm esaslı ısı (donma işlemi sırasında dışarıya verilen ısı) geri kazanılıp kullanılmalıdır. Yapay dondurma işleminde bir metreküp çamur için gerekli elektrik enerjisi 50 kwh civarındadır. Çözme işleminden sonra çamur, pres filtre veya çamur kurutma yataklarında susuzlaştırılabilir. Pres filtreler ile %50-60 katı madde içeren çamur kekleri elde edilebilir. Çamur kurutma yataklarındaki yükleme oranları 5m 3 /m 2.yıl olabilir. Elütrasyon (yıkama): Bu terim genellikle anaerobik olarak çürütülmüş çamurların susuzlaştırmadan önce yıkanması anlamına gelir. Yıkama, çamurun bikarbonat alkalinitesinde seyrelmeye (azalmaya) sebep olur, böylece asidik metal tuzu ihtiyacı %50 kadar azalır. Genel olarak AAT çıkış suyundan alınan iki ile dört hacim yıkama suyu, bir hacim anaerobik olarak çürütülmüş çamura ters istikamette verilir. Yıkama tankları katı yükleme oranı 39-48,8 kg/m 2.gün olan graviteli yoğunlaştırıcılar gibi çalışacak şekilde tasarlanır. Günümüzde bu proses çok sınırlı oranda kullanılmaktadır. Çünkü alkalinitedeki düşüşe ek olarak, çamurdan %10-15 mertebesinde katı madde de yıkanarak kaybedilir. Bu katılar tesis başına geri döndürüldüklerinde, oluşan ilave yük tesisin tasarımda hesaba katılmamışsa, tesis performansını olumsuz yönde etkileyeceği için, çıkış suyu kalitesinin bozulmasına yol açabilir (Turovskiy ve Mathai, 2006).

80 66 66 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ 6. ÇAMUR YOĞUNLAŞTIRMA Çamur yoğunlaştırma, çamurdaki katı madde konsantrasyonunu arttıran ve bünyedeki suyu uzaklaştırarak çamur hacminde azalma sağlayan bir süreçtir. Yoğunlaştırma sonucu çamur hala akışkan haldedir. Yoğunlaştırma, çürütme ve susuzlaştırma gibi müteakip süreçler için hacimsel yükü azaltmak ve bu süreçlerin verimini arttırmak için kullanılır. En yaygın kullanılan yoğunlaştırıcı tipleri graviteli yoğunlaştırıcı, çözünmüş hava yüzdürmeli (flotasyonlu) (DAF) yoğunlaştırıcı, bantlı yoğunlaştırıcı ve döner tamburlu yoğunlaştırıcıdır. Tablo 6.1 de yoğunlaştırma yöntemlerinin bir karşılaştırması verilmiştir. Belirli bir yoğunlaştırma prosesinin seçimi atıksu arıtma tesisinin büyüklüğüne ve takip eden işlemlere bağlıdır. Yoğunlaştırma prosesleri için önemli tasarım değişkenleri: Katı madde konsantrasyonu ve besleme debisi Şartlandırma işlemi için kimyasal kullanılıyorsa, kimyasal madde ihtiyacı ve maliyeti. Üst fazın askıda ve çözünmüş katı madde konsantrasyonu. Yoğunlaştırılmış çamurun debisi ve katı madde konsantrasyonu Graviteli Yoğunlaştırıcı Graviteli yoğunlaştırma, atıksu arıtma tesislerinde çamurun yoğunlaştırılması için kullanılan en basit ve yaygın yöntemdir. Dikdörtgen planlı tanklar da kullanılmasına rağmen, dairesel beton tanklar en yaygın graviteli yoğunlaştırıcı konfigürasyonudur. Şekil 6.1 de tipik bir dairesel yoğunlaştırıcının kesit görünümü verilmiştir. Tasarım Esasları Graviteli yoğunlaştırıcılar klasik bir çökeltim tankına benzer. Ancak, taban eğimleri daha diktir. Tank çapları genellikle metre, derinlik 3-4 metre ve taban eğimi 1:4-1:6 arasında değişir. Her iki parametre de çamuru istenilen konsantrasyona kadar yoğunlaştırmak için gerekli zamana ve katıların yükleme oranındaki dalgalanmaların dengelenmesi için gerekli depo hacmine bağlıdır. Ayrıca, daha dik eğimler çökelen katı maddelerin tankın tabanında yoğunlaşmasını kolaylaştırdığı için çamur sıyırma problemlerini azaltır. Şekil 6.1. Tipik bir dairesel yoğunlaştırıcının kesit görünümü

81 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 67 Tablo 6.1. Yoğunlaştırma Metotlarının Karşılaştırılması Metot Üstünlükler Zayıflıklar En az operasyonel beceri Yüksek alan gereksinimi Düşük işletme maliyeti Atık aktif çamur için düzensiz ve düşük çamur konsantrasyonu Minimum güç tüketimi Yüzen çamur Graviteli Küçük arıtma tesisleri için idealdir Yoğunlaştırma Kimyasal ve atık aktif çamurlar gibi hızlı çökelen çamurlar için uygundur Şartlandırma kimyasalları gerekli Çözünmüş hava flotasyonu Santrifüjlü Yoğunlaştırma değildir Graviteli yoğunlaştırmadan daha fazla katı konsantrasyonu (%3,5-5) sağlar Graviteli yoğunlaştırıcıdan daha az alan ihtiyacı gerekir Kimyasal madde ilavesiz veya az miktarda kimyasal madde ile çalışabilme Göreceli olarak basit ekipmanlar Atık aktif çamurun yoğunlaştırılmasında etkili Proses performansını kontrol edebilme Daha az koku problemi ve temizlik ihtiyacı Daha düşük alan gereksinimi Graviteli yoğunlaştırıcıdan daha yüksek işletme maliyetleri Göreceli olarak yüksek güç tüketimi Orta derecede eğitimli operatör ihtiyacı Koku potansiyeli Mekanik metotlara kıyasla daha fazla alan gereksinimi Graviteli yoğunlaştırıcıya kıyasla daha küçük depo kapasitesi Ön çökeltim çamurları için verimli değildir Yüksek katı tutma veya artan yükleme oranları için polimer ilavesi Yüksek yatırım maliyeti Yüksek güç tüketimi Eğitimli personel gereksinimi Karmaşık bakım gereksinimleri Daha yüksek katı tutmak için polimer ilavesi Bantlı yoğunlaştırıcı Döner tambur yoğunlaştırıcı Atık aktif çamurda etkilidir Proses performansını kontrol edebilme Yüksek katı tutma verimi Göreceli olarak düşük yatırım maliyeti Göreceli olarak düşük güç tüketimi Atık aktif çamur için etkili Düşük alan gereksinimi Düşük güç tüketimi Polimer gereksinimi Temizlik ihtiyacı Koku problemi Orta seviyede eğitimli operatör ihtiyacı Bina gereksinimi Polimer gereksinimi ve kullanılan polimer türüne hassasiyet Temizlik ihtiyacı Koku problemi Orta seviyede eğitimli operatör ihtiyacı Bina gereksinimi

82 68 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ Graviteli yoğunlaştırıcı mekanizmaları ön çökeltim tankları ile benzerlik gösterir. Yoğunlaştırıcıya giriş, tabandan, yandan veya yukarıdan olabilir. Taban sıyırma ekipmanının destek kirişleri genellikle suyun katıdan ayrılmasına yardımcı olduğu düşünülen çubuklarla donatılır. Ancak, sıyırıcının destek kirişleri bu çubuklar olmadan da yeterli çamur karışımını sağlayabilir. Yüksek viskozitedeki katıların öbekleşmesini önlemek için sürücü mekanizması ön çöktürme tanklarındakinden daha ağırdır. Yüzeyde oluşan köpük tabakasını toplamak için yoğunlaştırıcılar, yüzey sıyırıcı tertibatı ve perdelerle donatılırlar. Tasarım Kriterleri: Yoğunlaştırıcı tasarımında en önemli husus istenen yoğunlaştırma derecesine erişebilmek için gerekli alanın sağlanmasıdır. Eğer bir tesisten deneme için çamur temin edilebilirse, kesikli çökelme deneyleri ile çamurun çökelme akısı belirlenerek gerekli yüzey alanı hesap edilebilir. Katı madde akısı birim zamanda birim alandan geçen katının kütlesidir. AA = CC 0QQ 0 GG TT Burada A : Yoğunlaştırıcı alanı, m 2 (6.1) C0 : Giriş katı madde konsantrasyonu, kg/m 3 Q0 : Giriş debisi, m 3 /gün GT : Katı madde akısı, kg/m 2 gün Graviteli yoğunlaştırıcılarda çamur hacmindeki değişim Denklem 6.2 ye göre hesaplanır. CC VV 2 = VV 1 1 (6.2) CC 2 Burada V1 ve V2 sırasıyla ilk ve son hacimdir; C1 ve C2 ise sırasıyla yoğunlaştırma öncesi ve sonrası çamur konsantrasyonudur. Aktif çamurun yoğunlaştırılmasında bekletme süresinin uzun tutulmasına bağlı olarak, çamurun ayrışması ve bağlı su miktarının artması sebebiyle özgül dirençte bir artış meydana gelir. Aktif çamur özgül direnç örnekleri Şekil 6.2 de görülmektedir. Atık aktif çamurun graviteli yoğunlaştırma işlemi sırasında, katı madde konsantrasyonu % 0,2 den % 2 ye çıktığı için, özgül direnç 35 m/kg dan 1480 m/kg a çıkar ve çamurun hacminde 10 kat azalma meydana gelir. Ancak, konsantrasyon %2 den %3,2 ye çıktığı zaman hacim sadece 1,2 kat azalırken, özgül direnç 1480 den 7860 m/kg a yükselir. Aktif çamurun özgül direncinin çamurdaki katı madde konsantrasyonu ile ilişkisi Şekil 6.2 de gösterilmektedir. Aktif çamurun yoğunlaştırılmasındaki uzun bekletme süreleri, çamurun susuzlaştırılabilirliğinin önemli bir göstergesi olan özgül dirençte belirgin bir artışa neden olur.

83 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 69 Şekil 6.2. Aktif çamurun yoğunlaştırılmasının özgül dirence etkisi (Turovskiy ve Mathai, 2006) Yüksek hacmi ve düşük katı madde konsantrasyonu nedeniyle yoğunlaştırılmamış aktif çamurun susuzlaştırılması doğru değildir. Aktif çamur kinetiği en verimli susuzlaştırma ekipmanları ile ilişkili optimum katı madde konsantrasyonun belirlenmesine olanak sağlar. Yoğunlaştırıcılarda optimum yoğunlaştırılmış çamur konsantrasyonu %2-2,5 tir. Radyal akışlı yoğunlaştırıcılarda ise bu değer %2,9 ile 3,4 arasındadır. Düşey akışlı yoğunlaştırıcılarda en uygun bekletme süresi saat, radyal yoğunlaştırıcılarda ise 9-11 saattir. Havalandırma tankından alınan çamur son çökeltim tankından alınan aktif çamura göre daha çabuk yoğunlaştırılır. Birçok durumda, yoğunlaştırılacak olan çamur çökeltim testleri için uygun değildir. Bu gibi durumlarda yoğunlaştırıcılar, katı madde yüküne ve yoğunlaştırıcı yüzey yüküne göre tasarlanırlar. Gerekli yüzey alanını hesaplamak için Tablo 6.2 de verilen tasarım parametreleri esas alınabilir. Çamurun tipi ile yoğunlaşma sonrası KM düzeyine bağlı olarak bir yoğunlaştırıcı tasarlanabilir. Tavsiye edilen yüzey yükü, ön çökeltim çamurları için 15,5-31 m 3 /m 2.gün, atık aktif çamur için 4-8 m 3 /m 2.gün ve ön çökeltim ile atık aktif çamur karışımı için ise 6-12 m 3 /m 2 gün aralığında değişir. Yüksek yüzey yükleri aşırı katı madde kaçışına sebep olur. Düşük yüzey yükleri ise uzun bekletme süreleri gerektirir. Bu durum ise çamurun yüzmesine ve koku problemine yol açar. İşletmede Dikkate Alınması Gereken Hususlar: Yoğunlaştırıcı, bekletilmemiş (taze) çamur ile sürekli beslenerek işletilecekse septik şartların oluşması ve/veya koku problemi önlenebilir.

84 70 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ Tablo 6.2. Graviteli yoğunlaştırıcı tasarım kriterleri Giriş Katı Madde Kons. (%) Bekletme Süresi (saat) Katı Madde Yükü Yoğunlaştırılmış Çamur Tipi Çamur Kons. (%) kg/m 2.gün Ön Çökeltim (ÖÇ) Damlatmalı filtre (DF) Döner biyo disk (DBD) 1,0-3, Atık aktif çamur (AAÇ) 0,4-1, ,0-3, ÖÇ+DF ÖÇ+DBD ÖÇ+AAÇ 0,6-4, Anaerobik olarak 0,5-1,0 1,5-12, çürütülmüş AAÇ Anaerobik olarak çürütülmüş ÖÇ Anaerobik olarak çürütülmüş ÖÇ+AAÇ Kaynak: U.S. EPA dan uyarlanmıştır, Sıcaklığa bağlı olarak ön çökeltim çamuru yoğunlaştırıcıda 2-4 gün tutulabilir. En iyi uygulama bekletme süresinin 1-2 gün olduğu durumdur. Aktif çamur için bekletme süresi maksimum 15 saat ile sınırlıdır. Yoğunlaştırma sırasında septik şartların oluşması katıların yüzmesine, kötü kokulara ve çıkışta daha düşük yoğunlaşmış çamur konsantrasyonuna neden olur. Çamur hacim indeksi (ÇHİ) 100 den küçük olan atık aktif çamur (ikincil çamur) daha yaşlı, yoğun ve hızlı çökelebilen bir çamuru ifade eder. ÇHİ 150 den büyük ise çamur genç ve düşük yoğunlukludur ve yavaş çökelir. Tipik olarak, ÇHİ 200 den büyük bir çamur, kabaran çamur olarak düşünülebilir. Kabaran çamur, çamur battaniyesinde hızlı ve bariz bir şekilde yükselme ve seyreltik çıkış çamur konsantrasyonu ile anlaşılabilir. Normal bir işletmede bu tür bir durum gözlenmez. Genelde, çamur kabarması yoğunlaştırıcı işletimi ile ilgili değildir. Arıtma tesisindeki işletme sorununun çözümüyle ortadan kaldırılabilir. İpliksi mikroorganizmalardan kaynaklanan çökelme problemleri yoğunlaştırıcı girişine klor ilavesi ile giderilebilir. Özellikle birincil ve ikincil çamur karışımlarında, proses verimini arttırmak için uygun hidrolik yükü sağlamak amacıyla seyreltme suyu kullanımı gereklidir. Eğer çamur sıcaklığı o C yi aşmayacaksa, hacimce 4:1 seyreltme suyu:çamur oranı yeterlidir. Daha yüksek sıcaklıklar için daha fazla seyreltme gerekir. Yüksek hacimli seyreltme suyu kullanımına ve bu suyun arıtma tesisine geri devrine alternatif olarak yoğunlaştırıcı üst suyu dakika havalandırılıp tekrardan seyreltme suyu olarak kullanılabilir. Kaçan katı madde miktarı ihmal edilebilir olduğu için katı maddenin %99 u yoğunlaştırıcıda kalır. Yoğunlaştırıcı üst suyundaki askıda katı madde miktarı önemli farklılıklar gösterir. Rapor edilen değerler 200 mg/l den 2500 mg/l ye kadar değişmektedir. Bazı arıtma tesislerinde graviteli yoğunlaştırıcılara polimer ilavesi de test edilmiştir. Elde edilen sonuçlar, polimer ilavesinin katıların tutulmasını kolaylaştırdığını ancak artan katı madde konsantrasyonlarında polimer etkisinin çok sınırlı olduğunu göstermiştir. Tasarım Örneği: %4 katı madde içeriğine sahip ve 30,28 m 3 /gün debili ön çökeltim tankı çamuru ile %0,8 lik katı madde içeren 189,25 m 3 /gün debili fazla (atık) biyolojik çamur için graviteli yoğunlaştırıcı tasarımı yapınız. 1. Ortalama tasarım şartlarında (özgül ağırlık ihmal edilmiştir)

85 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 71 Ön çökeltim çamuru = (30280 L/gün)(1 kg/l)(0,04 kg/kg) = 1211 kg/gün AAÇ = ( L/gün)(1 kg/l)(0,008 kg/kg)= 1514 kg/gün Toplam katı madde = 2725 kg/gün Toplam çamur debisi = ( ) L/gün = 219,5 m 3 /gün 2. Çamurun toplam katı madde konsantrasyonu: 2720 kkkk/ggünn (1kkkk/LL)(219530LL/ggünn) = %1,24 3. Tablo 2.7 den en düşük katı yükleme oranı olan 25 kg/m 2.gün şeçilmiştir (maksimum çamur debisi için). Alan ihtiyacı: 2720kkkk/ggünn 24,35kkkk/mm 2 = 112 mm2. ggünn Yoğunlaştırıcının çapı: (112mm 2 (4 ππ) = 12 mm 4. Beklenen yoğunlaştırılmış çamur konsantrasyonu %5 (Tablo 3.7) ve katı tutma verimi %90 kabul edilmiştir. Yoğunlaşmış çamur katı miktarı: (2720 kkkk/ggünn) (0,9) = 2448 kkkk/ggünn Yoğunlaştırılmış çamur debisi: 2448 kkkk/ggünn (1kkkk/LL)(0,05kkkk/kkkk) = 49 mm3 /ggünn Üst fazdaki katı madde miktarı = ( ) kkkk/ggünn = 269 kkkk/ggünn Üst fazdaki katı madde konsantrasyonu: 272kkkk/ggünn xx100 = %0,16 = 1600 mmmm/ll (1kkkk/ggünn)(170476LL/ggünn) 5. HHHHHHHHHHHHHHHH oooooooo: LL/ggünn 111,6 mm 2 = 2mm3 mm 2. ggünn Tavsiye edilen minimum yüzey yükü 15,5 m 3 /m 2.gün dür. Bu sebeple, (15,5-2) 109 m 2 =1472 m 3 /gün lük seyreltme suyu gereklidir Çözünmüş hava ile yüzdürmeli yoğunlaştırma Çözünmüş hava ile yüzdürmeli (flotasyonlu) (DAF) yoğunlaştırmada, çamura atmosfer basıncından daha yüksek basınçta çözünmüş hava uygulanır. Basınç, atmosfer basıncı seviyesine indiğinde doygunluk seviyesinden fazla çözünmüş hava, küçük çaplı ( µm) baloncuklar halinde ortamı terk ederler. Baloncuklar askıda katı maddelere veya yumak halindeki floklara yapışırlar. Katı-hava topaklarının, yoğunlukları (0,6-0,7 g/cm 3 ), suyun yoğunluğundan düşük olduğu için yüzeye doğru yükselirler. İyi bir flotasyon işlemi katı-hava topaklarının özgül ağırlığı 0,6-0,7 g/cm 3 iken gerçekleşir. Yüzen katı maddeler, köpük sıyırma sistemine benzer bir sıyırma mekanizması ile yüzeyden toplanır.

86 72 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ DAF yoğunlaştırma sistemleri en verimli olarak atık aktif çamur için kullanılmaktadır. Birincil çamur ve damlatmalı filtre çamuru gibi çamurlar da yüzdürme ile yoğunlaştırabilir. Ancak, bu tür çamurlarda graviteli yoğunlaştırma, DAF ile yoğunlaştırmaya göre daha ekonomiktir. Tipik bir DAF yoğunlaştırma ünitesinin şematik gösterimi Şekil 6.3 te verilmiştir. Bir DAF sisteminin ana bileşenleri, basınçlandırma sistemi, geri devir pompası, hava kompresörü, basıncı serbest bırakmak için özel vana ve yüzey sıyırıcılı bir DAF tankı ile tabandaki katı sıyırma mekanizmasıdır. Basınçlandırma sisteminin işletilebilmesi için üç farklı yol vardır. Toplam basınçlandırma olarak isimlendirilen yöntemde, çamurun hepsi basınçlandırma tankına pompalanır ve hava ile doyurulmuş çamur yüzdürme tankına girmeden önce basınç düşürücü vanadan geçirilir. Kısmi basınçlandırma adıyla anılan ikinci yöntemde sadece çamurun bir kısmı basınçlandırma tankına pompalanır. Basınçlandırma işleminden sonra, basınçlandırılmış ve basınçlandırılmamış çamur karıştırılarak yüzdürme tankına gönderilir. Geri devir basınçlandırma olarak adlandırılan üçüncü yöntemde, (Şekil 6.3) bir miktar flotasyon tankı altsuyu basınçlandırma tankında havaya doyurulur, daha sonra çamurla karıştırılarak yüzdürme tankına gönderilir. Yüksek sürtünme kayıplarını en aza indirmesi, geri devir basınçlandırma sisteminin en önemli avantajıdır. Geri devir basınçlandırması ayrıca basınçlandırma pompasında, basınçlandırma tankında ve basınç serbest bırakma vanasındaki lifli malzemelerden kaynaklanan tıkanma sorunlarının da önüne geçer. Bu sebeplerden dolayı, geri devir basınçlandırma sistemi en çok kullanılan sistemdir. DAF alt suyuna nazaran daha düşük katı madde ve yağ içerdiği için geri devir suyu son çökeltim tankı çıkışından alınabilir.

87 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 73 Şekil 6.3. Çözünmüş hava ile yüzdürme (yoğunlaştırma) sistemi Yüzdürme tankı dairesel veya dikdörtgen planlı olarak, çelik veya beton malzeme ile imal edilebilir. Küçük hacimli tanklar genellikle çelikten imal edilir ve tamamıyla kurulu olarak gelir. Daha büyük hacimler için çoklu veya büyük tanklara ihtiyaç vardır. Bu nedenle beton tanklar daha ekonomiktir. Dikdörtgen tankların dairesel tanklara göre bazı üstünlükleri vardır. Dikdörtgen tanklarda sıyırma işlemi daha verimli bir şekilde gerçekleşir. Dikdörtgen tanklarda, dip çamurunu sıyıran ekipman farklı bir ünite tarafından kontrol edilir, böylece yüzey sıyırıcısından bağımsız olarak işletilebilir. Mekanik ekipman ve yapısal bakımdan dairesel ünitelerin en önemli üstünlüğü maliyetlerinin daha düşük olmasıdır. Ancak taşıma (nakliye) problemleri, 9 m 2 ve daha küçük hazır çelik dairesel tankların kullanımını sınırlar. Tasarımda Dikkate Alınması Gereken Hususlar: DAF prosesinin verimini etkileyen başlıca faktörler aşağıda verilmektedir: Çamurun tipi ve özellikleri Katı madde yükleme hızı Hidrolik yükleme hızı

88 74 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ Hava-Katı madde oranı Polimer ilavesi DAF sistemini boyutlandırmak için 40 yıldan fazla süredir işletilen sistemlere ait verilerden faydalanılabileceği gibi laboratuvar ve pilot ölçekli testler de gereklidir. DAF sistemi üreticilerinin birçoğu performans değerlendirmeleri için laboratuvar ölçekli üniteler de tasarlar ve imal ederler. Tam ölçekli işletme parametrelerini belirlemek için her üreticinin kendi ekipmanına ait boyutlandırma kriterleri vardır. Katı madde ve hidrolik yükleme hızı, geri devir oranı, hava/katı oranı, polimer tipi ve dozajı gibi parametrelerin etkilerini test etmek ve değerlendirmek için bazı üretici firmaların elinde pilot ölçekli üniteler bulunur ve bu üniteler kiralanabilir. Eğer çamur test etmek için uygun değilse, benzer özellikte başka bir çamurun yoğunlaştırıldığı DAF ünitelerinde detaylı deneysel gözlemler yapılmalıdır. Çamurun Tipi ve Özellikleri: Klasik aktif çamur, uzun havalandırmalı aktif çamur, saf oksijenli aktif çamur ve aerobik olarak çürütülmüş çamur gibi çeşitli çamur tipleri yüzdürülerek verimli bir şekilde yoğunlaştırılabilir. Bir DAF sisteminin tasarımında ilk adım yoğunlaştırılacak çamurun özelliklerinin belirlenmesidir. Beklenen katı madde konsantrasyonuna ait aralık ile ilgili bilgiye ihtiyaç vardır. Eğer atık aktif çamur yoğunlaştırılacaksa, çamur hacim indeksi DAF ın performansını önemli ölçüde etkilediğinden karışık sıvının çamur hacim indeksi belirlenmelidir. Önemli bir polimer ilavesi olmadan %4 KM sağlamak için, çamur hacim indeksi 200 den düşük olmalıdır. Katı Madde Yükleme Hızı: Katı madde yükleme hızı birim zamanda birim flotasyon tankı alanındaki katı miktarı olarak ifade edilir. Tipik katı madde yükleme oranları Tablo 6.3 te verilmiştir. Tablodaki yükleme hızları ile normal şartlarda minimum %4 KM li yoğunlaşmış çamur elde edilebilir. Şartlandırıcı polimer ilavesiyle katı madde yükleme hızı %100 oranında arttırılabilir. Hidrolik Yükleme Hızı: Hidrolik yükleme hızı (m 3 /m 2.gün), birim flotasyon tankı alanındaki çamur ve geri devir debisinin birleşimi olarak ifade edilir. Birimler sadeleştirildiğinde, flotasyon tankına doğru akan suyun ortalama düşey hızı yani hız gradyanı olarak da ifade edilebilir. Maksimum hidrolik yükleme hızı, bütün partiküllerin tankın sonundaki çıkışa ulaşmadan önce yüzeye çıkmasını sağlamak için, çamur-hava kabarcığı partiküllerinin yükselme hızından düşük olmalıdır. Önerilen hidrolik yükleme hızı 30 ila 120 m 3 /m 2.gün (1,25-5 m 3 /m 2.sa) arasında değişir. Tablo 6.3. Tipik katı madde yükleme oranları KM Yükleme Oranı (kg/m 2.sa) Çamur Tipi Polimer ilaveli Polimer ilavesiz Ön çökeltim ,52 e kadar AAÇ (hava) a kadar AAÇ (saf oksijenli) a kadar Damlatmalı filtre a kadar Ön çökeltim + AAÇ a kadar Ön çökeltim + Damlatmalı filtre a kadar Kaynak: U.S. EPA dan uyarlanmıştır, Hava Katı (Madde) Oranı: Bu oran DAF performansını etkileyen en önemli faktördür. Hava ile çamurdaki katı madde ağırlığı arasındaki oran olarak tanımlanır. Bu oran çamur karakteristiğinin, özellikle çamur hacim indeksinin, havanın çözünme

89 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 75 veriminin ve hava-katı karışımının yüzdürme tankındaki dağılımının bir fonksiyonudur. Evsel atıksu arıtma çamurları için hava-katı (madde) oranı 0,01 ile 0,4 arasında değişmekte olup, birçok sistem ise 0,06 değerinin altında işletilir. Polimer İlavesi: Polimer ilaveli şartlandırma işleminin DAF yoğunlaştırma üzerine belirgin bir etkisi vardır. Küçük partiküller hava baloncuklarıyla etkili bir şekilde birleşemeyeceklerinden dolayı çamur içerisindeki bu parçacıklar yüzdürme işlemi için uygun olmayabilirler. Etkili bir flotasyon işlemi öncesi, partiküllerin yüzey özeliklerinin değiştirilmesi gerekebilir. Çamur flokları, partikülleri sıvı fazda dağıtan elektriksel bir yükle yüklü olabilirler. Polimerler bu yükü nötralize ederek, partikülleri yumaklaştırıp verimli bir flotasyon işlemi için hava baloncuklarının partiküllere yapışmasına olanak sağlarlar. Bir tesis için en uygun polimer miktarının ve polimer ekleme noktasının (giriş veya geri devir hattı) belirlenmesinde en iyi yol, laboratuvar veya pilot ölçekli testler gerçekleştirmektir. Tipik olarak polimer dozajı 1 kg katı madde başına 2 ila 5 gramdır. Düşük katı madde ve hidrolik yükleme hızlarında polimer ilavesi gerekli değildir. Polimer ile şartlandırma genellikle yüzen katı madde konsantrasyonundan daha fazla miktarda katı madde yakalamayı sağlar. Polimer ilavesi ile yüzen katı madde miktarı %0,5 oranında arttırılabilir, ancak katı madde yakalama verimi %90 dan %95 e çıkarılabilir. Tasarım Örneği: 1134 kg/gün debili atık aktif çamur için DAF yoğunlaştırıcı tasarlayınız. Katı madde konsantrasyonu %0,6 kabul edilecek ve yoğunlaştırma işlemi haftada 5 gün, günde 7 saat olacaktır. 1. Yüzey alanı: Net saatlik yük: (1133,75kkkk/ggünn)(7ggünn/haaaaaaaa) = 227kkkk/ssss (5ggünn/haaaaaaaa)(7ssssssss/ggünn) AAÇ yoğunlaştırma işlemi için (polimer ilavesiz) katı madde yükleme oranı 2-4 kg/m 2.sa arasında (Tablo 6.3) değişmekte olup, 2,5 kg/m 2.sa değeri alınmıştır. Efektif yüzey alanı: 227 kkkk/ssssssss 2,5 kkkk/mm 2 ssssssss 2. Debi: Çamur debisi: = 91 mm kkkk/ssssssss (1kkkk/ll)(0,006kkkk/kkkk) = 38 mm3 /ssss %50 geri devir oranı seçilerek: Toplam debi = 57 m 3 /sa Yüzen katı madde konsantrasyonu %4 ve katı yakalama (tutma) verimi %90 olarak kabul edilmiştir. Yoğunlaşmış çamur: (227kkkk/ssssssss)(0,9) = 204kkgg/ssss Yoğunlaşmış çamur debisi:

90 76 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ 204 kkkk/ssssssss (1kkkk/LL)(0,04) = 5 mm3 /ssss Not: Geri devir hattındaki katı madde ihmal edilmiştir. 3. Hidrolik yükleme oranı: 57mm 3 /ssssssss 91 mm 2 = 0,6 mm 3 mm 2 ssss Hidrolik yükleme alt sınırı olarak kabul edilebilecek 1,25 m 3 /m 2. sa değerinin oldukça altındadır. Bu sebeple, alt akım değerlerini bozmayacak şekilde DAF sistemi daha yüksek katı yükleme oranlarıyla veya daha düşük sürelerde işletilebilir. 4. Yüzdürme tankı boyutu: 2 ünite Etkin yüzey alanı: (91 mm 2 )/2 = 45,5 mm 2 /ünnnnnnnn 8 m çapında 2 dairesel ya da 10m x 5m boyutlarında 2 adet dikdörtgen tank kullanılabilir. 5. Hava ihtiyacı: Hava/katı oranı 0,06 kg/kg olacak şekilde kabul edilerek: Hava ihtiyacı: (227 kkkk/ssssssss)(0,06kkkk/kkkk) (1,202 kkkk/mm 3 )(60dddd/ssssssssss) = 0,2 mm3 dddd 6.3. Santrifüj Yoğunlaştırıcı Santrifüjle yoğunlaştırma, merkezkaç kuvveti yardımıyla katı madde çökeltimini hızlandırma işlemidir. Graviteli bir yoğunlaştırıcıda katılar yer çekiminin etkisiyle çökelir. Bir santrifüjde yerçekiminin 500 ile 3000 katı kuvvet uygulanır; bu sebeple, santrifüjler oldukça yüksek verimli graviteli yoğunlaştırıcılar gibi çalışır. Santrifüjler genellikle atık aktif çamurun yoğunlaştırılmasında kullanılırlar (Şekil 6.4). Birincil çamurlar aşındırıcı maddeler (kum vb.) içerdiklerinden, nadiren santrifüj ile yoğunlaştırılırlar. Santrifüjlerin atık aktif çamurun yoğunlaştırılmasında yüksek verimde çalışmalarının yanı sıra, daha düşük alan gereksinimi, minimum koku oluşumu ve düşük temizlik ihtiyacını gibi ilave üstünlükleri vardır. Ancak ilk yatırım, bakım ve enerji maliyetleri oldukça yüksek olabilir. Bu sebeple, bu yöntemin kullanımı büyük arıtma tesisleriyle sınırlıdır. Temelde üç çeşit santrifüj vardır: disk nozül, deliksiz sepet ve rijit tambur. Disk nozül santrifüjün kullanımı için ön eleme ile kum vb. parçaların çamurdan uzaklaştırılması gereklidir. Bu santrifüjler, partikül boyutu 400 µm veya daha küçük olan çamurlar için kullanılabilirler. Deliksiz sepet santrifüjler, sadece kesikli işletimler için uygun olup, sürekli çamur giriş ve çıkışı olmaz. Bu tip santrifüjlerde, genellikle yatak aşınma problemi görülür ve bakım gereksinimleri yüksektir. Bu sebeplerle, disk nozül ve deliksiz sepet santrifüjlerin yerini rijit tambur santrifüjler almıştır. Rijit tambur santrifüjler (dekantör veya burgu konveyörlü santrifüj) iki temel konfigürasyondan meydana gelir: karşı akım ve paralel akım. Bu ikisi arasındaki temel fark santrifüjün sıvı deşarjının yapıldığı istikamete doğru olan taşıyıcının yapısı ve katı deşarj noktasının yeri ve düzenidir. Çamur, santrifüjün sonundaki eşmerkezli bir tüpten tambura giriş yapar. Santrifüjdeki sıvı derinliği tambur duvarına yakın deşarj savağının yüksekliği ile belirlenir. Savak genelde ayarlanabilir yapıdadır. Çamur partikülleri yerçekimi etkisiyle, döner tamburun iç yüzeyinden dışarı doğru çökelmeye başlarlar.

91 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 77 Daha hafif olan sıvı, çamur tabakasının üzerinde birikir ve çıkış yapısına akar. Tamburun iç yüzeyinde çökelen çamur partikülleri döner bir bant vasıtasıyla tamburun diğer tarafına doğru aktarılırlar. Yoğunlaştırma ve susuzlaştırma santrifüjleri arasındaki temel fark taşıyıcının ve tambur konik kısmının imalatıdır. Yoğunlaştırıcı santrifüjde konik kısmın eğimi daha azdır. Santrifüj işleminin performansı, yoğunlaşmış çamurun konsantrasyonu ve katı geri kazanımı parametreleri ile belirlenir. Geri kazanım, girişteki ve yoğunlaştırılmış çamurdaki katı maddenin yüzdesi üzerinden hesaplanır. Yaygın olarak ölçülen katı madde konsantrasyonunun kullanımı ile katı yakalama (tutma) verimi aşağıdaki denkleme göre bulunur (WEF,1998): R = C k (C s T c ) x100 (6.3) C s (C k T c ) Burada; R : Geri kazanım (KM tutma) yüzdesi, % Ck : Yoğunlaştırılmış (susuzlaştırılmış) çamur konsantrasyonu, % KM Cs : Giriş katı madde konsantrasyonu, % KM : Üstfazın katı madde konsantrasyonu, % KM Tc

92 78 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ Şekil 6.4. Santrifüj yoğunlaştırıcıların şematik gösterimi Yoğunlaştırmayı etkileyen başlıca işletme parametreleri şunlardır: Giriş debisi Giren çamurun partikül boyutu ve şekli, partikül yoğunluğu, sıcaklığı ve ÇHİ gibi özellikleri Tamburun dönme hızı Tambura göre taşıyıcının hız farkı Tamburdaki sıvının derinliği Polimer ile şartlandırma

93 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 79 Santrifüjlerin en önemli işletim parametresi ayırma faktörüdür. Ayırma faktörü, F; merkezkaç kuvvetinin çökelme kuvvetinden ne kadar büyük olduğunu gösterir (Eşitlik 6.4). F = a g, a = wr veya F = r n g Burada; F : Ayırma faktörü a : Merkezkaç kuvvetinin hızı, m/s 2 g : Çökeltim kuvvetinin hızı, m/s 2 w : Tamburun açısal hızı, m -1 r : Tamburun iç yarıçapı, m n : Tamburun dönüş hızı, dk -1 (6.4) Tamburun dönüş hızındaki artış ayırma faktörünün artmasına olanak sağlar. Ancak, yüksek dönüş hızı çamurdaki partikül boyutunu düşürebilir, polimer ihtiyacını arttırabilir ve yumaklaşmanın verimliliğini düşürür. Bu sebeple, santrifüjler tipik olarak 1500 ile 2000 rpm (devir/dk), ayırma faktörü 600 ile 1600 arası olacak şeklide işletilir. Daha düşük ayırma faktörü değerlerinde, yoğunlaşmış çamur konsantrasyonu ve katı madde geri kazanım değerleri daha düşük olur. Santrifüj tasarım kriterleri üreticiden üreticiye oldukça farklılık gösterebilir. Bu sebeple, bu değişkenlerin karşılıklı ilişkileri her bölgede farklı olup, standart tasarımlar uygun olmamaktadır. Santrifüj üreticileri tarafından yapılan laboratuvar ve pilot testler, santrifüj ile yoğunlaştırmanın performansını belirlemek için en uygun yaklaşımlardır. Santrifüjlerin yoğunlaştırma performanslarının farklı ülkelerdeki değerleri Tablo 6.4 te verilmiştir. Kuzey Amerika daki bazı tesislerde elde edilen santrifüj ile yoğunlaştırma performansları ise Tablo 6.5 gösterilmiştir. Tablo 6.4. Aktif çamur yoğunlaştırmasında rijit tamburlu santrifüjün performansı Yoğunlaştırılmış Çamur KM Oranı (%) Katı Madde Geri Kazanımı (%) Ülke/Bölge Katı Madde Oranı (%) ÇHİ Polimer Kullanımı (g/kg katı madde ) ABD 0,2-0, Yok 1,9-7, ,0-1, Yok ,3-0, ,20-0,25 3,6-10, Kanada 0,7-0, ,3-3, Avrupa 0,4-1, Yok 4,7-6, ,4-1, Yok 3,5-8, Japonya 0,3-0,6-0,5-1, Rusya 0,5-0, Yok ,4-0, Yok ,7-1, ,8-1,0 5,0-6, ,8-1,0 6,0-7, Rijit tamburlu santrifüjler bazı çamurların yoğunlaştırılmasında oldukça esnek işletme imkanı sağlamaktadır. Uygulamalar genellikle atık aktif çamurun yoğunlaştırılması üzerinedir. Aerobik veya anaerobik olarak çürütülmüş çamurlar da başarılı bir şekilde santrifüjle yoğunlaştırılır. Çamurun partikül boyutu ve dağılımı yoğunlaştırma performansı üzerinde önemli etkiye sahiptir. Çamur içindeki yumaklaşmış katı maddeler genellikle santrifüjde karşılaştıkları yüksek sürtünme kuvveti etkisiyle parçalanırlar. Bu nedenle, daha güçlü yumaklar elde etmek için polimer ilavesi gerekebilir. Polimer kullanımı katı madde tutma verimini %90-95 e kadar arttırır.

94 80 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ Genelde, santrifüjlü yoğunlaştırma tesisleri için önemli tasarım kriterleri aşağıda listelenmiştir (WEF, 1998): Etkili bir kum tutucu ve ızgara veya parçalama (öğütücü) sistemi bulunmalıdır. Izgara veya öğütücü sisteminin yetersiz olduğu durumlarda, tıkanmayı önlemek için çamur santrifüje beslenmeden önce parçalanmalıdır. Düzenli besleme yapabilmek için debi kontrollü ve hız ayarlı besleme pompası kullanılmalıdır. Bunun için depolama veya karıştırma tankı uygundur. Yoğunlaştırılmış çamur daha sonra çamur pompası ile uzaklaştırılmak üzere bir çamur deposuna veya doğrudan (vidalı, helezonlu) burgulu bir konveyöre aktarılmalıdır. Santrifüj üst fazı, arıtma tesisinin birinci veya ikinci kademesine geri gönderilmelidir. Üst faz için köpük giderme sistemi gerekebilir. Santrifüj arıza vb. sebeple durursa boşaltmak için su temin edilmelidir. Biriken yağları uzaklaştırmak için periyodik olarak sıcak su ile temizlenmelidir. Koku kontrolü için santrifüj ünitesi uygun bir şekilde havalandırılmalıdır. Anaerobik olarak çürütülmüş çamur yoğunlaştırılacaksa çürütücüde MgNH4PO4 (MAP, strüvit) oluşma ihtimali göz önünde bulundurulmalıdır.

95 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 81 Tablo 6.5. Rijit tamburlu santrifüj ile aktif çamur yoğunlaştırması işletme sonuçları Yer Atlantic City, NJ Hyperion, Los Angeles, CA East BAY MUD, Oakland, CA Aktif Çamur Tipi Giriş KM Oranı (mg/l) ÇHİ (ml/g) Giriş Debisi (L/m.boy) Yoğunlaştırılmış Çamur KM Oranı (%) Katı Madde Tutma Verimi (%) Polimer Kullanımı Tambur Çapı x Uzunluğu (mm) Tambur Hızı (rpm) Santrifüj Konfigürasyonu Hava ,5 740x Karşı akım Hava ,9-7,9 1,7-8, Yok 1100x Paralel akım Oksijen ,2-2,2 1100x Paralel akım Naples, FL Hava Jones Island, Milwaukee, Yok 1000x Karşı akım Hava ,0-5, ,4-1,4 1000x Karşı akım WI Littleton, Hava x Karşı akım CO Lakeview, Hava ,7 Ontario Canada Hava , Yok 740x Karşı akım Kaynak: WEF,

96 82 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ 6.4. Bantlı Yoğunlaştırıcı Bantlı Yoğunlaştırıcı (BY), çamurun içindeki serbest suyun hareket eden kumaş bir banttan geçirilerek uzaklaştırılması prensibiyle çalışır. BY nin performansı çamurun şartlandırılmasına bağlıdır ve genellikle katyonik bir polimer kullanılarak negatif yüklü biyolojik katı maddeler nötralize edilir (Turovskiy ve Mathai, 2006). Şekil 6.5. Bantlı yoğunlaştırıcı BY, bant filtre sisteminin üst drenaj kısmının bir modifikasyonu olup, 1980 yılında geliştirilmiştir. Şekil 6.5 te BY nin şematik bir gösterimi verilmiştir. Flokülasyon tankına girmeden önce, enjeksiyon halkasından polimer eklenerek besleme çamuru ile karıştırılır ve çamur, kanal karıştırıcıdan giriş hattına verilir. Ağır flok oluşumu ve başarılı bir yoğunlaştırma için polimer ilavesi gereklidir. Eklenecek polimerin miktarı yoğunlaştırılacak çamurun tipine ve katı maddelerin özelliğine bağlıdır. Polimerin iyi karışması için çamura uygulanan karıştırma enerjisinin miktarı flok oluşumunu etkilemektedir.

97 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 83 Şartlandırılmış çamur, flokülasyon tankından sonra bandın eni boyunca eşit olarak dağıtılır. Burada katı maddeler ve su fiziksel olarak ayrılmaya başlar. Katı-sıvı karışımı hareketli bant üzerinde kalarak suyun banttan süzülmesini sağlar. Süzülen su drenaj tavasında toplanarak toplama haznesine yönlendirilir. Çamur bant üzerinde ilerlerken karıştırıcı bıçaklar ile çevrilerek karıştırılır. Karıştırıcı bıçakların, bant üzerinde yer alan gözenekleri suyun süzülmesi için temizlemesi ve katı maddeleri altüst etmesi, graviteli yoğunlaştırma prosesinin etkinliğini büyük oranda arttırır. Çamurun bandın kenarlarından düşmesi kauçuk engeller ile önlenir. Yoğunlaştırıcının sonunda yer alan deşarj bölgesine yerleştirilen ayarlanabilir rampa, bekleme süresini arttırmakta ve ek olarak kesme etkisi ile de katı maddenin daha iyi yoğunlaşmasını sağlamaktadır. Yoğunlaştırılmış çamur banttan sıyırıcı bir bıçak ile ayrılır. Bant, sıyırıcı bıçaktan geçerek yıkama teknesine ulaşır ve burada bandın gözenekleri arasına girmiş katıların temizlenmesi için yıkanır. BY, katı madde konsantrasyonu % 0,4 veya daha düşük olan çamurları yoğunlaştırmak için kullanılabilir. BY ile %95 katı madde tutma verimi elde edilebilir (%99 ve üzerinde verimler de görülmüştür). BY nin diğer üstünlükleri düşük yatırım maliyeti ve enerji tüketimidir. Ancak bantlı yoğunlaştırıcılar polimere bağımlıdır. Katı madde bazında 1,5 ile 6 g/kg arasında polimer ilavesi gereklidir. Diğer zayıflıkları ise polimer dozlamasının optimize edilmesi ve bant hızının ayarlanması için eğitimli personele olan ihtiyaçtır. Yoğunlaştırma işleminin olumsuz havalardan etkilenmemesi için BY genellikle bir bina içine yerleştirilir. BY, aktif çamur, aerobik ve anaerobik çürütülmüş çamur ile bazı endüstriyel çamurların yoğunlaştırılması için kullanılır. Tablo 6.6 da çeşitli tip kentsel atıksu arıtma çamurları için tasarım kriterleri ve performansları verilmiştir. Etkin bant genişliği için metre başına tipik hidrolik yükleme değerleri L/dk dır. BY ler ile çamur yoğunlaştırmada uygun etkin bant genişlikleri 0,5, 1,0, 1,5, 2,0 ve 3,0 m dir. Çamurun tipik polimer dozajları ile yoğunlaşabilirliğini doğrulamak için deneme testleri yapılması önerilmektedir. Tablo 6.6. Bantlı yoğunlaştırıcının tasarım kriterleri ve performansı Çamur Tipi KM Oranı (%) Katı Madde Yüklemesi (kg/m.sa) Polimer Dozu g/kg katı madde Yoğunlaştırılmış Çamur Konsantrasyonu KM Oranı (%) Ön çökeltim(öç) , Son çökeltim(sç) 0,4-1, Karışık: 1,0-2, %50 ÖÇ & %50 SÇ Anaerobik çürütülmüş: %50 ÖÇ & %50 SÇ Anaerobik 1,5-3, çürütülmüş: %100 SÇ Aerobik 1,0-2, çürütülmüş: %100 SÇ Kaynak: WEF ten uyarlanmıştır, Döner Tamburlu Yoğunlaştırıcı Döner tamburlu yoğunlaştırıcı (DTY), bantlı yoğunlaştırıcıya benzer. Bu yöntemde de katı-sıvı ayrımı, katıların koagülasyon ve flokülasyon ile sıvıdan ayrılması ve serbest suyun dönen ortamın gözenekleri arasından süzülmesi ile olur. Gözenekli ortam, tel kafes, delikli paslanmaz çelik elek, polyester dokuma ya da paslanmaz çelik ve

98 84 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ polyester dokuma şeklinde bir tambur olabilir. Yoğunlaştırma, özellikle çamurun tipik bir katyonik polimer ile şartlandırılması durumuna bağlıdır. Yoğunlaştırıcı, içten beslemeli döner tambur ile yoğunlaştırılmış çamuru tamburun dışına taşıyan tek parça bir burgudan oluşmaktadır. Tambur rulmanlı bir yatak üzerinde dönmekte ve değişken hızlı bir hız değiştirici ile kontrol edilmektedir. Polimer ile şartlandırılmış çamur, giriş borusu ile tamburun içine beslenir. Tamburun delikleri arasından süzülen serbest su, bir toplama kanalına geçerek tamburun içindeki yoğunlaştırılmış çamurdan ayrılır. Temiz işletim ve kokuyu önlemek için genellikle paslanmaz çelik bir kaplama kullanılır. Şekil 6.6 da döner tamburlu bir yoğunlaştırıcı görülmektedir. DTY, giriş katı madde konsantrasyonu % 0,5 olan çamurların yoğunlaştırılmasında yüksek katı madde tutma verimi sağlamaktadır. Az alana ihtiyaç duyması, düşük yatırım maliyeti ve enerji tüketimi DTY nin en önemli üstünlükleridir. Polimere bağımlı olmasının yanı sıra flokların tamburun içinde parçalanma ihtimali sebebiyle polimer tiplerine oldukça hassastır. Koku oluşumunu engellemek için genellikle kapalı bir sistem olarak imal edilir ve genellikle bina içine yerleştirilir. DTY, aktif çamur, aerobik ve anaerobik çürütülmüş çamur ile bazı endüstriyel çamurların yoğunlaştırılmasında, genellikle küçük ve orta ölçekli atıksu arıtma tesislerinde kullanılır L/dk lık kapasiteye sahip sistemler mevcuttur. Tablo 6.7 de döner tamburlu yoğunlaştırıcılar için tipik performans verileri gösterilmektedir. Şekil 6.6. Döner tamburlu yoğunlaştırıcı Tablo 6.7. Döner tamburlu yoğunlaştırıcının tipik performans verileri Çamur Tipi Beslenen Çamurun KM Oranı (%) Uzaklaştırılan Su (%) Yoğunlaştırılmış Çamurun Konsantrasyonu(%) KM Tutma Oranı (%) Ön çökeltim (ÖÇ) 3,0-6, Fazla AÇ 0,5-1, Ön çökeltim (ÖÇ) ve 2,0-4, Fazla AÇ Aerobik çürütülmüş 0,8-2, Anaerobik çürütülmüş 2,5-5, Kağıt elyafları 4,0-8, Kaynak: WEF ten uyarlanmıştır, 1998

99 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI ÇAMUR STABİLİZASYONU Stabilizasyon, arıtma çamurlarının içeriklerindeki patojen organizmaların azaltılması, istenmeyen kokuların engellenmesi, çürüme, bozulma ve kokuşma gibi problemlerin ortadan kaldırılması amacıyla uygulanmaktadır. Stabilizasyon prosesinde en önemli özellik arıtma çamurlarının uçucu veya organik içeriklerin giderilmesidir. Patojen organizmaların yaşayabilmeleri, koku oluşumu, kokuşma, bozulma ve çürüme gibi süreçlerin gerçekleşmesi, ancak mikroorganizmaların çamurların organik kısmında gelişmeleri ile gerçekleşmektedir. Bu sebeple bu problemlerin engellenebilmesi için çamurun uçucu içeriğinin biyolojik olarak giderilmesi ve mikroorganizmaların yaşayabilmeleri için uygun olan koşulların ortadan kaldırılması gerekmektedir. Çamura ilave edilecek uygun kimyasal maddeler ile mikroorganizmaların gelişmesini önleyecek çevresel koşullar oluşturulabilir. Stabilizasyon, yukarıda belirtilen hijyen ve estetik kaygılar dışında, ayrıca çamur hacminin azaltılması, faydalı biyogaz (metan) üretimi ve çamurların susuzlaştırılmalarını iyileştirmek amaçlarıyla uygulanmaktadır. Başlıca stabilizasyon yöntemleri, kireç ilavesi ile gerçekleştirilen kireçle (kimyasal) stabilizasyon, havalı çürütme, havasız çürütme ve kompostlaştırmadır. Ayrıca stabilizasyon amacıyla ısı ile arıtma ve oksitleyici kimyasal ilavesi ile stabilizasyon gibi yöntemler de bulunmaktadır. Bir stabilizasyon prosesinin tasarımı yapılırken çamurların nihai bertarafı için hangi yöntemin seçileceği de stabilizasyon yapılırken göz önünde bulundurulmalıdır. Örneğin çamur bertarafında arazi uygulaması seçilecek ise stabilizasyon ile gerekli oranda patojen giderimi mutlaka sağlanmalıdır Kireçle (Kimyasal) Stabilizasyon Ham birincil çamurun, atık aktif çamurun ve anaerobik olarak bozunmuş çamurun stabilizasyonunda kireç kullanılabilmektedir. Kireç stabilizasyonu susuzlaştırma öncesinde (ön kireçleme) uygulanabileceği gibi susuzlaştırmadan sonra da (son kireçleme) uygulanabilmektedir. Ön kireçleme daha yaygın olarak kullanılmaktadır ancak son kireçlemede daha az miktarda kirece ihtiyaç duyulduğu için şartlandırıcı ve susuzlaştırma ekipmanlarında karşılaşılan problemlerin önüne geçilmesinde önemli avantajlar sağlamaktadır (WEF, 1995). Kireçle stabilizasyon sonrası oluşan ürün düzenli depolama tesislerinde bertaraf edilebilir veya faydalı bir ürün olarak kullanılabilir. Kireç ilavesi ile gerçekleştirilen stabilizasyonda, yeterli miktarda kireç eklenerek çamurun ph ı 12 den yüksek değerlere kadar arttırılabilir. Böylece yüksek ph değerlerinde mikrobiyal reaksiyonların yavaşlaması ve/veya tamamen durması sağlanmakta, istenmeyen kokuların oluşumu engellenerek kemirgen, kuş, haşere vb. (bu canlılara vektör denilmektedir) potansiyel hastalık taşıyıcı canlıların ilgisini çekecek ortamlar ortadan kaldırılmaktadır. Çamurun ph ı bu seviyelerde tutulabildiği sürece kokuşma, bozulma, çürüme, koku oluşumu ve sağlığa zararlı etkenler oluşmamaktadır. Alkali ile stabilizasyon işleminde ayrıca virüs, bakteri ve diğer mikroorganizmaların aktiviteleri de durdurulmaktadır. Standart uygulama, karışımın ph ının 12 veya daha yukarısına çıkarılmasını ve en az 2 saat süre boyunca ph ın 12 olmasını sağlamak amacıyla yeteri kadar kireç ilave edilmesini içermektedir. Bu işlem çamurdaki ayrışma sırasında oluşan patojenlerin ve mikroorganizmaların ölmesini veya faaliyetinin durdurulmasını sağlamaktadır. Böylelikle çok az biyobozunum gerçekleşmekte veya hiç gerçekleşmemektedir.

100 86 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ Tipik bir kireçle stabilizasyon işleminde kireç çözeltisi ve çamur, difüzörle hava verilen veya mekanik karıştırma yapılan bir tankta karıştırılırlar. İlk karıştırmanın ardından, karışım bir temas kanalına iletilir ve karıştırma yaklaşık olarak 30 dakika sürdürülür. Eğer gerekirse, karışımın ph ının 12 veya daha yukarısına çıkarılmasını ve karıştırmadan sonra en az 2 saat süre boyunca ph ın 12 olmasını sağlamak amacıyla sisteme kireç ilavesi yapılmalıdır. Bu işlemlerin ardından arıtılan çamur susuzlaştırılır ve zaman kaybedilmeden depolanır veya bertaraf edilir. Şekil 7.1 de tipik bir kireçle stabilizasyon prosesi için işlemi akış diyagramı verilmektedir. Şekil 7.1. Kireçle stabilizasyon için proses akım diyagramı Son kireçleme ile yapılan stabilizasyonun ön kireçleme ile yapılan stabilizasyona göre üstünlükleri aşağıdaki gibidir: Sönmüş veya sönmemiş kireç kullanma seçeneği, Ön kireçleme uygulandığı zaman mekanik susuzlaştırıcı ekipmanlarında yüksek miktarda kireç kullanımına bağlı aşınma, korozyon ve dökülme problemlerinden kaçınma, Sönmemiş kirecin söndürülmesi sırasında oluşan ısının patojen giderimi sağlaması olarak sıralanabilir. Sönmemiş kireç çamura ilave edilir edilmez, çamur bünyesindeki su ile reaksiyona girerek sönmüş kireç oluşmaktadır. Bu reaksiyon ekzotermik (ısıveren) bir reaksiyondur ve yaklaşık 64 kj/g.mol değerinde bir ısı enerjisi açığa çıkmaktadır. Sönmemiş kireç ile karbondioksit arasında gerçekleşen reaksiyon da ekzotermik bir reaksiyondur ve yaklaşık 180 kj/g.mol değerinde bir ısı enerjisi oluşmaktadır. Yüksek sıcaklık ile yüksek ph patojen organizmaların ölmesini sağlarken çamurun suyunu kaybetmesini de sağlamaktadır. Çamurdaki katı madde muhtevası, çamur kütlesinin periyodik olarak karıştırılması ve yığın haline getirilmesi ile 2-3 hafta içinde %50 den fazla artabilmektedir.

101 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 87 Çamur stabilizasyonu ile ön arıtma için önerilen kireç dozajları, Tablo 7.1 de verilmiştir. Tablo 7.1. Çamur stabilizasyonu ile ön arıtma için önerilen kireç dozajları Katı Madde Konsantrasyonu (%) Kireç Dozajı a g Ca(OH)/kg KM Çamur Tipi Aralık Ortalama Aralık Ortalama Ön çöktürme çamuru 3-6 4, Atık aktif çamur 1,0-1,5 1, Havasız olarak çürütülmüş karışık 6-7 5, çamur (a) 30 dakika süre ile ph = 12 değerinin sağlanabilmesi için gerekli sönmüş kireç [Ca(OH) 2] miktarı Kireç stabilizasyonu ile ilgili bazı özel uygulamalar da mevcuttur. Çamur, çimento ocağı tozu veya çimento ve silikat gibi sertleştirici katkı maddeleri de çamurda alkali koşulların oluşması için kullanılabilmektedir. AAT lerde koku oluşumunun gözlenmemesi ve susuzlaştırmanın uygun bir şekilde yapılması stabilizasyonun gereken ölçüde yapıldığını anlayabilmek için yeterli değildir. Stabilizasyonun yeterli ölçüde yapıldığının tespit edilebilmesi için ph ın dikkatle izlenmesi ve yeteri kadar bir süre ph ın belli bir seviyenin üzerinde tutulduğunun gözlemlenmesi gerekmektedir. 3 ayda bir ise mikrobiyolojik analiz yapılması faydalı olacaktır. Mikrobiyolojik analizlerde fekal koliform ve fekal streptekok gibi indikatör mikroorganizmalar kullanılmaktadır. Kompostlaştırma ile karşılaştırıldığında kireç stabilizasyonu işletilmesi daha basit bir prosestir. Kireç stabilizasyonunun başlıca dezavantajları ph ın düşmesi durumunda çamurun kararsız hale gelmesi ve biyolojik aktivitenin tekrar başlamasıdır. Bu durumda sonradan kireç ilavesi gerekmektedir ve bu nedenle bertaraf edilecek çamur miktarı artmaktadır. Sonradan ilave edilen kireç nedeniyle işletme maliyeti de artmaktadır. Örnek: Bir atıksu arıtma tesisinde anaerobik olarak çürütülmüş çamurun susuzlaştırılması filtre preslerde yapılacaktır kg katı madde içeren çamurun katı madde konsantrasyonu %3 tür. Çürümüş çamurun %40 ı primer %60 ı biyolojik kaynaklıdır. Filtre pres haftada 5 gün ve günde 7 saat işletilecektir. Şartlandırma için gerekli demir klorür ve kireç miktarlarını, ayrıca susuzlaştırma sonrası oluşan kuru çamur miktarını hesaplayınız. Çözüm: 1. Susuzlaştırılacak maksimum çamur miktarı: 5443 kkkk/ggünn 7ggünn/haaaaaaaa = 1089 kkkk/ssss 5 ggünn/haaaaaaaa 7ssss/ggünn 2. Tecrübelere dayalı olarak filtre pres için 50 kg FeCl 3 /ton KM 200 kg CaO /ton KM değerleri kullanılabilir. 3. Demir klorür ihtiyacı: 1089 kkkk/ssss 50 kkkk/tttttt 900 kkkk/tttttt = 61 kkkk/ssss Demir klorür piyasada %35 lik çözelti halinde bulunmaktadır (0,5 kg/l). Buna göre gerekli demir klorür çözelti miktarı:

102 88 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ 61 kkkk/ssss 0,5 kkkk/ll = 122 LL/ssss 4. CaO ihtiyacı: 1089 kkkk/ssss 200 kkkk/tttttt = 242 kkkk/ssss 900 kkkk/tttttt Sönmemiş kireç piyasada %90 saflıkta bulunmaktadır. Buna göre gerekli sönmemiş kireç miktarı: 242 kkkk/ssss 0,9 kkkk/kkkk = 269 kkkk/ssss 5. Kimyasal ilavelerinden sonra oluşan toplam çamur miktarı: (1089 kkkk/ssss kkkk/ssss kkkk/ssss) 7.2. Isıl İşlem 7ssss/ggünn 900 kkkk/tttttt = 11,5 tttttt/ggünn Genellikle çamurun susuzlaştırılma özelliğinin arttırılması için şartlandırılması gerektiğinde veya biyobozunum özelliklerinin arttırılmasında ısıl işlem uygulanır. Isıl işlem (Şekil 7.2) uygulanarak çamur belli bir dane çapına getirilir ve kpa dan (300 psi) daha yüksek bir basınçta pompalanır (WEF, 2012). Isıl işlemde ısı değiştirici eşanjör ile sıcaklığı yaklaşık 20ºC olan çamur 170ºC ye çıkarılarak büyük pişirme kaplarına alınır. Çamurun sıcaklığı ise daha sonra doğrudan buhar enjeksiyonu ile yaklaşık 180ºC ye yükseltilir. Bunun ardından çamur reaktörde istenen sıcaklık ve basınçta yaklaşık 30 dakika boyunca pişirilir. Son olarak, yüksek sıcaklığa sahip olan kütle reaktöre yeni beslenen çamur ile ısı alışverişine girerek (ön ısıtma) soğutulur. Isıl işlem sırasında oluşan gazlar 340 ile 400ºC arasında değişen bir sıcaklıkta yapılan bir yakma işlemi ile arıtılabilir. Gazların yakılması yerine bir koku giderici sistemde arıtılması da mümkündür. Bazı durumlarda, ortaya çıkan bu gazlar atıksu arıtma tesislerinin havalandırma havuzlarının tabanından difüzörler ile verilerek de uzaklaştırılabilir. Şekil 7.2. Isıl arıtma için proses akım diyagramı

103 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI Islak Hava Oksidasyonu Islak hava oksidasyonu ısıl arıtma ile benzerlikler taşıyan bir prosestir. Isıl arıtmadan farklı olarak ıslak hava oksidasyonunda daha yüksek sıcaklıklar (230 ile 340ºC ve yüksek basınçlar (8.200 ile kpa)) görülmektedir (WEF, 2012). Islak hava oksidasyonu prosesi yanabilen maddelerin su buharı varlığında 120 ila 370ºC arasında oksitlenmesi temeline dayanır. Oksidasyon derecesi sıcaklık, basınç, reaksiyon süresi ve reaktöre verilen hava miktarı ile ilgilidir. Islak hava oksidasyonu bir termal şartlandırma veya kısmen de tam oksidasyon olarak nitelendirilebilir. İşlem sonucunda daha iyi susuzlaştırılabilme karakterine sahip sulu bir çamur oluşmaktadır. Ancak, ıslak hava oksidasyonuna sokulan çamur termal kurutma ve yakma işlemlerinden geçirildiği için susuzlaştırma işlemine tabi tutulmasına gerek yoktur. Ancak proses sonunda oluşan oksitlenmiş kül vakum filtrasyonu, santrifüj veya diğer katı ayırma teknikleri ile sudan ayrılmalıdır. Beslenen çamurun su muhtevası %95 in üzerinde olmalıdır. Beslenen çamur karışımı reaktöre girmeden önce sıkıştırılmış hava ile karıştırılır ve bir ısı eşanjörünün içinden geçer. Oksitlenmiş çamur reaktörden ayrılır ve ısı eşanjörü ile ham çamurun ısıtılması sağlanır. Eğer oksidasyon yüksek seviyede olmuş ve çamurun yakıt değeri nispeten yüksek ise reaktörde oksidasyonun gerçekleşmesi için dışarıdan ısı verilmesine gerek yoktur. Aksi durumda ise ısı eşanjörüne verilmesine gereken ısı buhar enjeksiyonu ile yapılmaktadır. Yüksek oranda oksidasyon gerçekleşebilmesi için reaktör sıcaklığı yaklaşık olarak 260ºC civarında olmalıdır. Bu sıcaklıklarda suyun buharlaşmasının önlenmesi için reaktörde yüksek bir basınç (6.900 ile kpa) sağlanmalıdır. Reaktörde oluşan gazlar basınç kontrol vanasından geçip koku kontrolü için gaz arıtma ünitesine iletilir. Yüksek KOİ ye ve kokuya sahip olan sıvı faz genellikle AAT ye geri devrettirilir. AAT başına iletilen bu yan akım tesis içindeki ünitelere önemli bir ilave yük getirmektedir. Islak hava oksidasyonu kesikli veya sürekli olarak gerçekleştirilebilir. Prosesin başlaması için gereken ısı, buhar olarak ısı eşanjörüne enjekte edilir. Proseste istenen oksidasyon derecesine bağlı olarak işletme koşulları farklılık göstermektedir. Organik maddelerin bozunma derecesi sıcaklık, basınç, reaksiyon süresi ve reaktöre verilen hava miktarına bağlıdır. Söz konusu parametre değerlerinin artırılması organik maddelerin bozunma hızını da genellikle arttırmaktadır. Prosese giren çamurdaki katı madde muhtevasının artması da işletme koşullarını etkilemektedir ve gerekli yakıt miktarını arttırmaktadır. Beslenen çamurdaki katı madde muhtevasının artması ve yeterli hava sağlanması durumunda ıslak hava oksidasyonu ünitesinin işletme masrafları azalacak ve maksimum kapasite ile çalışacaktır. Konvansiyonel fırınlarda tamamen oksitlenmiş bir çamur ürün elde etmek için harici bir oksijen (hava) kaynağı gerekmektedir. Islak oksidasyon işleminde gereken hava miktarı oksitlenecek çamurun ısıl değeri ve istenen oksidasyon derecesine göre değişiklik göstermektedir. Termal verim ve yakıt gereksinimi hava girdisinin birer fonksiyonudur. Bu nedenle verilen hava miktarı gerekenden fazla olmamalıdır. Çünkü verilen hava, reaktör içindeki çamurun su muhtevasından kaynaklanan su buharı ile doygun hale geçmektedir. Böylelikle reaktörde daha fazla su kaybı meydana gelmektedir. Bunun önlenmesi için reaktöre verilen hava miktarı kontrol altında tutulmalıdır Havalı (Aerobik) Çamur Çürütme Çeşitli arıtma işlemlerinden gelen organik çamurların biyolojik stabilizasyonu için kullanılan bir işlemdir. Havasız çürütmeye alternatif olarak, atık aktif çamur havalı

104 90 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ olarak da çürütülebilir. Atık aktif çamur ayrı bir tank içine alınır ve birkaç gün süre ile havalandırılır. Böylece çamur içindeki uçucu katı maddeler biyolojik olarak stabilize olur. İşlem sonunda oluşan çamur havayla çürütülmüş çamur adını alır. Havalı çürütmenin üstünlükleri aşağıdaki gibi sıralanabilir: Uçucu katı madde (UKM) giderimi havasız çürütme ile elde edilen değere yakındır. Sıvı fazdaki BOİ konsantrasyonu oldukça düşüktür. Kolayca bertaraf edilebilecek kokusuz, humusa benzer, biyolojik olarak kararlı bir ürün elde edilir. Oluşan çamurun susuzlaştırılması özelliği çok iyidir. Çamurun gübre değeri yüksektir. İşletimi kolaydır. İlk yatırım maliyetleri düşüktür. Havalı çürütmenin üstünlükleri yanında en önemli mahzuru, sisteme gerekli oksijeni sağlamak için yüksek enerjiye ihtiyaç duyulması ve dolayısıyla işletme maliyetinin yüksek olmasıdır. Metan gibi yararlı bir son ürün elde edilmemesi de diğer bir dezavantajıdır. En sık kullanılan Havalı (Aerobik) çamur stabilizasyon işlemleri klasik havalı çürütme ve ototermal havalı çürütmedir Havalı Çamur Çürütme Mekanizması Havalı çürütme, aktif çamur prosesine benzer. Ortamda mevcut besi maddesi miktarı azalırken, mikroorganizmalar hücre sentezi reaksiyonları için gerekli olan enerjiyi elde etmek üzere kendi protoplazmalarını tüketmeye başlarlar. Bu olay başladığında mikroorganizmalar endojen (içsel solunum) fazda bulunmaktadırlar. Hücre dokusu, havalı ortamda su, karbondioksit ve amonyağa oksitlenir. Gerçekte hücre dokusunun yalnızca %75-80 i oksitlenir; kalan %20-25 lik kısım ise inert maddeler ve biyolojik olarak indirgenemeyen organik maddeler olarak kalır. Oksidasyondan açığa çıkan amonyak, nitrata oksitlendiğinde reaktörde ph düşebilir. Teorik olarak oksitlenen kg amonyak başına 7,1 kg CaCO3 alkalinitesi tüketilir. Havalı çürütücülerin tasarım kriterleri Tablo 7.3 te çürütücü üst sıvısı karakteristikleri ise Tablo 7.2 de verilmektedir. Aktif çamur veya damlatmalı filtre çamuru ön çökeltim çamuru ile karıştırılıp havalı olarak çürütüldüğünde ön çökeltim çamurundaki organik maddenin direkt oksidasyonu ve hücre dokusunun içsel oksidasyonu bir arada gerçekleşir. Havalı çürütücüler kesikli veya sürekli reaktörler olarak işletilebilir. Havalı çürütücüye ait şematik şekiller Şekil 7.3 te verilmiştir. Sistemin genelde iki tip uygulaması vardır: Klasik havalı çürütücüler Ototermal Termofilik çürütücüler 90

105 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 91 (a) Havalı çürütücünün şematik gösterimi (WEF, 1995) Şekil 7.3. (b) Havalı çürütücünün şematik gösterimi (WEF, 1995) Tablo 7.2. Aerobik çürütücü üst sıvısı karakteristikleri (Davis, 2010) Parametre Aralık, mg/l Ortalama değer, mg/l BOİ Çözünmüş BOİ KOİ Kjeldahl azotu Nitrat-N - 30 Toplam P Çözünmüş P 2, Askıda katı madde Kaynak: WEF,

106 92 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ Tablo 7.3. Havalı çürütücüler için tasarım kriterleri Parametre Birim Değer aralığı Beslenen çamurda çamur yaşı (θ c)* Atık aktif çamur Birincil çamur+ Aktif çamur Damlatmalı filtre çamuru gün 1,5-3, Katı madde yüklemesi kg UKM/m 3.gün 1,6-4,8 Oksijen İhtiyacı Hücre dokusu (UKM) Birincil çamurdaki BOI 5 kg/kg UKM giderilen 2,3 1,6-1,9 Karıştırma için enerji ihtiyacı Mekanik havalandırıcı Basınçlı hava ile karıştırma kw/10 3 m 3 m 3 / 10 3 m 3.dakika Sudaki çözünmüş oksijen mg/l 1 Sıcaklık C 15 Uçucu katı madde giderimi % Tank Boyutları Mekanik havalandırıcı veya karıştırıcı halinde derinlik m 4,5-7,5 Basınçlı hava ile karıştırma halinde derinlik m 3,0-6,0 Dairesel tank çapı m Dikdörtgen planlı havuz Genişlik/Derinlik - 1:1 ~2.2:1 5:1 (*) Patojenlerin önemli ölçüde giderilmesi için 15 ve 20 C deki çamur yaşları sırası ile 60 gün ve 40 gün olmalıdır Klasik Havalı (Aerobik) Çürütücüler Stabilize olmuş çamurda önemli derecede patojen giderimi ile vektör unsurların çamura ilgisi azaltılarak U.S. EPA nın B sınıfı kalitesinde biyokatı elde edilebilmesi için aşağıdaki şartların sağlanması gerekmektedir: UKM giderimi %38 Özgül O2 tüketim hızı (OTH, 20 C) 1,5 mg/ O2 /sa g KM UKM giderimi Atık (fazla) aktif çamurun genelde %20-35 i biyobozunur değildir. UKM giderimi, aerobik çürütücüdeki sıcaklık ve çamur yaşı (θc), parametrelerince ile kontrol edilir. Sıcaklık ve çamur yaşı (θc) çarpımı (T.θc) ile UKM giderimi (%) arasındaki ilişkiye göre, %38 lik UKM giderimi için T.θc 400.gün alınması gerekmektedir (Şekil 7.4). İyi stabilize edilmiş bir çamur için ise T.θc en az 550 gün alınmalıdır.

107 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 93 Şekil 7.4. Klasik Aerobik çürütücüler için UKM giderimi (%) - T.θc (derece.gün) grafiği, U.S. EPA (1979) Reaktör Hacmi Reaktör hacmi aşağıdaki ifade yardımıyla hesaplanabilir. (WEF,1998). V = Q (X ii+y.s ii ) (X (k dd.pv+1/ θ cc )) Burada; V : Aerobik çürütücü hacmi, m 3 Q : Çürütücüye giren ortalama çamur debisi, m 3 /gün Xi : Ham atıksuyun AKM değeri, mg/l Si : Giriş BOİ si, mg/l kd : UKM hız giderim katsayısı, gün -1 PV : Çürütücüdeki KM nin UKM % si θc : Çamur yaşı, gün dır. (7.1) Reaktöre beslenen akımda birincil çamur yoksa Y.Si terimi ihmal edilir. Aerobik çürütücü sistemi birden fazla sayıda seri bağlı reaktörden oluşmakta ise toplam çamur yaşı veya hidrolik bekletme süresi reaktörler arasında eşit olarak dağıtılmalıdır. Örnek: Aşağıdaki verileri esas alarak gerekli klasik aerobik çamur çürütücüyü boyutlandırınız. Kış şartlarındaki çürütücü sıvı sıcaklığı 15 C Beslenen çamur debisi, Q = 270 m 3 /gün, KM = %3,8 UKM/KM = 0,80 UKM giderimi %40 Çürütücüye beslenen çamurda toplam BOİ 5 = 5200 mg/l Beslenen çamur BOİ 5 indeki birincil çamur oranı, %35 Çürütücüdeki AKM, X 0,70. beslenen yoğunlaştırılmış çamur konsantrasyonu Basınçlı havalandırma yapılacaktır.

108 94 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ Çözüm: ~ %40 lık UKM giderimi için gerekli T.θ c 500 gün olmalıdır. Buna göre 15 C için gerekli çamur yaşı; θ c = 500/15 = 33,3 gün <60 gün (15 C de B sınıfı biyokatı elde etmek için gerekli minimum çamur yaşı) Seçilen θ c = 60 gün. a) Gerekli reaktör hacmi; XX = gg mm 3 0,7 = gg mm [ , ] VV = ,7[0,06 0, ] b) Çamur kütlesi; WW xx = kkkk KKKK mm 3 = kkkk KKKK mm 3 c) Gerekli O 2 ihtiyacı UUUUUU gggggggggggggggggg = ,8 0,40 = 3283 kkkk ggünn OO 2 (kkkk ggünn) = ,3 kkkk OO 2 kkkk UUUUUU gggggggggggggggggg = 7551 kkkk ggünn QQ haaaaaa = 7551 (0,10 1,024 0,232) = mm 3 ggünn (~190 mm 3 dddd) d) Tam karışım için gerekli özgül hava debisi kontrolü; qq haaaaaa = = 0,030 mm 3 dddd mm 3 (0,02 0,04 aaaaaaaaaağıııııııı) olup uygundur. Emniyet açısından eşit hacimli 2 çürütücü inşa edilecektir. Havalandırma sistemi mevcut aktif çamur sisteminden bağımsız (ayrı) olarak teşkil edilecektir Ototermal Termofilik Havalı Çürütücüler (ATAD) Ototermal Termofilik Havalı Çürütme (ATAD) nın ana prensibi UKM nin biyobozunması sürecinde açığa çıkan reaksiyon enerjisinin (ısı) aerobik çürütücü sıcaklığının termofilik sıcaklık aralığına yükseltilebilmesi için kullanılmasıdır. Biyolojik arıtma kinetiğinde biyokimyasal reaksiyon hızının sıcaklıkla değişimi aşağıdaki ifade ile verilir. kk TT1 = kk TT2 θθ 1 (TT 1 TT 2 ) (7.2) Bu ifadede kt1 ve kt2, sırası ile T1 ve T2( C) sıcaklıklarındaki reaksiyon hız katsayılarını, θ ise değeri 1,05-1,06 aralığında değişen bir sabiti göstermektedir. Reaktördeki sıcaklığın belli bir değerin üzerine çıkması biyolojik bozunma sürecini inhibe eder ve aşağıdaki ifade uyarınca, θ2 li terim etkisiyle belli kritik T3 sıcaklığında kt1 kinetik sabiti sıfır olur ve %100 inhibisyon gerçekleşir. kk TT1 = kk TT2 (θθ 1 (TT 1 TT 2 ) θθ 2 (TT 2 TT 3 ) ) (7.3) Termofilik aerobik çamur stablizasyonu uygulamaları T3 65 C sıcaklıklarda kt1 teriminin hızla sıfıra düştüğünü göstermektedir. (Spinoza ve Vesilind, 2001).

109 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 95 UKM Giderimi ATAD sürecinde açığa çıkan reaksiyon ısı enerjisinin ana kaynağı UKM ayrışmasıdır. Tablo 7.4 te çeşitli organik madde yapılarının aerobik bozunması sonucu açığa çıkacak ısı enerjisi potansiyelleri verilmiştir. Tablo 7.4. Çeşitli türde organik maddelerin aerobik biyobozunması sonucu açığa çıkan ısı enerjisi miktarları Organik madde türü Kentsel atığın organik kısmı Mantar kompostu organik materyali Arıtma çamuru Açığa çıkan ısı (kj/kg UKMgiderilen) ATAD sürecinde organik maddelerin biyoayrıştırılması sonucu açığa ısı reaktör karışık sıvısının ısıtılmasında kullanılır. ATAD prosesinde beklenen tipik UKM giderimleri Tablo 7.5 te özetlenmiştir. Tablo 7.5. Kurulu ATAD tesislerinde gözlenen UKM giderimleri Çamur Kaynağı UKM giderimi (%) Uzun havalandırmalı AÇ sistem çamuru Birincil çamur + fazla aktif çamur Birincil + fazla aktif çamur + DF çamuru Fazla aktif çamur Tablo 7.5 teki UKM giderimleri ATAD reaktör sıcaklığı, çamur yaşı vb. işletme şartlarına bağlı olarak değişir. Genel olarak birincil çamur kaynaklı UKM, fazla aktif çamura göre daha yüksek oranlarda parçalanır. Ototermal İşletme Şartları ATAD prosesinde ototermik şartların sağlanabilmesi için açığa çıkan reaksiyon ısısının ve sistemin ısı kayıplarının çok iyi kontrolü gerekir. Ototermal işletme şartlarının temini ile ilgili olarak aşağıdaki hususlar önem taşır: Beslenen çamurun yeterli oranda ( %4-6 KM) yoğunlaştırılması Beslenen çamurun UKM içeriğinin yüksek ( %60) olması Reaktörde yeterli ısı yalıtımının sağlanması Yeterli ve etkin karışımın sağlanması Etkili bir havalandırma sisteminin teşkili Sistemin Isı Dengesi ATAD sistemindeki başlıca debi/enerji akımları Şekil 7.5 te şematik olarak verilmektedir. Reaktörün genel (toplam) ısı dengesi aşağıdaki gibi ifade edilmektedir. H B + H M = H L + H S + H A + H V (7.4) Burada; HB : Biyolojik reaksiyon ısısı(mj/gün), arıtma çamurları için 21.UKMgiderilen (kg/gün) olarak tahmin edilmektedir. HM : Karıştırıcı ile sağlanan ısı enerjisi (MJ/gün), 3,6 (MJ/kWh).24.Nkarıştırıcı (kwh) olarak tahmin edilebilir. HL : Çekilen(atılan) çürütücü sıvısı ile kaybedilen ısı, Q (m 3 /gün).özgül ısı (MJ/m 3. C).TL ( C) olarak tahmin edilmektedir. HS : Reaktörde çıkan gaz/hava akımıyla kaybedilen ısı, Qgaz (m 3 /gün).özgül ısı (MJ/m 3. C).Tg ( C) olarak tahmin edilmektedir.

110 96 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ HA : Reaktör yapısından(yan, taban ve çatı) kaybedilen ısı (MJ/gün). HV : Gaz akımındaki buharla kaybedilen gizli ısı, Qg (kg/gün).2,4(mj/kg).mutlak nem (kg su buharı/kg- kuru gaz) olarak tahmin edilebilir. Şekil 7.5. ATAD sistemi enerji verileri (Spinoza vevesilind, 2001). ATAD sistemlerinde hava ile O2 sağlamanın reaktörün %3 ve %6 KM li çamurla işletilmesi sırasında açığa çıkacak teorik reaksiyon ısıları dolayısıyla oluşacak sıcaklık yükselmelerinin sırası ile 24 C ve 44 C civarında olacağı öngörülmektedir. Tasarım ve İşletme Parametreleri ATAD sistemleri için önerilen temel tasarım ve işletme parametreleri Tablo 7.6 da verilmiştir. Tablo 7.6. Kurulu ATAD sistemlerinden derlenen tipik işletme parametreleri Parametre Beslenen çamurda; KM (%) UKM/KM (%) Hidrolik bekletme süresi (gün) Hava ihtiyacı (m 3 /m 3 sa) UKM giderimi (%) Değer ~9 2~4 25~65 ATAD işlemi ile ilgili olarak göze çarpan başlıca sorunlar, kokulu gazların arıtılma gereği ile reaktörlerde köpük kontrolü ihtiyacı ve nispeten daha yüksek maliyet olarak sıralanabilir. ATAD Sistemi Tipik Akım Şeması: Tipik ATAD sistemleri Şekil 7.6 daki gibi seri bağlı iki reaktör olarak tasarlanırlar. Ancak seri bağlı 3 hatta 4 reaktörlü uygulamalara da rastlanmaktadır. Sistem genelde kesikli (doldur/boşalt) veya yarı kesikli tarzda işletilmektedir. Tesis işletimindeki ana hedef, beslenen çamurun sistemde U.S. EPA A sınıfı stabilize biyokatı özelliğinde nihai ürün elde etmeye imkan verecek uygun sıcaklık ve sürede arıtmaya tabi tutulmasıdır. Kesikli beslenen sistemlerde besleme genelde 1 saatlik sürede yapılır. Stabilize çamur deşarjı ise 23 saatlik süre içerisinde yapılır.

111 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 97 Şekil 7.6. İki reaktörlü ATAD sistemi akım şeması Maliyet Verileri Kuzey Amerika daki ATAD tesisleri üzerinde yapılan bir çalışma sonrası 3 farklı çamur stabilizasyon ve pastörizasyon sistemi için elde edilen takribi birim maliyet ($/t.km) değerleri Tablo 7.7 de verilmiştir (Spinoza ve Vesilind, 2001). Tablo 7.7. Farklı çamur stabilizayon/pastörizasyon sistemleri ile ilgili maliyet verileri ($/t.km) Proses Eşdeğer Nüfus (kişi) Çamur üretimi (t.km/gün) 2,58 6,19 10,31 Temassız Isıl Kurutma Termo-Kimyasal Arıtma ATAD Tablo 7.7 de görüldüğü üzere EN< kişi için ATAD, ekonomik bir çamur stabilizasyon ve pastörizasyon seçeneği olmaktadır Havasız (Anaerobik) Çamur Çürütme Atıksu arıtma tesislerinde ortaya çıkan ham (birincil) ve biyolojik fazla çamurlar havasız ortamda çürütülürler. Havasız çürüme süreci anaerobik bakteriler tarafından gerçekleştirilir. Organik çamurların havasız ayrışma süreci başlıca üç safhada gerçekleştirilir: Hidroliz, Asit üretimi ve Metan üretimi (Öztürk, 2007). Hidroliz safhasında, çözünmemiş yapıdaki kompleks organik maddeler hücre dışı enzimler vasıtası ile daha basit yapıda organik maddelere dönüştürülür. İkinci safhada, karbonhidrat, yağlar ve proteinlerden oluşan organik maddeler asit bakterilerince uçucu

112 98 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ yağ asitlerine dönüştürülür. Metan üretimi safhasında metan arkelerince ikinci safhanın son ürünü olan asetik asidin parçalanması veya CO2 ile H2 in sentezi yoluyla metan ve karbondioksit üretilir. Havasız çürütme işleminden geçen evsel arıtma tesisi çamurları kararlı, kokusuz, patojen organizma konsantrasyonu düşük ve araziye serilebilecek özelliktedir. Havasız çamur çürütme yönteminin başlıca mahzurları, yüksek ilk yatırım maliyeti, işletme güçlükleri ve çıkış suyu kirlilik yükünün fazla oluşudur. Havasız arıtma süreci esas itibari ile ph, atığın bileşimi ve sıcaklığa bağlıdır. Yüksek organik yüklerde metan üretimi durur, anaerobik reaktörde asit birikimi olur ve çıkan gazda CO2 yüzdesi artar. İyi işletilen çamur çürütücülerde ph=6,7-7,4, uçucu asit konsantrasyonu 1000 mg HAc/L den ve CO2 yüzdesi %35 ten azdır. Metan arkeleri mezofilik (27-43 C) ve termofilik (45-65 C) sıcaklık kademelerinde oldukça aktiftirler. Havasız çürütücüler genellikle mezofilik sıcaklık aralığında (35-40 C) işletilirler. Ancak son yıllarda termofilik çürütme sonucu oluşan çamurların daha iyi süzülebildiği ve çürütme veriminin de daha yüksek olduğu yolunda uygulamalar da gözlenmektedir Çamur Çürütücü Tipleri Havasız çamur çürütücüler başlıca iki tiptir: düşük hızlı ve yüksek hızlı çürütücüler (Şekil 7.7) Düşük hızlı (standart) çürütücülerde ısıtma ve karıştırma uygulanmaz. Hidrolik bekleme süresi yörenin iklimine bağlı olarak gün arasında değişir. Yüksek hızlı çürütücülerde ise havasız ayrışma sürecini hızlandırmak gayesi ile ısıtma ve karıştırma uygulanır. Bu tip çürütücüler genellikle seri bağlı 2 reaktör tarzında tertip edilir. Birinci reaktör, çamur çürütme amaçlı kullanılır ve reaktör içerisinde ısıtma ve karıştırma gerçekleştirilir. İkinci reaktörde sıvı-katı ayrımı (çökeltme) gerçekleştirilir ve çamur yaşının kontrolüne imkân sağlanır. Bu tip çürütücüler, inşa maliyetinin yüksek olması ve ikinci tankın çok yarar sağlamaması gibi sebeplerden dolayı büyük tesisler dışında daha az kullanılmaktadırlar. İkinci tank yerine çamur yoğunlaştırıcı kullanılması tercih edilmektedir. Anaerobik olarak çürütülmüş çamurlar çok iyi çökelmediğinden dolayı ikinci reaktörden çekilen süpernatan yüksek konsantrasyonda askıda katı madde içermektedir. Birincil çürütücüde çökelme karakteristiklerinin iyi olmamasının sebeplerinden biri tam çürümenin gerçekleşmemesi diğeri ise kötü çökelme karakteristiklerine sahip olan ince yapılı katılardır. Sisteme geri devrettirilen süpernatan daha kötü koşullara sebep olmakta ve ayrı bir arıtmaya ihtiyaç duyulmaktadır. Bazı uygulamalarda daha iyi bir stabilizasyon sağlamak için susuzlaştırma prosesinden önce ikinci reaktörün ısıtılması ve karıştırılması gerçekleştirilmektedir.

113 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 99 (c) Şekil 7.7. Havasız çamur çürütücü tipleri: a) Klasik düşük hızlı tek kademeli proses, b) Yüksek hızlı, tam karışımlı, tek kademeli proses, c) İki kademeli proses (Filibeli, 1998) Proses Tasarımı ve Kontrolü Mezofilik havasız çamur çürütücülerin tasarım ve işletmesinde göz önünde tutulacak en önemli kontrol parametreleri çürütücü hacmi, ısıtma ve sıcaklık kontrolü, karıştırma, gaz üretimi ve kullanımı, reaktör tavan tipi, çıkış suyu kalitesi ve çürümüş çamurların özellikleridir. Bu faktörlerin her biri aşağıda ele alınmaktadır Çürütücü Hacminin Hesabı Çürütücü hacmi genellikle, çürütme süresi (hidrolik bekletme süresi), çamur yaşı, hacimsel yük, eşdeğer nüfus ve gözlenen hacim azalması parametrelerinden biri veya

114 100 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ bir kaçı göz önünde tutularak hesaplanır. Çürütme süresi, düşük hızlı (ısıtmasız) çürütücülerde gün, yüksek hızlı çürütücülerde ise gün alınır. Çürütücü tasarımında esas alınan hacimsel çamur yükleri, diğer tasarım kriterleri ile birlikte Tablo 7.8 de verilmiştir.. Evsel atıksu arıtma tesislerinde açığa çıkan birincil ve biyolojik çamur miktarları ile özellikleri Tablo 2.6 dan, arıtılmamış arıtma çamurları ile çürütülmüş çamurların tipik kimyasal bileşimi ise Tablo 2.7 den alınabilir. Çürütücü hacmi, bağlı (eşdeğer) nüfus başına 120 g KM/gün alınarak da belirlenebilir. Havasız çürüme esnasında organik katıların hacmi azalır ve belli miktar çürümüş su arıtma tesisi başına verilir. Böylece çürütücüde kalan çamurun hacmi üstel olarak azalır. Gerekli çürütücü hacmi, VV = (QQ gg 2 3 (QQ gg QQ ç )) θθ cc (7.5) ifadesiyle hesaplanabilir (Qasim, 1999). Burada; V : Çürütücü hacmi (m 3 ) Qg : Giren karışık çamur (m 3 /gün) Qç : Çekilen (atılan) çürümüş çamur (m 3 /gün) θc : Çürüme süresi (gün) dür. Çamur çürütücülerde hidrolik bekletme süresinin pik debilerde bile 10 günün altına düşmemesi sağlanmalıdır. Tablo 7.8. Çamur çürütücüler için tasarım kriterleri Parametre Düşük Hızlı Yüksek Hızlı Çamur yaşı, (gün) Çamur yükü (kg UKM/m 3 -gün) 0,64-1,60 1,6-4,8 Hacim kriteri: Birincil çamur (ilk çöktürme çamuru) (m 3 /kişi) 0,03-0,04 0,02-0,03 Birincil+fazla aktif çamur (m 3 /kişi) 0,06-0,08 0,02-0,04 Birincil+damlatmalı filtre çamuru (m 3 /kişi) 0,08-0,14 0,02-0,04 Beslenen birincil+fazla aktif çamur (%KM) Çürütülmüş çamur (%KM) Çamur çürütücülerin tasarım ve işletiminde UKM yükünün optimize edilmesi büyük önem taşır. Çürütücüye beslenen fazla aktif çamurda, yoğunlaşma sonucu KM oranı çok fazla artarsa (>%6-8) amonyum inhibisyonu riski oluşabilir. Yüksek hızlı mezofilik çamur çürütücülerde UKM giderimi için aşağıdaki ampirik ifade önerilmektedir; V d = 13,7 ln(θ c ) + 18,9 (7.6) Burada; Vd : UKM giderimi,% θc : Çamur yaşı, gün (15-20 gün aralığı için) UKM giderimi tahmininde Tablo 7.9 daki verilerden de faydalanılabilir (Metcalf ve Eddy, 2003).

115 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 101 Tablo 7.9. Yüksek hızlı mezofilik çürütücülerde çamur yaşına bağlı UKM giderimleri Çamur Yaşı, θc = θ (gün) UKM Giderimi, (%) 30 65, Isıtma ve Sıcaklık Kontrolü Havasız çamur çürütme sürecinin optimum şartlarda sürdürülebilmesi için, mezofilik ve termofilik çürütücülerdeki sıcaklıklar sırasıyla 35 o C ve 55 o C civarında tutulmalıdır. Bu yüzden reaktör sıcaklığının belli bir değerde muhafazası için beslenen çamur ve reaktör muhtevasının ısıtılması gerekir. Sağlanan toplam ısı çürütücüdeki ısı kayıplarını karşılamalıdır. Çamur çürütücüler, duvar, çatı, temel, boru vb. kısımlarından ısı kaybeder. Isıtma sisteminin tasarımı için gerekli ısı kaybı hesapları yapılmalıdır. Çürütücülerin ısıtılması için, dahili ısı değiştiriciler, doğrudan buhar enjeksiyonu ve harici ısı değiştiriciler kullanılabilir. Bunların kısa bir değerlendirmesi aşağıda yapılmıştır: Dahili Isı Değiştiriciler: Bu tür ısı değiştiriciler daha çok eski dönemlerde kullanılmışlardır. Isıtıcı yüzeyinin çamur ile kaplanması dolayısıyla ısı transfer kapasitesi önemli ölçüde sınırlanmaktadır. Isıtıcı borular üzerindeki kekleşmeyi kontrol için borular da dolaşan suyun sıcaklığı o C tutulur. Buhar enjeksiyonlu ısıtma: Çürütücü içine buhar pompalanarak ısıtma sağlanır. En önemli üstünlüğü, ayrı bir ısı değiştirici kullanılmayışıdır. Ancak yoğuşan buharın çamuru sulandırması ve tam (%100) buhar takviyesi zorunluğu gibi mahzurları vardır. Harici ısı değiştiriciler: Çamur çürütücülerde ısıtma maksadıyla genellikle 3 tip ısı değiştirici kullanılır: Su banyolu, caket borulu ve spiral borulu. Tıkanma problemi olmayan spiral borulu ısı değiştiriciler daha pahalı olmalarına rağmen tercih edilmektedir. Harici ısı değiştiriciler için ısı transfer katsayısı genellikle kj/sa.m 2. o C alınmaktadır. Sıcak su veya buhar çoğu kere çürütücü gazıyla ısıtılan bir kazandan sağlanır. Bu tip kazanlarda yakılan gazın ısı değerinin %80 ni geri kazanılabilir. Havasız çürütücülerde oluşan gaz hacminin hesabı için aşağıdaki tecrübeye dayalı kriterler esas alınabilir. (1) 0,5 0,75 m 3 /kg UKM yükü (2) 0,75 1,12 m 3 /kg UKM giderilen (3) 0,03 0,04 m 3 /kişi-gün Gaz toplama sistemi, sabit veya yüzer tavan (çatı), gaz boruları, basınç tahliye vanaları, alev tutucular, gaz kompresörleri, gaz metreler ve gaz depolarından oluşur. Çürütücü gazı hava ile karıştığında patlayıcı hali gelir. Bu yüzden patlama riskine karşı gerekli emniyet tedbirleri alınmalıdır Çürütücü Çatısı Çamur çürütücülerin çatısı sabit veya yüzer tipte olabilir. Sabit çatılı çürütücüler daha ucuzdur ve tankta sabit bir su seviyesini muhafaza etmek üzere tasarlanırlar. Çürümüş çamurun aniden deşarjı sonunda sık sık tanka dışarıdan hava girer ve çürütücü gazını patlayıcı bir karışım haline getirir. Çürütücü gazı havada

116 102 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ hacimsel olarak %5-20 oranına ulaştığında patlama riski söz konusudur. Ayrıca çürütücüdeki sıvı seviyesinin yükselmesi halinde de sistem hasar görebilir. Yüzer çatılı çürütücüler daha pahalı ancak çamur besleme ve boşaltma faaliyetlerinden etkilenmeyen, gazın tehlike riskini azaltan ve kalıcı köpük oluşumunun kontrol edilebildiği tesislerdir. Genelde iki tip yüzer kapak tasarımı vardır: Kubbe şeklinde ve yüzer kafes çatı şeklinde. Her iki tip çatı da çürütücü sıvısı üzerinde doğrudan yüzer ve 2-3 m lik bir düşey hareket serbestliğine sahiptir. Çürütücü çatılarındaki tipik elemanlar, numune delikleri, giriş, havalandırma ve kum temizleme kapakları, dolu savak, vakum emniyet sistemi ve alev tutuculardır. Çürütücü içindeki çatı altında, gaz basıncı 0-38 cm su sütunudur Çürütücünün Karıştırılması Çamur çürütücülerin optimum verimle işletilebilmesi için yeterince karıştırılması gerekir. Karıştırma ile; Çamur ile aktif mikroorganizma biyokütlesinin iyice teması Çürütücü muhteviyatının homojenliği Çürütücüde açığa çıkan metabolik ürünlerin ve beslenen çamurdaki toksik kimyasalların seyreltilmesi Üst kısımda köpük oluşumunun önlenmesi sağlanır. Çürütücülerin karıştırılmasında, harici çamur sirkülasyon pompaları, dahili mekanik karıştırıcılar ve dahili basınçlı gazla karıştırma teknikleri uygulanabilir (Şekil 7.8). Şekil 7.8. Çürütücü karıştırma teknikleri (a- Mekanik karıştırma, b- Asılı boru/gazlı karıştırma, c- Düşey tüp/gazlı karıştırma d- Tabandaki nozullardan gazla karıştırma) Çamur çürütücülerin harici çamur sirkülasyon pompaları ile karıştırılması çok eski yıllardan beri kullanılan basit bir yöntemdir (Şekil 7.9 ve Şekil 7.10). Bu teknik 4000 m 3 hacme kadar kullanılabilir. Daha büyük tanklar için 2 pompa ile sirkülasyon

117 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 103 uygulanır. Bu yöntem özellikle klasik Avrupa tipi çürütücüler için (Şekil 7.17 b ve d) uygundur. Taban sıyırıcısı da ilave edildiğinde hemen hemen sorunsuz bir işletme sağlanır. Mekanik karıştırıcı/emme tipi sistemi ile karıştırma 1926'dan beri bilinmektedir. Bu yöntem özellikle yumurta ve klasik Avrupa tipi çürütücülerde uygulanır (Şekil 7.11 ve Şekil 7.19). Gaz enjeksiyonu ile karıştırma da diğerleri gibi eski ve denenmiş bir tekniktir. Bu yöntem her tip çürütücüye tatbik edilebilir. İngiliz-Amerikan tipi çürütücülerin ise yegane karıştırma tekniğidir (Şekil 7.12). Çürütücülerin sirkülasyon/karıştırma enerji ihtiyacı 3-5 Watt/m 3 aralığındadır. Wiedeman (1977), eşdeğer işletme şartları altında gazla karıştırma enerjisinin mekanik karıştırıcılara göre daha yüksek olduğunu göstermiştir. Harici sirkülasyon pompaları ile karıştırma da mekanik karıştırmaya göre daha fazla enerjiye ihtiyaç gösterir. Gazla karıştırmada gerekli gaz miktarı 5-7 L/m 3 dk aralığında değişmektedir. Şekil 7.9. Sirkülasyon pompaları ile karıştırılan tek kademeli çürütücü

118 104 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ Şekil Hidrolik karıştırmalı iki kademeli çamur çürütme sistemi Şekil Mekanik karıştırıcı/emme tipi sistemi ile yumurta şekilli çürütücülerin karıştırılması

119 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 105 Şekil Gazla karıştırmalı iki kademeli çamur çürütme Biyogaz Üretimi ve Kullanımı Çamur çürütme süreci esnasında üretilen biyogaz önemli bir enerji kaynağıdır. Çürütücü gazı %60-70 CH4, %25-30 CO2 ve az miktarda H2, N2, H2S ve diğer gazları ihtiva eder. Bu gazın ısıl değeri kj/m 3, yoğunluğu ise havanın %86 sı kadardır. Çürütücü gazı, ısıtma ve motorların tahrikinde (elektrik enerjisi üretimi) kullanılır. Üretilen biyogaz içindeki CH4 miktarı, havasız arıtmanın kinetiğinden hareketle aşağıdaki ifadeler yardımıyla hesaplanabilir: Çürütücüde oluşan aktif biyokütle miktarı, Px PP xx = YY QQ EE SS kk dd θθ cc olmak üzere oluşan CH4 miktarı ise, (7.7) QQ CCCC4 = 0,35 (EE SS ,42 PP xx ) (7.8) dır. Burada; Px : Çürütücüde üretilen net biyokütle (kg UKM/gün) Y : Biyokütleye dönüşüm oranı (evsel atıksu arıtma tesisi çamurlarında, Y=0,05-0,1 mg UKM/mg BOİ kullanılan) E : Çamur çürütme (BOİu veya KOİbp giderim) verimi (0,6-0,9) Q : Çamur debisi (m 3 /gün) So : Beslenen çamurun BOİu veya KOİbp değeri (g/m 3 ) kd : İçsel solunum hızı sabiti (evsel AAT çamuru için, 0,02-0,04 gün -1 )

120 106 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ c : Çamur yaşı (gün) QCH4 : Üretilen metan (m 3 /gün) 0,35 : 1 kg BOİu veya KOİbp nin CH4 eşdeğeri (T = 35 o C için 0,395 0,40) 1,42 : 1 kg UKM nin BOİu veya KOİbp eşdeğeri Yüksek hızlı çamur çürütücü tasarımı için sıcaklığa bağlı olarak önerilen minimum ve tasarım çamur yaşları Tablo 7.10 da verilmiştir (Metcalf ve Eddy, 2003). Tablo Yüksek hızlı çürütücüler için önerilen çamur yaşları İşletme Sıcaklığı ( o C) θc,min (gün) θc,tasarım (gün) Biyometan üretimi sürekli beslenen çürütücülerde kararlı durum için verilen Q CH4 (m 3 gün) = 0,35 (KOİ giren KOİ çıkan ) Q ifadesinden de bulunabilir. Burada KOİgiren ve KOİçıkan, reaktöre giren ve çıkan çamur akımlarının KOİ değerlerine (kg/m 3 ), Q ise çamur debisine (m 3 /gün) karşı gelmektedir. Beslenen ve atılan çamurların KOİ/UKM oranları için birincil çamurlarda 1,0-1,6 (1,3), fazla aktif çamurlarda ise 1,35-1,60 (1,40) değerleri esas alınabilir. Ancak Q CH4 değerinin KOİ esasa kütle devresinden hesabı iyi (duyarlı) sonuç vermektedir Çürütülmüş Çamur Suyu Özellikleri Çürütücü suyu kalitesi, çürütücünün tek veya iki kademeli oluşu, karıştırma durumu ve katı maddelerin ne oranda ayrıldığı vb. parametrelere göre değişir. Bu su AAT ne geri döndürülür ve arıtma tesisine önemli oranda ilave kirlilik yükü verir. Yoğunlaştırılmış ham çamur ve biyolojik aktif çamur karışımının çürütüldüğü bir çürütücünün tipik çıkış suyu özellikleri Tablo 7.11 de verilmiştir (Qasim, 1999). Tablo Havasız çamur çürütücü çıkış (üst) suyu özellikleri Parametre Toplam katı madde BOİ 5 KOİ NH 4 Toplam P Konsantrasyon (mg/l) Çamurun Stabilizasyon Derecesi ve Süzülebilirliği Çamur çürütücü hacmi 37 o C lik bir sıcaklık ve 20 günlük çürüme süresine göre boyutlandırılır (Şekil 7.13). Çürütme süresi, belli bir sıcaklıkta %90 stabilizasyon için gerekli süre olarak alınır. Çürütme süresi arttıkça çamurun stabilizasyon derecesi de artar (Şekil 7.14). Arıtma tesisi çamurlarının stabilizasyon derecesi, çürümüş çamurun BOİ5/KOİ oranı yerine UKM ve yağ-gres muhtevaları izlenmek suretiyle de izlenebilir (Şekil 7.15). Bu aynı zamanda çamurun suyunu daha çabuk bırakması, yani kapiler emme süresinin (KES) veya özgül direncinin azalması sonucunu doğurur (Şekil 7.16). Şekilden de görüleceği üzere θc ye bağlı yağ gres içeriği ve KES değerleri arasında tam bir paralellik bulunmaktadır.

121 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 107 Termofilik çürütme halinde sıcaklığın 54 C ve çürüme süresinin 12 gün olması tavsiye edilmektedir. Çamur çürütücülerde tank sıcaklığının T+2 C olacak şekilde kontrolü, sistem verimliliği bakımından çok önemlidir. Şekil kg kuru organik maddeden gaz üretim potansiyeli (Imhoff, 1984) Şekil Stabilizasyon derecesinin çürüme süresi ile değişimi

122 108 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ Şekil Anaerobik çamur çürütücülerde yağ-gres muhtevasının çamur yaşıyla değişimi Şekil Kapiler emme süresinin (KES) çürüme süresiyle değişimi 7.5. Çürütme Tankı Şekilleri Pratikte genellikle dört tip çürütme tankı kullanılmaktadır. Bunlar, İngiliz-Amerikan tipi, klasik Avrupa tipi, genel yumurta ve Avrupa tipi (düz tabanlı) çürütücülerdir (Şekil 7.17). Essen-Rellinghausen (Almanya) de 68 yıl önce inşa edilen biri düztabanlı ve çamur sıyırıcılı diğeri ise konik tabanlı geometriye sahip çürütücüler ve sıyırıcısız çamur çürütücüler halen başarıyla kullanılmaktadır. Konik tabanlı kıta Avrupası tipi en çok uygulanan çürütücü şeklidir. Bu tip çürütücüler 1500 m 3 üzerindeki hacimlerde öngerilmeli betonla inşa edilirler. Hacmin 4000 m 3 ü aştığı durumlarda ise yumurta şekilli tipin uygulanması genelde daha ekonomiktir. Yumurta şekilli çürütücüler m 3 hacme kadar uygulanmaktadır.

123 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 109 Şekil Çürütücü şekilleri (Metcalf&Eddy, 2003) Çok büyük tek bir çürütücü yerine, birden fazla sayıda daha küçük kapasiteli çürütücü yapımı işletme emniyeti bakımından çok daha uygundur. Küçük çürütücüler çelik veya prefabrik beton elemanlarla inşa edilebilirler. Çamur çürütücülerde işletme şartlarının değiştirilmesi (mezofilikten termofiliğe) önemli oranlarda ilave termal gerilmelere yol açabilir. Bu tip durumlarda ısı yalıtımını güçlendirerek reaktör içi ve dışı arasındaki ısı farkını azaltmak en ekonomik çözümdür. Böyle bir yalıtım farklılığı Şekil 7.18 de gösterilmiştir. Şekil Baarbachtal AAT çamur çürütücü ısı yalıtım detayı 7.6. İnşaat ve Montajla İlgili Hususlar Çamur çürütme tanklarında, ham çamur girişi, çürümüş çamur deşarjı, acil durum taşkını, gaz tahliye vanaları, köpük tahliye çıkışı ve çamur sirkülasyon sistemi gibi giriş/çıkış elemanları bulunmalıdır. Yer seviyesinde 800 mm çaplı bir giriş deliği unutulmamalıdır. Bu tür bir giriş deliği boru ve ekipman montajı ile ihtiyaç halinde tankın boşaltılmasını fevkalade kolaylaştırır. Baarbachtal da kurulu 3000 m 3 lük çamur çürütme tesisinin şematik resmi Şekil 7.19 da görülmektedir. Pratikteki çoğu çürütücü benzer tiptedir. Düşey karıştırma borusu üzerindeki helisel karıştırıcının kapasitesi, tank muhtevasını 24 saatte 6-9 kez

124 110 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ sirküle edilecek tarzda belirlenir. Çamur boruları çapı en az 150 mm, sirkülasyon hattındaki çamur akış hızı ise 1-1,5 m/sn olmalıdır. Şekil Baarbachtal çamur çürütme sistemi Çamur çürütme tesislerinde karıştırmanın dahili sıyırıcı veya pompayla çamur sirkülasyonu yoluyla yapılması, basınçlı gazla karıştırmaya göre daha ekonomik ve emniyetlidir. Gazla karıştırma halinde, gazın iki kademe halinde sıkıştırılması ve kıvılcım korumalı motor ve donanım gerekmesi dolayısıyla önemli mertebede ek harcamaya maliyete neden olmaktadır İşletmeye Alma ve Proses Kontrolü İşletmeye Alma Çamur çürütücüler işletmeye alınmadan önce temiz suyla doldurularak gerekli hidrolik ve ekipman testleri yapılmalıdır. Testler sonunda tesisin projeye uygun olduğu görülürse ısıtma başlatılır. İşletme sıcaklığına ulaşıldıktan sonra çürütücüye en yakın ve benzer bir çamur çürütme tesisinden aşı ilave edilmelidir. Genellikle çürütücü hacminin %10-20 oranında aşı çamuru sağlanır. Aşı çamurunun doldurulmasını takiben normal çamur beslemesinin %20-25 i oranında ham çamur beslemesine başlanır. Reaktördeki ph, gaz üretimi ve uçucu asit seviyesi izlenerek beslenen debi arttırılır. Bu dönemde gerekli ph ve tampon alkalinitenin temini için kireç, kostik veya NaHCO3 ilavesi yapılır. Genelde 30 gün sonunda işletmeye alma dönemi sona erer ve arıtma tesisinin günlük çamurunun tamamı çürütücüye verilebilecek seviyeye ulaşılır. Çamur çürütücülerin işletmeye alınmasında izlenecek adımlar Tablo 7.12 de topluca özetlenmiştir (Öztürk, 2007). Proses Kontrolü Çürütücü işletmesi esnasında, beslenen çamur miktarı, gaz üretimi, ph, sıcaklık, çürümüş çamurun ısı değiştirici öncesi ve çıkışındaki sıcaklığı ve gazın CO2 seviyesi izlenir (Tablo 7.13). CO2 oranının %35 in üzerine çıkması çürütücüdeki havasız ayrışma süreci veriminin düştüğünün göstergesidir. Çürütücüde gaz bileşimi (yüksek CO2) ve düşük ph ı düzeltmek üzere gerekli alkalinite ihtiyacı Şekil 7.20 den tahmin edilebilir.

125 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 111 ph, alkalinite ve CO2 kısmi basıncı arasındaki ilişki için Şekil 7.20 yerine, B.Alk 6, P. 10 CO2 ph (7.8) eşitliği de kullanılabilir. Burada, Bikarbonat Alkalinitesi (mg/l CaCO3), PCO2 (%), ph (-) olarak girilmelidir. ph ı 6,2 ye yükseltmek için Ca(OH)2, daha yüksek değerlere çıkarmak için ise NaOH veya NaHCO3 ilavesi gerekir. ph değerini 7 ye yükseltmek için Ca(OH)2 kullanılması gaz fazındaki CO2 nin bağlanması sonucu ani vakum oluşumuna o da çürütücü çatısının göçmesine sebep olabilir. Çamur çürütücülerinde uçucu asit nötralizasyonu için kullanılabilecek kimyasal madde miktarları Tablo 7.14 te verilmiştir (Öztürk, 2007). Tablo Çamur çürütücülerin işletmeye alınmasında izlenecek adımlar Çürütücü hacminin %1020 si miktarında (500 m 3 ) aşı çamuru, başka bir kurulu çürütücüden temin edilerek çürütme tankına boşaltılır. Çürütücünün kalan hacmi evsel atıksu ile doldurulur. Çürütücü iyice karıştırılıp ısıtıldıktan sonra, normal günlük besleme debisinin %20-25 i kadar çamur beslemesine başlanır ve debi tedricen arttırılır. Aşağıdaki parametreler izlenir: Beslenen çamur debisi (kg UKM/gün), UKM, TUA/Alkalinite ve ph, Sıcaklık, gaz debisi ve CO 2 oranı. TUA/Alkalinite 0,8 ve ph<6,5 ise kireç veya Na 2CO 3 ile müdahale edilir Çamur yükü <1 kg UKM/m 3 gün tutulduğu takdirde gün sonra oldukça kararlı işletme şartlarına ulaşılır. Şekil Anaerobik arıtma için ph, gaz fazındaki (1 atm toplam basınç) karbondioksit yüzdesi ve bikarbonat alkalinitesi arasındaki ilişki

126 112 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ Tablo Anaerobik çamur çürütücülerde rutin izlenecek parametreler Reaktöre beslenen çamurda: Reaktörde: Çürümüş Çamurda: Çürütücü suyunda: Gazda alev testi: Debi (m 3 /gün), kg UKM/gün Toplam katı madde (TKM) Uçucu katı madde (UKM) % katı madde ph Sıcaklık Alkalinite (TA) Q gaz, (%CH 4, %CO 2) TKM UKM Debi (m 3 /gün) AKM BOİ 5 TKN Sarı-mavi alev normal turuncu alev yüksek H 2S maviye yakın tonda alev yüksek CO 2 Tablo Uçucu asit (asetik asit eşdeğeri) nötralizasyonu için gerekli kimyasal madde miktarları Uçucu asit (kg/m 3 ) NH3, Susuz amonyak (kg) NH4OH, Sulu amonyak (L) Na2CO3, Susuz soda (kg) NaOH, Sulu kostik (kg) NaOH, Kristal kostik (kg) 1,00 0,11 0,75 0,33 0,50 0,25 2,00 0,21 0,82 0,67 1,01 0,50 2,99 0,32 1,22 1,00 1,51 0,75 4,00 0,43 1,63 1,33 2,01 1,01 4,99 0,54 2,03 1,67 2,51 1,26 5,99 0,64 2,44 2,01 3,03 1,51 6,99 0,75 2,84 2,33 3,52 1,76 7,99 0,86 3,25 2,67 4,03 2,01 8,99 0,96 3,65 3,00 4,52 2,26 9,99 1,07 4,05 3,34 5,03 2,52 20,01 2,15 8,14 6,68 10,09 5,04 30,05 3,22 12,23 10,05 15,16 7,58 40,12 4,30 16,33 13,41 20,23 10,11 50,24 5,39 20,45 16,71 25,32 12,66 60,37 6,47 24,58 20,17 30,41 15,21 101,17 10,85 41,17 33,81 50,98 25,49 205,09 22,00 83,52 68,56 103,38 51, Köpük Oluşumu ve Kontrolü Fazla miktarda gaz çıkışı çürütücülerde kaçınılmaz olarak kalıcı köpük tabakasına yol açabilir. Belirli bir sebebi olmaksızın çürütücü sıvısı üzerindeki köpük tabakası kalınlığı artarak gaz depolama tankı yüzer kapağı kenarlarından reaktör dışına ve hatta gaz borularına kaçabilir. Köpük oluşumu, gaz çıkışının fazla olduğu işletmeye alma, inhibisyon sonrası iyileşme veya organik yükteki ani artıştan kaynaklanabilir. Köpüğün, doğal sabun maddesi olan stearik ve palmitik asit gibi uzun zincirli yağ asitlerinin reaktörde geçici olarak birikimi ile enzimatik hidroliz yoluyla parçalanmaları sonucu oluştuğu yolunda görüşler de vardır. Bu gibi hallerde çamur beslemesinin birkaç günlüğüne kesilmesi köpüğün önlenmesi için yeterlidir. Hidrolik bekletme süresinin 10

127 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 113 günden küçük olduğu hallerde de köpük sorunu yaşanmaktadır. Çürütücü üst kısmındaki kararlı köpük tabakasını ortadan kaldırmak üzere mekanik karıştırma ve bu kısma köpük söndürücülü su püskürtme gibi tedbirlere de başvurulmaktadır. İnhibitör ve Zehirli Maddeler Çamur çürütücülerin organik maddeleri ayrıştırma verimleri, sisteme beslenen çamur içindeki çeşitli inhibitör maddeler sebebiyle belli ölçüde değişim gösterebilir. Çamur çürütme sürecini belirgin oranda inhibe eden ve pratikte sık rastlanan inhibitör maddelerin zehirlilik eşikleri Tablo 7.15 te verilmiştir. Tablo Katı madde oranı %4,5 olan evsel atıksu arıtma tesisi çamurunun çürütüldüğü bir çürütücü için inhibitör madde zehirlilik sınır konsantrasyonları Madde Zehirlilik eşiği (mg/l) Anyonik deterjanlar 900 Metilen klorür, CH 2Cl Kloroform, CHCl 3 0,5-1,0 Karbon tetra klorür, CCl ,1,1-trikloretan 2,25 Monoklorobenzen 900 Ortodiklorobenzen 900 Peradiklorobenzen 1300* Pentakloro fenol 1-2 Siyanür 3-30** Zn 590*** Ni 530*** Pb 1800*** Cd 1000*** Cu 850*** (*) Atıksu arıtma tesisi girişindeki konsantrasyon, (**) başlangıçta çok zehirli ancak zamanla anaerobik bakteriler alışabilir, (***) zehirlilik etkisi metal sülfürü oluşumuna bağlı olarak değişir Çözümlü Problemler Problem I. Bir anaerobik çamur çürütücüye gelen karışık evsel atıksu çamuru miktarı 2000 kg KM/gün dür. Ham çamurun KM oranı %5,8 özgül ağırlığı ise 1,03 g/cm 3 tür. Çürümüş çamurun KM oranı %4,2 ve özgül ağırlığı 1,02 g/cm 3 tür. Aşağıdaki ilave verileri de kullanarak çamur çürütücü sıvısındaki BOİ 5 ve AKM değerlerini hesaplayınız. Ham çamurda UKM/KM = %75 Giderilen UKM = %56 Çürümüş çamur deşarjı = 24 m 3 /gün Çürümüş çamurun BOİ u değeri= 0,65 UKM çürümüş çamur BOİ 5/BOİ u = 0,68 Çözüm: 1. Çürütülen KM miktarı: UKM = ,75 = 1500 kg/gün UKM gid= ,56 = 840 kg/gün TKM kalan= 0, , = = 1160 kg/gün UKM/KM = 660/1160 = 0,57 2. Çürütücüye gelen toplam KM miktarı:

128 114 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ Q x = 2000 kg KM/gün, KM = %5,8 Q G = 2000/(1030 0,058) = 33,5 m 3 /gün 3. Çürümüş su (süpernatan) debisi: Çürümüş çamur debisi, Q x,ç=(1160-s)/0,042= kg/gün KM = %4,2 ve ρ ç:1,02 g/cm 3 Çürümüş suyun KM si: S = 132 kg/gün Çürümüş çamur debisi: Q s = Q G-Q Ç = 33,5 24 = 9,5 m 3 /gün 4. Gaz halinde sistemi terkeden toplam sıvı kütlesi: Çürütücüden çıkan kütle = Giren kütle-gazla çıkan kütle Q gaz = 1 m 3 /kg, UKM gid = = 840 m 3 /gün Gazdaki sıvı kütlesi = 840 1,162 kg/m 3 0,86 = 839 kg/gün (Biyogazın özgül ağırlığının havanınkinin %86 sı olduğu ve hava= 1,162 kg/m 3 kabul edildi). Çürütücüyü terkeden toplam kütle= Çekilen çamur + süpernatan (üst su) Çürütücüyü terkeden toplam kütle= (33,5 1030)-839 = kg/gün 5. Süpernatanın AKM değeri: (1160-S)/0,042=24 102=Q ç, x S = 132 kg/gün C s= 132/9,5 = 13,89 kg/m 3 = mg/l Süpernatanın UKM si = 0, = 7917 mg/l BOİ u = 0, = 5146 mg/l BOİ 5= 0, = 3499 mg/l Problem II. Bir anaerobik çamur çürütme tesisinde %75 UKM ihtiva eden 4000 kg/gün lük evsel atıksu arıtma tesisi karışık çamuru stabilize edilecektir. Üretilecek biyogaz miktarını çeşitli yöntemlere göre hesaplayınız. (Nüfus=70000 kişi, 1g UKM=1,42 BOİ u, Y=0,06 g UKM/g BOİ u, k d=0,04 gün -1, E BOİ=%80, biyolojik olarak parçalanabilen UKM oranı %70, beslenen çamurda KM=%5, ç=1,025 g/cm 3 ve çürütme süresi =15 gün). Çözüm: 1. Kinetik ifadelere göre hesap PP xx = YY QQ EE SS kk dd θθ Q = ,75/(1025 0,05) = 58,5 m 3 /gün S o= ,75 0,70*1,42 = 2982 kg BOİ u/gün = mg BOİ u/l 0,06 58,5 0, PP xx = = 143 = 89,4 kkkk UUUUUU ggünn 1 + 0, ,6 QQ CCCC4 = 0,35 ((EE QQ SS ) 1,42 PP xx ) = 0,35 (0,80 58, ,42 89,4) = 0,35 ( ) = 791 mm 3 ggünn CH 4 oranı %65 alınarak, Q gaz = 791/0,65 = 1216 m 3 /gün, (0 C, 1 atm) T = 35 C de, Q gaz=(0,395/0,35) 1216=1372 m 3 /gün 2. Eşdeğer nüfusa göre hesap Q gaz = (0,03-0,04) m 3 /N m 3 /gün 3. UKM giderimine göre hesap UKM giderimi %50 alınarak, üretilmesi beklenen gaz miktarı,

129 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 115 QQ gggggg = 0,50 (4000 0,75) (0,75~1,12) mm 3 QQ gggggg = 1500 mm 3 ggünn UUUUUU gggggg. Netice olarak beklenen biyogaz miktarı m 3 /gün aralığındadır. Problem III m 3 /gün kapasiteli bir aktif çamur tesisinde özellikleri aşağıdaki Tablo da verilen orta derecede kirli evsel atıksular arıtılmaktadır. Buna göre tesiste açığa çıkacak birincil ve fazla biyolojik çamur miktarlarını (kuru ağırlık ve debi olarak) bulunuz. Ham Atıksu Arıtma Tesisi Çıkışı AKM =300 mg/l AKM =15 mg/l BOİ 5 =250 mg/l BOİ 5 =20 mg/l Birincil çamurda katı madde = %4 Gözlenen verim, Y 0 =0,35 g AKM/gBOİ 5 Biyolojik çamurda katı madde = % 1 iyolojik çamur) =1,010 Ön çöktürmede BOİ 5 giderimi = %30 irincil çamur) =1,020 Ön çöktürmede AKM giderimi = %60 Çözüm: Birincil çamur: WW BBÇ = 0, ,60 = 9000 kkkk ggünn QQ XX,BBÇ = ,020 0, kkkk ggünn Fazla biyolojik çamur: Havalandırma havuzuna geçen AAAAAA = 0, ,3 = 6000 kkkk ggünn UUUUUU TTTTTT = 0,80 İnnnnnnnn AAAAAA = 0, = 1200 kkkk ggünn HHHHHHHHHHHHHHHHHH oooooooooooooo AAAAAA = 0, (1 0,90) = 480 kkkk ggünn Birincil çamurdan kalan: = 1680 kkkk ggünn Ürrrrrrrrrrrrrr ffffffffff çaaaaaaaa = PP xx = YY 0 BBBBİ 5,gggggg. = (175 20) , kkkk BBBBİ 5 ggünn WW xx,bb = = 4393 kkkk ggünn QQ xx,bb = ,010 0, mm3 ggünn Problem IV. Şekildeki biyolojik arıtma tesisinde 20 t/gün fazla çamur oluşmaktadır. Fazla çamurda UKM/TKM=0,80, KM = %1 ve özgül ağırlık 1,005 olduğuna göre; (a) Fazla çamur ve yoğunlaşmış çamur debilerini hesaplayınız (yoğunlaşmış çamurda KM=%3, özgül ağırlık ise 1,010 alınacaktır). (b) Gerekli havasız (anaerobik) mezofilik çürütücüyü boyutlandırınız, üretilecek metan ve anaerobik çamur miktarlarını hesaplayınız (θθ cc 10 ggünn). UKM nin biyolojik olarak parçalanabilen kısmı % 90, biyolojik olarak parçalanabilen UKM giderimi % 70, Y 0=0,06 g

130 116 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ UKM/g KOİ, kk dd = 0,03 ggünn 1,VV CCCC4 = 0,35(KKKKİ gggggg. 1,42 PP xx ), PP xx = KKKKİ gggggg. [YY (1 + kk dd θθ cc )] (c) Çamur susuzlaştırmaya gidecek çürümüş çamur debisini hesaplayınız (çürümüş çamurda KKKK %3 alınacaktır). Çözüm: (a) QQ xx = = ,005 0,01 mm3 /ggünn QQ xx,yyyyğ. = (1 3) 1990 = 663 mm 3 /ggünn (b) VV = = 6630 mm 3 LL UUUUUU = ,80 = kkkk/ggünn LL xx = /6630 = 2,41 kkkk UUUUUU/mm 3 ggünn uygundur. 0,06 PP xx = ,80 0,90 0,70 1, ,03xx10 PP xx = ,42 0, kkkk UUUUUU/ggünn VV CCCC4 = 0,35 [ ,42 661] = 4681 mm 3 /ggünn QQ gggggg = 4681/0,70 = 6688 mm 3 /ggünn, % 70 CH 4 içerikli (c) Çürrümmüş çaaaaaaaa = 0, kkkk ggünn QQ Ç.Ç. = ,010 0, mm3 /ggünn 0,80 Problem V. Önceki problemde verilen fazla çamurun anaerobik veya aerobik çürütme yerine %20 KM li kek halinde susuzlaştırıldıktan sonra aerobik olarak kompostlaştırılması durumunda temel tasarım ve işletme kriterlerini özetleyiniz. Aerobik kompost ve mezofilik olarak çürütülmüş çamurları bakteriyolojik kalite kriteri bakımından karşılaştırınız. Çözüm. Aerobik kompost tesisi tasarım kriterleri: (1) Su muhtevası (2) % KM, UKM/TKM (3) C/N oranı (4) Toplam kek miktarı (5) Boşluk arttırıcı ve yüksek C içerikli katkı maddeleri temini Anaerobik mezofilik olarak çürütülen çamurlar genellikle patojen mikroorganizmalar bakımından gerekli kriterleri sağlamazlar ve ilave aerobik kompostlaştırma veya termofilik aerobik ön hidroliz gerekebilir. Aerobik olarak kompostlaştırılan çürümüş çamurlar (metal içerikleri uygunsa) araziye doğrudan verilebilirler. Problem VI. Debisi 600 m3/gün olan bir atıksu arıtma tesisi çıkışında müsaade edilen PO4-P konsantrasyonu 1 mg/l dir. Ham atıksudaki toplam PO 4-P konsantrasyonu 10 mg/l olarak ölçülmüştür. Alumla kimyasal P çökeltimi uygulanması halinde günde üretilen alum çamur miktarını (kg) hesaplayınız (Alum dozajı=15 mg Al 3+ /L alınacaktır) (Al: 27, P: 31, O: 16, H: 1). Çözüm. Gerekli P giderimi = 10-1=9 mg/l Al PO 4 AlPO mg/l P giderimi için gerekli AlPO 4 =35,42 mg/l= g/gün 9 mg/l P giderimi için gerekli Al 3+ = 7,84 mg/l = 4704 g/gün 15-7,84=7,16 mg fazla Al 3+ Al OH - Al(OH) 3

131 117 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI ,16 mg/l Al 3+ 7, ,68 mmmm/ll AAAA(OOOO) 3 Üretilen çamur kons. = 35,42+20,68 56,1 mg/l Üretilen çamur miktarı =Q C =600 56,1 = ,3 g/gün 33,7 kg/gün Problem VII. a) Şekil deki aktif çamur sisteminde oluşacak fazla biyolojik çamur miktarını kg KM/gün ve m 3 /gün olarak hesaplayınız (θθ cc = 12 gün alınacaktır). b) %4 KM muhtevalı yoğunlaşmış çamur miktarını ve hacim azalma oranını bulunuz (katyonik PE in %70 inin yoğunlaşan çamurda kaldığı kabul edilecektir). Şekil. Atıksu arıtma tesisi akım şeması Çözüm: (a) θθ cc VV XX QQ ww XX rr = (kkkk mm3) = 12 ggünn qq 10(kkkk mm 3 ), %1 KKKK QQ ww = = 2000 mm3 ggünn WW xx = kkkk/mm 3 = kkkk KKKK/ggünn (b) PPPP = 2 kkkk tt 20 tt ggünn = 40 kkkk ggünn (PPPP) kkkkkkkkkk = 40 0,70 = 28 kkkk PPPP ggünn WW xx,yyç kkkk KKKK ggünn QQ YYÇ = 0,01 0, = 500 mm3 /ggünn, %4 KKKK HHHHHHHHHH aaaaaaaaaaaaaaaa = (1 0,01 0,04 ) = %75 Problem VIII. Önceki problemde açığa çıkacak yaklaşık 20 ton KM/gün miktarındaki %4 KM li çamuru anaerobik olarak stabilize etmek için gerekli mezofilik çürütücüyü boyutlandırınız ve oluşacak % 70 CH 4 içerikli biyogaz debisini bulunuz (Çamurdaki UKM nin yaklaşık %55 inin giderildiğini kabul ediniz; YY = 0,05 gg UUUUUU gg KKKKİ, kk dd = 0,025 ggünn 1, PP xx = KKKKİ gggggg. [YY (1 + kk dd θθ cc )], VV CCCC4 = 0,35 [KKKKİ gggggg. 1,42 PP xx ] ve 1 gg UUUUUU 1,42 gg KKKKİ alınız. Çözüm: QQ YYÇ = 500 mm 3 gg, % 4 KKKK (20 tt ggünn) UUUUUU = 0, = kkkk UUUUUU ggünn

132 118 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ UUUUUU gggggg. = ,55 = kkkk UUUUUU ggünn Gerekli çürütücü hacmi: LL xx = VV 3 kkkk UUUUUU/mm 3. ggünn (ssssçiiiiiiii) VV = mm 3 θθ cc = 12 ggünn, VV = 500xx12 = 6000 mm 3 VV ç = 6000 mm 3 (1. kkkkkkkkkkkk) + VV/2(= 3000 mm 3 ), (2. kkkkkkkkkkkk) UUUUUU gggggg. = 0, = kkkk UUUUUU ggünn PP xx 1, [ 0,05 1+0, ] 421 kkkk UUUUUU ggünn VV CCCC4 = 0,395 [1, ,42 421] = 3450 mm 3 /ggünn QQ gggggg = ,7 = 4930 mm3 /ggünn, %70 CCCC 4 iiçeeeeeeeeeeee Problem IX. (a) Önceki problemde oluşan yaklaşık kg KM/gün miktarındaki çürümüş çamurun santrifüj sistemi ile susuzlaştırılması sonucunda oluşacak %27 KM li kek miktarını hesaplayınız. Santrifüj öncesi 5 kg PE/ton KM dozunda katyonik PE ile şartlandırma yapılacak ve PE in %80 ninin keke geçtiği kabul edilecektir. (b) Çürütülmüş çamurda %4 KM ve santrifüjün katı madde tutma verimi %95 olduğuna göre süzüntü suyu debisini ve AKM değerini bulunuz (çürümüş çamur ve kekte özgül ağırlıklar sırasıyla 1,010 ve 1,060 alınacaktır). Çözüm: XX kkkkkk = ( ,80) 0, kkkk/gün QQ kkkkkk = ,27 1,060 = 43,3 mm3 /ggünn XX ssüzz = = 665 kkgg KKKK/ggünn

133 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 119 Santrifüje beslenen çürütülmüş çamur debisi; QQ gg = ,04 1,010 = 323 mm3 /ggünn QQ SSüzz = = 280 mm 3 /ggünn AAAAAA kkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkk = = 2375 gg/ mm3 (mmmm/ll) Problem X. Bir evsel atıksu arıtma tesisinde ağır metal içerikleri aşağıda verilen 30 t KM/gün stabilize çamur (biyokatı) açığa çıkmaktadır. Pb : 700 mg/kg KM Ni : 210 mg/kg KM Cd : 6 mg/kg KM Zn :? mg/kg KM Top Cr : 800 mg/kg KM Hg : 5 mg/kg KM Cu : 900 mg/kg KM Buna göre; (a) 4 ton KM/ha lık uygulama için izin verilen Zn konsantrasyonunu (mg/kg KM) bulunuz. (b) Diğer metaller için izin verilen yıllık uygulama yüklerini hesaplayınız. (c) Gerekli arazi alanını hesaplayınız. (d) Çamurun Pb içeriği yüksek kaliteli çamurlar için öngörülen sınır değerin altında ise ne yapmak gerekir? Tablo. Çevre ve Şehircilik Bakanlığı Kentsel AAT Çamurlarının araziye uygulanması ile ilgili standart (Ek I-E), Ağır metaller Azami konsantrasyon Yıllık kirletici yükü (kg/ha) (mg/kg KM) Pb 750 2,25 Cd 10 0,03 Cr Cu Ni 300 0,9 Zn ,5 Hg 10 0,03 Çözüm: (a) LL ZZZZ = 4 tt haa XX = kkkk 7,5 yyyyyy = 4000 yyyyyy = haa XX ,5 = 1875 mmmm ZZZZ/kkkk KKKK (b) LL PPPP = 2, = 3214 kkkk/haa yyyyyy = 3,214 tt/haa yyyyyy LL CCCC = 0,03 = 5000 kkkk/haa yyyyyy = 5,00 tt/haa yyyyyy LL CCCC = = 3750 kkkk/haa yyyyyy = 3,75 tt/haa yyyyyy LL CCCC = = 3333 kkkk/haa yyyyyy = 3,33 tt/haa yyyyyy ,9 LL NNNN = = 4285 kkkk/haa yyyyyy = 4,285 tt/haa yyyyyy

134 120 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ LL HHHH = 0,03 = 6000 kkkk/haa yyyyyy = 6,00 tt/haa yyyyyy () ereki arai, AA = 30 3,33 (mmmmmm.yyükk) 9 haa (d) Bu durumda Pb için ayrı bir yük hesabına gerek yoktur. 120

135 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI ÇAMUR SUSUZLAŞTIRMA VE KURUTMA Susuzlaştırma, arıtma çamurunun nem içeriğinin azaltılması amacıyla uygulanan fiziksel bir işlemdir. Susuzlaştırma aşağıdaki bir veya birden fazla amaç için uygulanmaktadır: Çamur hacminde belirgin bir azalma sağlamak suretiyle arıtma çamurlarının nihai uzaklaştırma alanına nakliye masraflarını düşürmek Susuzlaştırılmış çamur keklerinin çok daha kolay bir şekilde kürek ve benzeri aletlerle taşınabilmelerini sağlamak Yakma uygulaması için çamurun kalorifik değerini arttırmak Kompostlaştırma uygulaması için ilave edilmesi gereken yardımcı maddelerin miktarlarını azaltmak Arıtma çamurlarındaki fazla nemi gidererek kokusuz ve kokuşmaya elverişsiz kek oluşumunu sağlamak Nihai uzaklaştırmada düzenli depolama tercih edilirse bu sahalarda meydana gelecek sızıntı suyu üretimini azaltmak Buharlaşma ve süzülme, susuzlaştırma amacıyla uygulanan doğal yöntemler sırasında gerçekleşmektedir. Mekanik olarak gerçekleştirilen susuzlaştırma yöntemlerinde, çamur susuzlaştırma prosesi çok daha hızlı gerçekleşebilmektedir. Mekanik yöntemler arasında filtrasyon, sıkma, kapiler hareket, santrifüj (merkezkaç kuvveti) ile ayırma ve sıkıştırma yer almaktadır. Susuzlaştırma yönteminin seçiminde göz önüne alınması gereken en önemli etkenler çamurun tipi, susuzlaştırmadan sonra oluşacak ürünün (kek) özelliği ve alan ihtiyacıdır. Yer temini problemi yoksa kurutma yatakları veya lagünler tercih edilebilir. Ancak kısıtlı alanlarda inşa edilen arıtma tesislerinde genellikle mekanik susuzlaştırma yöntemleri uygulanmaktadır. Havasız olarak çürütülmüş çamurlar başta olmak üzere bütün çamur tiplerinin susuzlaştırılmaları sırasında meydana gelebilecek istenmeyen koku oluşumu kontrol altına alınmalıdır. Ayrıca havalı olarak çürütülmüş çamurların mekanik yöntemlerle susuzlaştırılmaları tavsiye edilmemektedir. Çünkü çürütme prosesi sırasında katı maddeler çözünmüş hale geçerek partikül boyutlarında azalma meydana gelmekte ve bu husus mekanik olarak susuzlaştırma işlemini zorlaştırmaktadır. Bu sebeple havalı çürütme uygulanmış çamurlara mekanik susuzlaştırma yöntemleri yerine doğal (kum yatakları vb.) susuzlaştırma yöntemleri önerilmektedir. En yaygın uygulanan mekanik çamur susuzlaştırma yöntemleri santrifüj ile susuzlaştırma, bant filtre, pres filtreler, kurutma yatakları ve lagünlerdir. Ayrıca çamur yatağının tabanı geçirimsiz bir malzeme ile kaplanmış, sazlık ve benzeri bitki örtüsüyle kaplanmış çamur kurutma yatakları da uygulanmaktadır. Vakum filtreler ise çok uzun yıllardan beri uygulanmış fakat son yıllarda daha verimli seçeneklerin ortaya çıkması ile birlikte uygulamaları önemli oranda azalmıştır Çamur Kurutma Yatakları Çamur kurutma yatakları özellikle çürütülmüş arıtma çamurlarının ve yoğunlaştırma uygulanmamış uzun havalandırmalı aktif çamur sistemlerinden üretilen çamurların susuzlaştırılması amacıyla yaygın olarak uygulanan doğal bir çamur susuzlaştırma yöntemidir. Bu yataklarda kurutulma işleminden sonra oluşan katılar düzenli depolama alanlarında uzaklaştırılabilirler veya toprak iyileştirici olarak kullanılabilirler. Başlıca üstünlükleri, düşük maliyetleri, işletme ve bakım ihtiyaçları ile kurutulmuş üründeki yüksek katı içerikleri sayılabilir. Fakat geniş alanlara ihtiyaç göstermeleri, meteorolojik koşullardaki değişikliklerin kuruma özellikleri üzerindeki önemli etkisi, çamur kekinin uzaklaştırılması sırasında insan gücüne ihtiyaç duyulması, haşere ve potansiyel koku oluşumunun gözlenmesi en önemli mahzurlarını oluşturmaktadır. 121

136 122 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ Klasik kum dolgulu çamur kurutma yatakları Klasik kum dolgulu çamur kurutma yatakları genellikle küçük ve orta ölçekli yerleşim yerlerinde uygulanmaktır. Nüfusu den büyük olan yerleşim yerlerinde uygulanmaları tavsiye edilmez. Çünkü bu yatakların ilk yatırım maliyetleri, oluşan çamur keklerinin yataktan kaldırılması ve uzaklaştırılması için gerekli maliyetler, yatak içerisindeki kumun geri yerleştirilmesi ve büyük alanlara ihtiyaç duyulması gibi dezavantajları, büyük nüfuslu yerleşim yerlerinde kullanımlarını kısıtlamaktadır. Tipik bir kurutma yatağının yerleşim planı Şekil 8.1 te verilmiştir. Şekil 8.1. Tipik bir kurutma yatağının yerleşim planı (van Haandel ve van der Lubbe, 2012) Tipik bir kurutma yatağında, arıtma çamuru yatağa mm kalınlığında serilerek kurumaya bırakılmaktadır (Şekil 8.2). Çamurun ihtiva ettiği su, çamur yatağı ve destekleyici kum içerisinde süzülerek drenaj ile ayrılmaktadır. Ayrıca yatak yüzeyinin hava ile temas eden kısımlarında meydana gelen buharlaşma çamurun su muhtevasını azaltmaktadır. Fakat çamur suyunun büyük bir kısmı çamurdan drenaj ile giderildiği için yatağın tabanında yeterli drenaj sisteminin tasarlanması gerekmektedir. Bu amaçla kurutma yatağında drenaj hattı (delikli plastik veya seramik borular) teşkil edilmelidir. Drenaj boruları minimum %1 eğim ile döşenerek üzeri kaba çakıl veya kırma taşlar ile kapatılarak desteklenmektedir. Kum tabakasının kalınlığı mm aralığında olmalıdır ve yatağın temizliği sırasında bir miktar kum kaybının dikkate alınması gerekmektedir. Daha kalın kum tabakası drenajı engelleyebilmektedir. Kurutma yataklarına serilen kumun üniformluk katsayısı 4 ten küçük ve kum daneciklerinin etkili boyutu 0,3-0,75 mm arasında değişmelidir. Kurutma alanı farklı yataklara bölünmekte ve bu yataklar 6 m genişlikte ve 6-30 m uzunlukta olmak üzere tasarlanmaktadır. Çamur kurutma yataklarına gelen borular içerisindeki en düşük hız 0,75 m/s olmalıdır.

137 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 123 Şekil 8.2. Çamur kurutma yatağında yer alan drenaj tabakalarının en kesiti Arıtma çamurları tamamen drene olduktan ve kuruduktan sonra kurutma yataklarından uzaklaştırılmaktadır. Kurumuş çamurun iri ve çatlamış görünümde yüzeyi bulunmakta ve genellikle siyah veya koyu kahverengi renkte olmaktadır. Uygun şartlar altında işletilmiş kurutma yataklarında kurutulan çamurların nem oranları günlük kurutma süresi sonrasında yaklaşık %60 olmaktadır. Kurutulmuş çamur kekleri insan gücü yardımıyla el arabalarına veya kamyonlara küreklerle yüklenmektedir. Fakat çamur kekleri özel mekanik ekipmanlar yardımıyla da uzaklaştırılabilmektedir. Açık kurutma yataklarında istenmeyen koku oluşumu gözlenebilmektedir. Bu sebeple tasarım sırasında oluşabilecek kokuya karşı önlem alınması gerekmektedir. Bu yataklar yerleşim yerlerinden en az 100 m uzaklıkta inşa edilmelidir. Çamur kurutma yataklarının yükleme kriterleri kişi başına gerekli kurutma yatağı alanı (m 2 /kişi) veya bir yılda birim yatak alanına yüklenebilecek KM miktarı (kg/m 2.yıl) olarak düşünülmektedir. Kapalı kurutma yatakları, yağmur, kar gibi olumsuz hava şartlarından etkilenmeyecekleri için daha fazla arıtma çamuru yüklemelerine izin verebilmektedir. Farklı arıtma çamuru tipleri için açık kurutma yataklarında susuzlaştırmada gerekli alan ihtiyaçları Tablo 8.1 de verilmiştir Tablo 8.1. Farklı arıtma çamuru tipleri için açık kurutma yataklarında susuzlaştırma sırasında gerekli alan ihtiyaçları Çamur Tipi Alan (m 2 /kişi) Çamur Yükleme Hızı (kg TKM/m 2.yıl) Çürütülmüş ön çöktürme çamuru 0, Çürütülmüş ön çöktürme çamuru + damlatmalı filtre humusu 0,12-0, Çürütülmüş ön çöktürme çamuru + atık aktif çamur 0,16-0, Çürütülmüş ön çöktürme çamuru + kimyasal çamur 0,19-0, Çamur kurutma yataklarının aktif çamur tesislerinin yanına kurulma gibi bir zorunluluğu yoktur. Çamur debisi, ham atıksu debisine oranla çok düşük bir değer olacağı için çamur yatağının daha güvenli ve çevreye rahatsızlık vermeyeceği uzak bir noktaya da pompalanması mümkündür. Örnek olarak, 0,25 kg AKM/kg KOİ ve konsantrasyonu 25 g AKM/L olan çamurun hacmi 0,25/25x1000 = 10 L/kg KOİ olur. Tipik ham atıksuyun konsantrasyonu 0,5-1 g KOİ/L alınırsa ham atıksu hacmi de L/kg KOİ olur. Buna göre, çamur hacmi ham atıksu debisinin 10/( ) = %0,5-1 ine karşılık gelmektedir.

138 124 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ Örnek: Bir aktif çamur sisteminde 0,25 kg AKM/kg KOİ stabilize fazla çamur oluşmaktadır. Kişi başı organik madde yükü 100 g KOİ/gün dür. Nihai %60 katı madde içeriği elde edilen çamur kurutma yatağının çamur yükleme hızı 0,8 kg AKM/m 2.gün dür. Çamur kurutma yatağı için kişi başına gerekli yüzey alanını hesaplayınız. Çözüm: GGGGGGGGGGGGGG yyyyyyyyyy yyüzzzzzz aaaaaaaaaa 0,25 kkkk AAAAAA kkkk KKKKİ 0,8 KKKKİ 0,1kkkk ggünn kkkk AAAAAA mm 2 ggünn = 0,031 mm2 kkkkşii Örnek: Katı madde konsantrasyonu 50 g/l olan çamur kurutma yatağında nem içeriği %50 nin altında kalacak şekilde kurutulacaktır. Her m 3 çamur hacminden ne kadar suyun giderileceğini hesaplayınız. 1 kg çamurun 1 L hacme sahip olduğunu kabul ediniz. Sızmanın ve buharlaşmanın ardışık ve bağımsız prosesler olduğu kabul edilecektir. Çözüm: Saha çalışmalarında elde edilen tecrübelere göre, önce gerçekleşen sızma genellikle katı madde içeriği %20 olana kadar devam etmektedir. Sonrasında ise buharlaşma ile istenilen katı madde oranına ulaşılabilmektedir. Buna göre sızma sonrasındaki çamur 50 g katı (%20) ve 200 ml (%80) su içereceğinden sızan su miktarı = 750 ml olacaktır. Buharlaşma sırasında katı içeriğinin %50 olabilmesi için 50 g katı ile birlikte 50 ml suyun olması gerekmektedir. Buna göre = 150 ml buharlaşma gözlenecektir Çamur kurutma lagünleri; Çamur kurutma lagünleri özellikle çürütülmüş çamurların kurutulmaları amacıyla uygulanmaktadır. Bu lagünler ham çamurların, kireç ihtiva eden çamurların veya duru fazında yüksek kirlilik içeren çamurların kurutulmaları sırasında oluşacak istenmeyen koku nedeniyle uygun değildir. Çamur kurutma yataklarında olduğu gibi çamur kurutma lagünlerinin verimleri de hava şartlarından önemli ölçüde etkilenmektedir. Yağmur, kar ve benzeri yağışlar ile düşük sıcaklıklar susuzlaştırma işlemini engellemektedir. Bu sebeple buharlaşma hızının yüksek olduğu bölgelerde uygulanmaları tavsiye edilmektedir. Özellikle yeraltı sularının korunması ile ilgili yönetmelikler, yüzey altı drenajı yoluyla susuzlaştırma işlemi uygulamalarını kısıtlamaktadır. İçme suyu amaçlı kullanılan bir yeraltı su kaynağına yakın olan kurutma lagünlerinin tabanı geçirimsiz hale getirilmelidir. Aksi takdirde süzülme ile gerçekleştirilen susuzlaştırma önemli oranda sınırlandırılmalıdır. Şartlandırılmamış çürütülmüş arıtma çamurları genellikle 0,75-1,25 m derinlikte olacak şekilde kurutma lagünlerine eşit olarak dağıtılarak serilmelidir. Susuzlaştırmanın esas mekanizması buharlaşmadır. Duru faz ayrılarak arıtma tesisinin başına geri verilmektedir. Katı içeriği %25-30 arasında olan kurutulmuş çamurlar mekanik olarak lagünlerden uzaklaştırılmaktadır. Lagünlerin birkaç aydan birkaç yıla kadar değişebilen aralıklarda yükleme döngüleri bulunmaktadır. Tipik olarak, arıtma çamurları lagünlere 18 ay boyunca pompalamakta ve daha sonra lagünler 6 ay boyunca dinlenmeye bırakılmaktadır. Katı madde (TKM) yükleme

139 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 125 hızları kg/m 3.yıl lagün mertebesidedir. Temizleme, bakım, onarım veya acil durumlar için lagünler en az iki gözlü olarak tasarlanmalıdır Mekanik Susuzlaştırma Santrifüj ile Susuzlaştırma; Santrifüj ile susuzlaştırma işlemi çamur suyunun santrifüj kuvvetlerinin etkisi altında ayrılarak daha yoğun çamur keki haline getirilmesidir. Santrifüjler, içlerinde çökelmiş çamuru hazne boyunca taşıyarak dışarı atan bir vidalı konveyör bulunduran santrifüjlerdir (Şekil 8.3). Şekil 8.3. Tipik bir santrifüjün kesiti (Alfa Laval, Inc., Richmond, Virginia) Santrifüj yüksek hızda dönerek katı sıvı ayrımını yapan ivmelenmeyi oluşturmaktadır. Bu ivmelenme g-kuvveti olarak isimlendirilir. Dünyada yer çekimi ivmesi 9,81 m/s 2 olup santrifüj üreticileri için bir g olarak ifade edilmektedir. Santrifüjler genelde g ( m/s 2 ) aralığında işletilmektedir. Pratik olarak santrifüjün 153 g (3000 m/s 2 ) de işletilmesi halinde hazne üzerine 0,45 kg lık bir etki yapacaktır. Bunun neticesinde 1260 kg (3000 lb) lık bir sallama etkisi oluşturacaktır. Haznenin dönme hızı ile kuvveti (g ile çarpımı) arasında; Dönme kuvveti = k x rpm 2 x çap ilişkisi vardır. Çapın mm biriminde alınması halinde k değeri 5,6x10-7 alınmalıdır. En iyi işletme her zaman en yüksek g-kuvveti nde işletilen santrifüj değildir. Ayrıca yüksek g-kuvveti olan santrifüj üretimi yüksek teknoloji gerektirir ve maliyeti oldukça yüksektir. Hazne içerisine alınan çamur g kuvveti ile katıları hazne duvarına iterken su hazne ortasına doğru hareket ederek hazneden dışarı alınır (Şekil 8.4)

140 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ Şekil 8.4. Santrifüj sisteminde su giderim mekanizması İnce ve düşük yoğunluklu katı maddeler içeren süzüntü suyu tesis başına geri verilmektedir. Çamurun tipine bağlı olarak oluşacak kekte %10-30 arasında değişen KM içeriklerine ulaşılabilmektedir. Yakma ve düzenli depolama gibi nihai uzaklaştırma yöntemlerinde çamur kekinin konsantrasyonunun %25 ten büyük olması öngörülmektedir. Şartlandırma amacıyla ilave edilen polimer dozajı ise 1,0-7,5 kg/10 3 kg KM aralığındadır. Santrifüj ile susuzlaştırma işlemi aynı zamanda çamurların yoğunlaştırılması amacıyla da uygulanmaktadır. Ön çöktürme çamurlarının santrifüj ile susuzlaştırılmasından sonra çamur kekinde %25-35 arasında katı madde içeriğine ulaşılabilmektedir. Bu çamurlarda katı madde tutma oranları ise kimyasal ilaveli ve kimyasal ilavesiz uygulamalar için sırasıyla %75-90 ve %95 ten büyük olmaktadır. Santrifüjlere 6~340 m 3 /sa aralığında değişen debilerle çamur beslemesi yapılabilmektedir. Beslenen çamurun en az ne miktarda bir KM oranına sahip olabileceğine dair bir alt limit olmamakla birlikte, fazla viskoz çamurların susuzlaştırılması zordur. Çamurdaki yüksek viskozitenin muhtemel sebeplerinden biri şartlandırıcı polimerin çamura yeterince iyi düzeyde karışmamış olmasıdır. Polimerle şartlandırma sayesinde santrifüjlerle çok yüksek (>%95) katı madde tutma verimlerine ulaşılabilmektedir. Katı madde tutma verimi arttıkça santrifüj süzüntüsü ile AAT başına geri devreden AKM miktarı da azalacaktır. Söz konusu AKM yükü azalmasının maliyeti ile ilgili olarak, merkezi kanal sistemine atıksu deşarjının izin verilen sanayi tesislerinden ton AKM başına alınan kabul bedeli, asgari mertebede bir değer için esas alınabilir. Şartlandırıcı polimer dozunun artması dolayısıyla katı madde tutma verimi ve oluşan çamur keki miktarı birlikte artacaktır Bant Filtre ile Susuzlaştırma Bant filtre ile susuzlaştırma işleminde çamur sürekli olarak beslenmektedir. Bu yöntemin üç temel prensibi kimyasal şartlandırma, yerçekiminin etkisiyle drenaj işlemi ve susuzlaştırılma amacıyla mekanik basınç uygulamasıdır (Şekil 8.5). Bant filtrelerin birçok uygulamasında, şartlandırılmış çamur yerçekimi etkisi ile drenaj kısmına verilerek burada yoğunlaşmaya bırakılmaktadır. Bu bölmede serbest suyun büyük bir kısmı yerçekiminin etkisiyle çamurdan ayrılarak giderilmektedir. Bu bölmeyi takiben düşük basınç uygulanan kısım yer almaktadır. Burada uygulanan düşük basınç altında, şartlandırılmış çamur karşılıklı geçirimli bez bantların arasında ezilmektedir (sıkıştırılmaktadır). Bu sıkma ve kesme kuvvetleri daha fazla suyun çamurdan salınmasına yardımcı olmaktadır. Susuzlaştırma sonucunda oluşan çamur keki, bantlardan sıyırıcı bıçaklar yardımıyla sıyrılarak uzaklaştırılmaktadır.

141 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 127 Şekil 8.5. Bant filtre sisteminin çalışma mekanizması Evsel atıksu çamurları için en yaygın olarak kullanılan bant genişliği 2 m dir. Piyasada 0,5 ila 3,5 m genişliğine sahip bant filtreler bulunmaktadır. Susuzlaştırılan çamur tipine ve konsantrasyonuna bağlı olarak, çamur yükleme hızları kg KM/m.sa, hidrolik yüklemeler ise bant genişliğine bağlı olarak 1,6-6,3 L/m.s arasında değişmektedir. Polimer kullanımı 1 10 g/kg KM arasında değişmektedir. Bant filtre ve santrifüjle çamur susuzlaştırmada kullanılan polimer dozajları Tablo 8.2 de verilmiştir. Susuzlaştırma yapılarında hidrojen sülfür (H2S) ve diğer gazların giderimi için yeterli havalandırmanın sağlanabilmesi için tasarım sırasında gerekli önlemlerin alınması gerekmektedir. Tablo 8.2. Bant-filtre ve santrifüjle çamur susuzlaştırmada kullanılan polimer dozajları Çamur Tipi kg/ton KM Bant filtre Santrifüj Ön çöktürme çamuru ,5 Ön çöktürme çamuru + atık aktif çamur Ön çöktürme çamuru + damlatmalı filtre humusu Atık aktif çamur Havasız olarak çürütülmüş ön çöktürme çamuru Havasız olarak çürütülmüş ön çöktürme + atık aktif çamur 1,5-8,5 2-5 Havalı olarak çürütülmüş ön çöktürme + atık aktif çamur Bant filtrelerin farklı arıtma çamuru tipleri için susuzlaştırma performansları Tablo 8.3 te verilmiştir.

142 128 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ Tablo 8.3. Bant-filtrelerin farklı arıtma çamur tipleri için susuzlaştırma performansları Giriş katı Bir metre bant Kuru polimer Kekteki katı Çamur Tipi madde uzunluğu başına (g/kg TKM) madde (%) yükleme hızı (%) L/s kg/sa Değer Aralık Ön çöktürme çamuru 3-7 1,8-3, Atık aktif çamur 1-4 0,7-2, Ön çöktürme çamuru + atık 3-6 1,3-3, aktif çamur (50:50) a Ön çöktürme çamuru + atık 3-6 1,3-3, aktif çamur (40:60) a Ön çöktürme çamuru ,3-3, damlatmalı filtre humusu Havasız olarak çürütülmüş Ön çöktürme çamuru 3-7 1,3-3, Atık aktif çamur 3-4 0,7-2, Ön çöktürme çamuru + atık 3-6 1,3-3, aktif çamur Havalı olarak çürütülmüş Ön çöktürme çamuru + atık 1-3 0,7-3, aktif çamur (yoğunlaşmamış) Ön çöktürme çamuru + atık 4-8 0,7-3, aktif çamur (50:50) a (yoğunlaşmış) a Ön çöktürme ve atık aktif çamurdaki kuru katı miktarlarına göre oranlanmıştır. Örnek: Bir atıksu arıtma tesisinde ön çöktürme ve fazla aktif çamur karışımının çürütülmesi sonrası L/gün lük çamur oluşmaktadır. Çürütülmüş çamurun katı madde içeriği %2,8 dir. 7 sa/gün ve 5 gün/hafta işletme koşulları için bantlı filtre ile susuzlaştırma sistemini tasarlayınız. Kabul edilen diğer işletme parametreleri aşağıda verilmiştir: Pres yükleme hızı: 272 kg/m.sa Çamur keki katı madde içeriği: %22 Susuzlaştırılan katı madde oranı : %96 Yıkama suyu debisi: 75,6 L/dk.m bant genişliği Beslenen çamurun özgül ağırlığı: 1,02 ton/m3 Çamur kekinin özgül ağırlığı: 1,05 ton/m3 Filtratın özgül ağırlığı: 1,00 ton/m3 Çözüm: 1. Haftalık üretilen kuru katı madde miktarı, = LL ggünn 7 ggünn haaaaaaaa 0,28 1,02 kkkk = kkkk LL haaaaaaaa 2. Saatlik katı işleme hızı, = kkkk haaaaaaaa 5 ggünn haaaaaaaa 7 ssss ggünn = 1081 kkkk ssss 8 saatlik çalışma periyodunda 7 saat işletme, 1 saat ekipmanın çalıştırılması ve kapama öncesi temizlenmesi için zaman ayrılmıştır. 3. Bant filtre sayısı, kkkk/ssss = = 3,97 mm 272 kkkk/(mm ssss) 2 asıl, 1 yedek olmak üzere 3 adet 2 m genişliğe sahip bant filtre seçilmiştir.

143 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI Hidrolik yükleme hızının kontrolü, = LL ggünn 7 ggünn haaaaaaaa 5 ggünn haaaaaaaa 7 ssss = 159 dddddd ggünn 60 ssss 4 mm (ttttppllllll bbbbbbbb ggggggggşllllğii) 5. Çamur keki debisi, kkkk ssss ssss xx 7 ggünn xx 0,96 LL = 0,22 xx 1,05 kkkk = ggünn LL Çamur keki yoğunluğu 800 kg/m3 alınması halinde kaplayacağı hacim, 6. Filtrat debisi, Günlük çamur debisi, = Çamurdan gelen filtrat, LL ggünn 7 ggünn haaaaaaaa 5 ggünn haaaaaaaa = LL = ggünn LL ggünn = Yıkama suyu debisi, = 75,6 LL dddddd 4 mm 60 dddddd ssss Toplam filtrat ve yıkama suyu debisi, LL ggünn 7 ssss ggünn = LL = ggünn LL ggünn = Filtrat AKM yükü, LL ggünn = 1081 kkkk ssss 7 ssss ggünn (1 0,96) = 303 kkkk ggünn Filtrat AKM konsantrasyonu, = 303 kkkk ggünn LL = 800 mmmm LL ggünn LL ggünn LL ggünn LL dddddd. mm bbbbbbbb ggggggggşllllğii Pres Filtre ile Susuzlaştırma Mekanik susuzlaştırma yöntemlerinden bir diğeri ise filtre preslerdir. Bant filtrelerden en önemli farkı çamurların suyunu verebilmelerinin arttırılması amacıyla daha yüksek basınçlar uygulanmasıdır. Bu susuzlaştırma yönteminin avantajları yüksek konsantrasyonlarda katı madde içeren kek oluşumu, yüksek süzüntü suyu kalitesi ve yüksek katı tutma kapasitesidir. Fakat mekanik teçhizat daha karmaşık yapıdadır, daha yüksek kimyasal madde ilavesine ve insan gücüne ihtiyaç duyulmaktadır. Küçük atıksu arıtma tesislerinde pres yüzey alanı düşük olduğu için alan gereksinimi yüksektir. Büyük kapasiteli atıksu arıtma tesislerinde ise yüzey alanı geniş olan presler kullanıldığında alan gereksinimi azalır. Kapasite artışı durumunda pres filtre sayısı kolayca artırılabilir. Preslemede kullanılan bez filtrelerin ömrü genellikle kısadır. Filtre preslerin, sabit veya değişken hacimli plakalardan oluşan iki farklı tipi bulunur.

144 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ Her iki tipteki pres filtrelerin tasarımı sırasında göz önünde bulundurulması gereken faktörler şunlardır: susuzlaştırmanın yapıldığı odada yeterli havalandırma olmalıdır, yüksek basınca sahip yıkama ünitesi bulunmalıdır, kireç kullanıldığı durumda oluşan kalsiyum taşlaşmasının giderilmesi için bir asit yıkama sirkülasyon sistemi bulunmalıdır, şartlandırıcı tankının önünde bir çamur öğütücü bulunmalıdır, pres filtreyi takiben bir kek parçalayıcısı bulunmalıdır (özellikle susuzlaştırılmış çamur yakılacak ise) ve plakaların bakımı ve uzaklaştırılması sırasında kullanılacak yedek ekipman bulunmalıdır. Sabit hacimli plakalı preslerde çerçeve içinde yer alan bir seri plaka birbirlerine hidrolik veya elektromekanik olarak baskılanır. Susuzlaştırılacak hacim, plakalar içerisinde yer alan girintili yapı ile sağlanır (Şekil 8.6). Bez filtre, her bir plakanın yüzeyini kaplayacak şekilde yerleştirilir. Plaka yüzeyinden gelen filtrat, bez filtreler arasında yer alan kanallardan drene edilir. Şekil 8.6. a) Pres filtre Şekil 8.6. b) Pres filtre (devam)

145 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 131 Plakaların kapatılması ile tipik susuzlaştırma çevrimi başlamaktadır. Kimyasal ile şartlandırılmış çamur genellikle dakika içerisinde debi %5-7 ye düşüne kadar filtre prese beslenir. Bu noktada basınç istenen maksimum değere ulaşmış olur ( kn/m 2 ). 1-3 saat içerisinde istenilen kek konsantrasyonuna ulaşılarak filtrat uzaklaştırılır. Sonrasında plakalar mekanik yöntemlerle birbirinden ayrılarak kekin bir toplama haznesine veya taşıyıcı bant üzerine düşmesi sağlanır. Kek kalınlığı mm, katı madde içeriği de %35-50 arasında değişmektedir. Kekin sistemden uzaklaştırılmasından sonra filtre pres yıkanarak bir sonraki çevrime hazırlanır. Çevrim süresi 1,5-4 sa arasında değişmektedir. Değişken hacimli filtre presler aynı zamanda diyafram pres olarak da isimlendirilir. Sabit hacimli presten tek farkı diyaframın çerçevenin arkasına yerleştirilmesidir. Şartlandırılmış çamurun içi girintili yapılara, kn/m 2 basınç ile beslenir. İçi girintili odalar çamur ile doldurulup kek oluşmaya başladıktan sonra çamur besleme pompası, sabit çamur debisi, filtrat debisi veya zaman prensibine göre otomatik olarak kapanır. Su veya hava, yüksek basınç altında diyafram ve plakalar arası boşluğa pompalanır. Uygulanan sıkıştırma ile kekteki fazla su uzaklaştırılır. İstenilen katı madde içeriğine ulaşmak için dk süresince kn/m 2 sabit basınç uygulanır. Çevrim sonrasında basınçlandırmada kullanılan su veya hava sistemden çekilerek plakaların açılması sağlanır. Sonrasında çamur keki sistemden uygun bir şekilde uzaklaştırılır. Diyafram presin sabit hacimli prese göre diğer önemli farkı hacimsel kapasitesinin düşük olmasıdır. Böylece daha ince kek oluşumu sağlayarak kekin istenilen katı madde içeriğine ulaşmasında daha başarılı olmaktadır. Ancak diyafram preslerin bakım ihtiyacı daha fazladır. Susuzlaştırma özellikleri kötü olan çamurlar için filtre pres önemli üstünlüklere sahiptir. Çamurun katı madde içeriği %35 in üzerine çıkarılabilir. Çamur özelliklerinin çok değişken olması durumunda değişken hacimli filtre presler daha iyi bir performans gösterirler Burgu (Vida) Pres ile Susuzlaştırma Çamurun, taşıyıcı vida ile eleklerde susuzlaştırılmasıdır. Yatay ve eğimli olmak üzere iki tip uygulaması vardır (Şekil 8.7). Yatay tipli burgu preste dışarıdan buhar verilerek ısıl kurutma işleminin yapılması mümkündür. Eğimli burgu pres daha yaygın olarak kullanılmaktadır. Eğimli burgu preste, burgunun etrafında 0,25 mm aralıklı elek mevcuttur. Dönüş hızı düşük olan burgu, polimer ile şartlandırılmış çamuru eğime karşı, üst noktaya doğru iletir. Çamurun beslendiği yer olan eğimin alt kısmında çamurun içinde bulunan serbest su cazibe ile drene olur. Eleğin üst kısmı ise basınçlı bölge olarak işletilmektedir. Bu bölgede burgu kanatlarının daralması ile basınç daha da yükselmektedir. Ayrıca burgunun üst noktasındaki konik başlığın sıkılması ile de basınç değeri artırılabilmektedir. Ayrıca susuzlaştırılan çamur konik başlık ile ızgara aralığından dışarı alınır. Taşıyıcı bant veya hazne ile susuzlaştırılmış çamur sistemden uzaklaştırılır. Burgu kanatlarına yerleştirilen fırça sistemi ile elek üzerinde biriken katılar kolayca temizlenmektedir. Ayrıca sprey başlıklar ile dışarıdan elek üzerindeki katılar da belirli aralıklarla uzaklaştırılır. Burgu presin en önemli üstünlüğü enerji tüketiminin düşük olması ve az yer kaplamasıdır. Genellikle kapasiteleri düşük olup küçük yerleşim yerleri için oldukça uygun bir sistemdir. Hidrolik kapasitesi 10 m 3 /sa ve katı yükleme kapasitesi 275 kg/sa tir. Kekin katı madde içeriği 4-6 g/kg KM polimer uygulanması halinde %20-25 arasında değişmektedir. Katı madde giderim oranı genelde %95 in üzerindedir.

146 132 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ Buhar girişi Şekil 8.7. Burgu (vida) pres 8.3. Solar Kurutma Yenilenebilir enerji kaynaklarından solar ısı enerjisi doğrudan veya dolaylı olarak en yüksek kapasiteye sahip olanıdır. Dünyadan 150 milyon km uzaklıkta bulunan güneşin yaydığı 3,8x10 23 kw lık enerjinin 1,08x10 14 kw lık kısmı yeryüzüne düşmektedir. Bu değer, mevcut enerji dönüşüm verimleri dikkate alındığında dünyadaki enerji üretim kapasitesi olan 3000 GW değerinin yaklaşık dört katına karşılık gelmektedir. Kapasitesi yüksek olan solar enerji, günümüzde farklı yollar ile yaygın olarak kullanılmaktadır. Bunlar arasında solar su ısıtıcıları, solar ocaklar, kurutucular, havuzlar, hava şartlandırıcıları, bacalar, damıtıcılar ve elektrik santralleri yer almaktadır. Çamur kurutma işlemlerinde, solar enerji aşağıda belirtilen 3 farklı yol ile kullanılabilir: Konvansiyonel çamur kurutma yataklarında olduğu gibi çamur yatağına doğrudan solar ışımanın uygulanması Absorblanan enerjinin atmosfere kaçışını önlemek için üzeri kapalı çamur yatağına doğrudan solar ışımanın uygulanması Çamur yatağı veya kulesine aracı bir akışkan ile dolaylı olarak absorblanan solar ışımanın uygulanmasıdır. Çamur yatağına doğrudan solar ışımanın uygulanması Bölüm 8.1 de anlatılmıştır. Kapalı ortamda solar kurutma yoğunlaştırılmış veya susuzlaştırılmış çamurun güneş enerjisi ile sera benzeri yapılarda kurutulması işlemidir. Solar kurutma sisteminin işletme maliyeti mekanik kurutma sistemlerine oranla daha düşüktür (Salihoğlu ve Pınarlı, 2007). Seralara oranla daha karmaşık bir yapısı olan solar kurutma sistemlerinde (Şekil 8.8); Dikdörtgen taban yapısı, Şeffaf dış kaplama yapısı, Ortam kuruluk derecesini ölçen sensörler, Klapeli hava kanalları,

147 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 133 Havalandırma fanları, Kurutma yataklarını karıştırmak ve hareket ettirmek için elektromekanik ekipmanlar Ortam zemini/kuruluğunu kontrol etmek için mikroişlemci mevcuttur (Metcalf&Eddy, 2003). Şekil 8.8. Solar çamur kurutma sisteminin ana bileşenleri Sistemde otomasyonu sağlayan mikroişlemci, iklimsel değişkenleri değerlendirerek kurutma hacmindeki nem absorblama potansiyelinin optimizasyonunu gerçekleştirir. Havalandırma fanları ile neme doymuş havanın sistemden dışarı atılması ve taze havanın sisteme girişi sağlanır. Karıştırma ekipmanı, çamurdaki nemin yüzeye çıkmasına yardımcı olarak kurutma işlemini hızlandırır. Uygun çamur bekletme süresi sonunda çamurun katı madde içeriğini %90 lara çıkarmak mümkündür (Salihoğlu ve Pınarlı, 2007). Sistemde kurutma enerjisinin ana kaynağı solar radyasyondur. Solar radyasyon, sıcaklık, nem oranı ve bunların yıllık değişimleri sistemin boyutlandırılması için kullanılan ana tasarım parametreleridir. Düşük miktarda kireç ilavesiyle bekletme süresinin düşürülmesi ve patojen mikroorganizmaların da istenilen seviyeye (fekal koliform<10 3 kob/g.km) düşürülmesi mümkündür. Solar enerjinin dolaylı olarak aracı bir akışkan ve yanma ısısı ile birlikte kullanıldığı kurutma kulesinin çalışma prensibi Şekil 8.9 da özetlenmiştir. Bu sistemde ısının dağılımını iyileştirmek ve buharlaşma sürecini hızlandırmak için hava takviyesi de yapılmaktadır. Kulenin işletimi yarı kesikli olarak yapılmaktadır. Günlük çamur keki yüklemesi kulenin üzerinden yapılırken kuru çamur da kulenin altından vida pres ile alınmaktadır. Vida pres sıcaklık sensörüne bağlı olarak belirli sıcaklığa ulaşıldığında çalışmaktadır. Böylece kuru ve hijyenik açıdan güvenilir çamurun eldesi mümkün olmaktadır.

148 134 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ Şekil 8.9. Solar enerji ve biyogaz yanma ısısı kullanılarak tasarlanmış çamur kurutma kulesi Solar Kurutmanın Mahzurları: Konvansiyonel çamur yataklarındaki kurutma verimi, saf suyun buharlaşma verimi ile karşılaştırılınca %20-30 gibi düşük seviyelerde kaldığı için günümüzde kullanımı oldukça kısıtlıdır. Çamur kurutma yataklarının üzerinin kapatılması ise önemli üstünlük getirmemektedir. Gün ışığında, solar enerji çamur sıcaklığını arttırmasına karşın solar gücün azaldığı veya hiç olmadığı saatlerde ise biriken enerjinin neredeyse tümü atmosfere kaçmaktadır. Çamur yatağının kapatılmasında kullanılan 6 mm gibi düşük ısı iletkenliğine sahip camlı seralara rağmen solar enerji sistemde verimli bir şekilde tutulamamaktadır. Çamur kurutma yataklarında günlük toplanan solar enerji miktarı coğrafik özelliklere bağlı olarak değişmektedir. Kurutma bölgeleri çok yoğun solar ışıma alsa bile en yüksek solar enerji akısı 1200 W/m 2 değerini geçmemektedir. En güneşli günlerde bile (6 saatlik güneşlenme kabulü ile ortalama akı 800 W/m 2 ) toplanan toplam enerji miktarı 5 kwsa/m 2 değerini geçmeyecektir. Gerçek durumda, kurutma yataklarındaki çamurun sıcaklığı burada tahmin edilen en yüksek değerden daha düşüktür. Çünkü; Solar enerjinin ortalama günlük absorbsiyonu 5 kwsa/m 2.gün değerinden oldukça düşük olacaktır. Çamur yatağı düşük ısı iletkenliğine sahip yalıtım malzemesi ile kaplansa bile çamurdaki sıcaklık artışı biriken solar enerjinin çevreye ışınımına neden olacaktır. Çamur tabakasında, üst kısımda tabana göre daha yüksek sıcaklık gözleneceği için gradyan ısı profili gelişecektir Termal Kurutma Termal şartlandırma, termal kurutma ve yakma prosesleri, atıksu arıtma çamurlarına uygulanan termal işlemlerdir. Termal şartlandırma işleminde, arıtma çamuruna ısı ve basınç uygulamak suretiyle, bağlı suyun katıdan (bünyeden) ayrılması, böylelikle şartlandırma kimyasalları eklenmeksizin çamurun susuzlaşma yeteneğinin geliştirilmesi söz konusudur. Bu

149 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 135 bölümde, suyun termal yollarla çamurdan buharlaştırılması yöntemi olan termal kurutma ve çamur içindeki organik katıların termal yollarla bertarafı yöntemi olan yakma prosesleri anlatılacaktır. Atık bertarafı ile ilgili yönetmeliklerdeki şartların ağırlaşması ve atık bertarafı için kullanılabilecek alanların giderek azalması, arıtma çamurlarının kurutularak hacimlerinin azaltılması ve kurutulmuş biyokatılar olarak değerlendirilmesine imkan sağlayacak termal kurutma ve yakma proseslerine olan ilgiyi arttırmıştır. Ekonomik ve çevresel analizler bu yöntemlerin en uygun yöntemlerden biri olduğunu göstermektedir. Çamur bertarafı için termal işlemler kullanan arıtma tesisleri, elde edilen kurutulmuş çamuru satarak kar elde edemiyor olsa da, söz konusu gelir işletme maliyetini önemli ölçüde azaltmaktadır. Çamurun nem içeriği, termal kurutma ile diğer susuzlaştırma yöntemleri ile elde edilebilen su muhtevasından daha düşük seviyelere kadar indirilebilmektedir. Termal kurutma ile ulaşılabilecek en düşük nem içeriği, kurutucunun tasarımı ve çalıştırma şartlarına, beslenen çamurun nem içeriğine ve kimyasal bileşimine bağlıdır. Tipik bir kentsel atıksu arıtma çamuru için %5 lik nem içeriğine (%95 katı madde) ulaşmak mümkündür. Termal kurutmanın başlıca üstünlükleri; elde edilen ürünün taşıma maliyetinin nispeten az olması, patojenlerin önemli ölçüde azaltılması, depolama olanaklarının iyileşmesi ve çamurun pazarlanabilirliğinin artması olarak sıralanabilir. Bu yöntemin zayıflıkları ise yüksek yatırım ve işletme maliyetleri ile vasıflı personel gereksinimidir Termal Kurutma Yöntemleri Kurutucular genellikle ısının kurutulacak çamura ıslak katıya aktarım yöntemine göre sınıflandırılırlar. Bu yöntemler konveksiyonlu (direkt) kurutma, kondüksiyonlu (endirekt) kurutma, ışınımla (kızılötesi) kurutma veya bunların bileşimi şeklindedir. Konveksiyonlu (direkt) kurutmada, ısı aktarımı ıslak çamur ile sıcak gazların doğrudan teması ile gerçekleşir. Sıcak gaz girişi çamur içindeki sıvının buharlaşması için gerekli ısıyı sağlar. Buharlaşan sıvı sıcak gaz ile taşınarak uzaklaştırılır. Sabit hızda kurutma evresindeki denge koşulları altında, kütle aktarımı (1) açıktaki ıslak yüzeyin alanı, (2) kurutma havasının nem içeriği ile çamur-hava ara yüzeyinin yaş termometre sıcaklığındaki doygunluk nemi arasındaki fark ve (3) kurutma havasının hızı ve türbülansı gibi bir kütle aktarım katsayısı olarak tanımlanmış diğer etkenler ile orantılıdır (Metcalf ve Eddy, 2003). Direkt kurutucular çamurun kurutulmasında en çok kullanılan kurutucu tipidir. Flaş kurutucular, direkt döner kurutucular ve akışkan yataklı kurutucular bu yöntemle çalışır. Kondüksiyonlu (endirekt) kurutmada, ısı aktarımı ıslak çamur katılarının sıcak yüzeylerle teması ile gerçekleşir. Metal bir duvar, çamuru ve ısıtma ortamını (genellikle kızgın buhar veya yağ) birbirinden ayırır. Buharlaşan sıvı, ısıtma ortamından bağımsız olarak uzaklaştırılır. Kentsel arıtma çamurunun kurutulmasında kullanılan endirekt kurutucular yatay paletli, burgulu, disk tipi kurutucular ve dikey endirekt kurutuculardır. Işınımla (kızılötesi veya radyal ısıtmalı) kurutmada, ısı aktarımı elektriksel direnç elemanları, gaz yakıtlı akkor refraktörler veya kızılötesi lambalar aracılığıyla, ışıma enerjisi ile gerçekleşir. Radyal ısıtıcılı kurutuculara bir örnek, çamurun yakılmasında sıkça kullanılan çok hücreli yakma fırınıdır. Termal kurutmanın öncesinde, genellikle çamur mekanik yollarla susuzlaştırılır. Bu önemli bir ön işlemdir. Çünkü bu işlemle kurutucuda uzaklaştırılması gereken su miktarı azaltılır. Susuzlaştırılmış çamurdaki su kurutucuda, çamurun içinde bulunan organik maddeler parçalanmadan buharlaştırılır. Bunun için, çamur C arasında tutulmalıdır. Kurutulmuş çamurun bir kısmı kurutucuya beslenen susuzlaştırılmış ham çamur ile karıştırılır. Bu sayede çamurun topaklaşması önlenerek katı maddenin yüzey alanı arttırılır ve kurutma işleminin daha verimli olması sağlanır. Kurutulmuş çamur ve atık gazlar kurutucunun içinde veya bir

150 136 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ siklonda birbirinden ayrılır. Atık gaz, içindeki koku ve partikülleri uzaklaştırmak için, bir gaz arıtımı sisteminden geçilerek dışarı atılır Flaş Kurutucular Çamurun sıcak gaz akımına püskürtülmesi veya enjekte edilmesiyle içindeki suyun hızlıca uzaklaştırılmasına flaş kurutma denir. Flaş kurutma sisteminde (Şekil 8.10), pnömatik (hava ile) taşımayı kolaylaştırmak için, ıslak çamur daha önce kurutulmuş çamur ile karıştırılır (Turovskiy ve Mathai, 2006). Karıştırılmış çamur ve yaklaşık 700 C sıcaklığındaki bir fırından gelen sıcak hava, bir kafes değirmene girmeden önce birleşir ve su buharının flaşlanması başlar. Gaz hızı m/s arasındadır. Kafes değirmende çamur-gaz karışımı mekanik olarak çalkalanır ve çamur, ortalama kalış süresi birkaç saniye olmak üzere, kafes değirmeni terk ettiğinde kurutma bitmiş sayılır. Kurutulmuş çamur pnömatik yolla bir siklona iletilir. Bu aşamada çamurun nem içeriği yalnızca %8-10 kadardır. Daha sonra, çamur ile kurutma gazları siklon içinde birbirinden ayrılır. Kurutulmuş çamurun sıcaklığı 70 C civarındadır, atık gazın sıcaklığı ise C arasındadır. Şekil Flaş kurutma sisteminin şematik gösterimi Atık gaz arıtma ünitesi koku giderici, ön ısıtıcı, yakma havası ısıtıcısı, cebri çekme fanı ve gaz yıkama kulesinden oluşur. Siklondan çıkan gazın sıcaklığı ön ısıtıcıda yükselir ve böylece kokuya sebep olan maddeler parçalanır. Isının bir kısmı, yakma havası ısıtıcısında soğrularak, geri kazanılır. Daha sonra, gaz yıkama kulesinden geçirilerek içindeki tozlardan arındırılır ve atmosfere bırakılır. ABD de 1940 lı yıllardan bu yana yaklaşık 50 kentsel flaş kurutucu tesisi kurulmuş olmasına rağmen, bugün bunların yalnızca 5 veya 6 tanesi çalışır durumdadır (WEF, 1998). Bu kurutucuların çoğu yüksek enerji, işletme ve bakım maliyetlerinden dolayı kapatılmıştır. Günümüzde, flaş kurutucular yerine daha çok diğer tip kurutucular tercih edilmektedir. 136

151 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI Döner (Rotary) Kurutucular Döner kurutma sisteminin ana bileşeni 3-4 lik yatay açıyla kurulmuş döner tamburlu kurutucudur. Şekil 8.11 de gösterilen döner kurutucuda, çamur yerçekimi etkisiyle kurutucunun yüksek (besleme) kısmından alçak (boşaltım) kısmına doğru tambur boyunca hareket eder (Turovskiy ve Mathai, 2006). Gazların eş yönlü akışı ve tamburun dönmesi çamurun hareketini kolaylaştırır. Tamburun dönme hızı 5-8 rpm (devir/dk) arasındadır. Çamurun tambur en kesit alanında eşit olarak dağılması için, tambur çeşitli tipte kanatçıklarla donatılmıştır. Çamuru parçalamak ve karıştırmak için, tamburun girişinde ve çıkışında serbest olarak asılı duran zincirler bulunur. Bu zincirler çamurun kurutucu girişinde duvarlara yapışmasını önler, çamur kurutma sürecini hızlandırır ve kurutucudan önce öğütücü ilave edilmesine gerek bırakmaz. Şekil Döner kurutma sistemi Döner tamburlu kurutma sisteminde bulunan diğer elemanlar; susuzlaştırılmış ham çamur ve geri beslenen kuru çamuru birbiri ile karıştırmak için bir karıştırıcı, burgulu besleme pompası, havayı ısıtmak için brülörlü fırın, partikülleri atık gazdan ayırmak için siklon ve gaz yıkama kulesi, ısı eşanjörü, kurutulmuş çamuru boşaltmak için burgulu pompa ve depolamak için bir silodan oluşur. Direkt veya endirekt döner kurutucuların kullanıldığı kurutma sistemleri mevcuttur. Buharlaştırma kapasitesi direkt kurutucular için kg/saat, endirekt kurutucular için kg/saat arasında değişmektedir. Louisville, Kentucky deki Morris Forman Atıksu Arıtma Tesisinde döner kurutuculu bir çamur kurutma sistemi bulunmaktadır. Bu arıtma tesisinde, birincil çamur anaerobik olarak çürütülmekte ve daha sonra yoğunlaştırılmış fazla aktif çamur ile karıştırılmaktadır. Çamur karışımı santrifüjlerde yaklaşık %26 katı içeriğine kadar susuzlaştırıldıktan sonra her birinde birer döner tamburlu kurutucu bulunan dört katlı kurutma sistemine beslenir. Kurutucuların her biri susuzlaştırılmış çamurdan saatte 8500 kg su buharlaştıracak kapasitededir. Bu tesisin toplam kurulu buharlaştırma kapasitesi 34 m 3 /saat tir (34000 kg/saat). Çamur çürütücülerinde oluşan metan, kurutucuların enerji ihtiyacının yarısını karşılar. Çamur kurutuculardan geri kazanılan ısı anaerobik çürütücülerin ısıtılmasında kullanılır (Turovskiy ve Mathai, 2006) Akışkan Yataklı Kurutucular Akışkan yataklı kurutucular, delikli bir tabana sahip ve içinden sıcak gazlar (genellikle hava veya buhar) geçirilen sabit dikey bir bölmeden oluşur. Akışkan yataklı bir çamur kurutma

152 138 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ sisteminin akış şeması Şekil 8.12 de gösterilmektedir (Turovskiy ve Mathai, 2006). Susuzlaştırılmış çamur ilk olarak besleme haznesinden silindirik çamur kurutucuya beslenir. Hava ve fırından çıkan sıcak gazlar, yüksek basınç fanı ile sağlanan basınç altında, gaz dağıtım ızgarasından geçer ve kuru çamur ve inert maddelerden oluşan akışkan bir yatak oluşturur. Granül haldeki kurutulmuş çamur, yüksekliği ayarlanabilen bir eşik üzerinden kuru çamur haznesine boşaltılır. Atık gazın içindeki toz parçacıkları siklon vasıtasıyla tutulur ve çamur besleme haznesine geri gönderilir. Daha sonra atık gazlar, ıslak gaz yıkayıcıda arıtılır, kısmen soğutulur ve bir fan yardımıyla bacadan atmosfere bırakılır. Tablo 8.4 te akışkan yataklı kurutucuların işletme parametreleri verilmektedir. Akışkan yataktaki inert malzeme kuvars kumu ya da cüruf olabilir. Prosesin kesin tasarım parametreleri, her bir özel durum için deneysel olarak ayrıca tespit edilir. Isı taşıyıcısının sıcaklığı C arasında ve kurutma süresi dakikadır. Çamurun kuruma sıcaklığı C, yakma odasındaki gazın sıcaklığı ise C arasındadır. Bu kadar yüksek sıcaklıklara ulaşabilmek için oldukça fazla miktarda enerjiye gerek duyulur. Bu sebeple termal çamur kurutucularda bir enerji geri kazanımı ünitesine ihtiyaç vardır. Akışkan yataklı kurutucuların başlıca üstünlükleri; çamurun kuruma süresinin ve ısı aktarım veriminin kontrol edilebilmesi, herhangi bir hareketli parçanın bulunmaması ve tasarımlarının basitliğidir. Bu tür sistemlerin en önemli mahzurlarından biri atık gazların 0,6-0,7 g/m 3 mertebesinden yüksek toz içeriğine sahip olmasıdır. Şekil Akışkan yataklı kurutma sisteminin şematik gösterimi (Turovskiy ve Mathai, 2010)

153 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 139 Tablo 8.4. Akışkan yataklı kurutucular için işletim parametreleri Parametre Aralık Sıcaklık Isı taşıyıcı ( C) Çamur kurutma ( C) Yanma bölgesindeki gaz ( C) Baca gazları ( C) Kurutma süresi (dakika) Nem buharlaştırma kapasitesi (birim hacim başına kg/saat) Buharlaşan her 1 kg nem başına özgül kullanım miktarı Hava (kg) Isı (J) Isı taşıyıcısının kurutucu girişindeki hızı (m/s) Ters Akışlı Jet Kurutucular Ters akışlı jet kurutular Rusya da geliştirilmiştir (Turovsky, 1998). Alt kısımda ters akışlı jet elemanı bulunan çamur kurutma odası, üst kısımda ise ürün/hava işleme ünitesi bulunan iki kademeli bir sistemdir (Şekil 8.13). Susuzlaştırmadan sonra, çamur keki bant konveyör ile taşınır ve çift milli helezon besleyiciler ile ters akışlı jet elemanına gönderilir. Bu eleman dikey sabit bir boru içindeki iki adet eşmerkezli yatay jet borusundan oluşmaktadır. Kurutma işlemi, kurutulmuş küçük parçacıkların girişe geri beslenmesi ve kurutulmuş ürünün hava püskürtme borusu vasıtasıyla boşaltılması adımlarından oluşmaktadır. Çamur keki çift milli burgulu besleyicide kurutulmuş ürünün bir kısmı ile karıştırılır. Böylece, kurutucuya beslenen çamurun kompozisyon ve nem içeriği bakımından homojen olması ve kurutma prosesinin daha hızlı gerçekleşmesi sağlanır. İkinci kademedeki hava akımını ayıran ekipman kurutma ortamı ile çamurun daha uzun süre temas etmesini sağlar. Ayrıca, kurutulmuş çamur fraksiyonlarına göre ayrılır. Şekil Çarpan jet (ters) akışlı kurutucunun şematik gösterimi Ters akışlı jet kurutucularda, kurutma işlemi çamur partiküllerinin sıcak gaz akımı içinde bir süspansiyon oluşturmasına dayanır. Bu işlem, jet akımlarının çarpışmasıyla oluşan titreşimli

154 140 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ hareketten dolayı, oldukça verimlidir. Bu, kurutma hücresindeki çamur konsantrasyonunu arttırmaktadır. Kurutma hücresinin yeterince yüksek hızlara maruz kalması halinde, çamur ufalanıp toz haline gelir ve böylece toplam ısı ve kütle aktarım yüzey alanı artar. Ters akışlı jet kurutucuların işletme parametreleri Tablo 8.5 te verilmiştir. Tablo 8.5. Çarpan jet akışlı kurutucular için işletme parametreleri Parametre Aralık Kurutma hücresi sıcaklığı Başlangıç ( C) Son ( C) Nozül üst akımı hava basıncı (gage) (MPa) 0,01-0,03 Kurutucu birim hacmindeki buharlaşmış nem yükü (kg/m 3.saat) Buharlaşan her 1 kg nem başına özgül kullanım miktarı Isı (MJ) 3,4-3,8 Standart yakıt (kg) 0,114-0,128 Elektrik enerjisi (kw saat) 0,05-0,08 Çamur nem oranı (%) Kurutmadan önce Kurutmadan sonra Yatay Endirekt Kurutucular Kentsel atıksu çamurlarını kurutmak için kullanılan yatay endirekt kurutma sistemleri paletli, burgulu ve disk tipi kurutma sistemleridir. Şekil 8.14 te yatay endirekt kurutucu sistemi şematik olarak gösterilmektedir (Turovskiy ve Mathai, 2006). Yatay endirekt kurutucular, çamurun karıştırılması ve kurutucu içinde taşınmasını sağlayan, palet, burgu veya disklerle donatılmış bir ya da iki adet döner mil bulunan çift duvarlı yatay bir tanktan oluşur. Isı transferi için kullanılan akışkan (genellikle buhar) iç ve dış duvarın arasında, şaftın içinde karıştırıcılar (palet, burgulu ya da disk) boyunca devir ettirilir. Kurutucunun çıkışında bulunan bir savak, ısı aktarım yüzeyinin kurutulan malzemeye tamamen batmasını sağlar. Buhar, kullanılabilir enerjisi çamura aktarıldıktan sonra yoğunlaşmış halde tahliye edilir. Isı iletkeni olarak sıcak su veya yağ kullanan kurutucular, buharla çalışanlardan farklı bir yapıya sahiptir. Susuzlaştırılmış çamur, geri devir akımıyla karıştırılarak veya karıştırılmadan sürekli olarak tanka beslenir. Isı iletkeni (aktarımı) çamurun sıcaklığını yükseltir ve su çamur yüzeyinden buharlaşır. Buharlaşan su, düşük hacimli gazlarla veya atık buhar ile kurutucudan uzaklaştırılır. Kurutulmuş ürünün susuzlaştırılmış çamur ile karıştırılarak harmanlanması durumunda, beslenen çamurun nemi %40-50 oranında düşürülebilmektedir. Harmanlama sayesinde, çamurun topaklaşması ve ısı aktarım yüzeyinin kaplanması önlenir. Kuru ürün ile karıştırılmamış yaş çamur ile beslenen kurutucularda dâhili kırıcı çubuklar bulunmalı ve topaklaşmayı önlemek için karıştırıcı şaftlara yeterli güç sağlanmalıdır. Yatay endirekt kurutucular ile %10 dan daha düşük nem içerikli çamurlar elde edilebilir.

155 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 141 Şekil Yatay endirekt kurutma sisteminin akış şeması Dikey Endirekt Kurutucular Şekil 8.15 te gösterilen Pelletech marka kurutucular gibi dikey endirekt (çok hücreli) kurutucularda çamur kurutma ve peletleme işlemi bir arada yapılmaktadır (Turovskiy ve Mathai, 2006). Şekilde gösterilen kurutucu, %90 veya daha üzerinde katı madde içeriğine ulaşmak için ısı iletkeni olarak buhar veya termal yağ kullanılan çok katlı dikey bir sistemdir. Kurutulmuş ürün ile harmanlanan susuzlaştırılmış çamur, kurutucunun üstteki girişinden beslenir. Kurutucuda ısı iletkeni ile ısıtılan birkaç tabla bulunmaktadır. Kurutucu merkezinde üzerine döner kollar tutturulmuş bir şaft vardır. Döner kollar, çamuru en alt tepside kurutulmuş ve peletlenmiş bir ürün olarak toplanacak şekilde bir tepsiden diğerine zigzaglar halinde hareket ettiren ve ince katmanlar halinde dağıtan, ayarlanabilir sıyırıcılarla donatılmıştır. Bu tip kurutucular toz ve büyük parçaların oluşmasını azaltmaktadır. Kurutucudan çıkan gazlar su buharı, hava ve bazı kirleticileri ihtiva eder. Su buharı yoğunlaştırıldıktan sonra, geriye arıtılmak üzere çoğu nemli havadan oluşan gazlar kalır. Bu gazlar bir fan vasıtasıyla, kokuya sebep olan maddelerin termal olarak parçalanması için bir koku kontrol ünitesine gönderilirler. Largo, Florida daki Atıksu Arıtma Tesisinde çamurdan peletlenmiş biyokatılar üretilmektedir. Bunun için tesiste, birincil ve yoğunlaştırılmış fazla aktif çamurun çürütüldüğü aerobik çürütücü, bant filtreli çamur susuzlaştırıcı, paralel iki hatlı bir termal kurutma/peletleme sistemi, ürün depolama siloları, proses havası için enerji geri kazanımlı yakma üniteleri ve üstü kapalı çamur yoğunlaştırıcı ile kurutucu binasında oluşan kokunun kontrolü için bir ıslak gaz yıkayıcı bulunmaktadır. Termal kurutma işlemi, susuzlaştırılmış çamur kekindeki %85 nem içeriğini pelet olarak elde edilen biyokatılarda %8 e düşürmektedir de tesisin ortalama biyokatı üretim kapasitesi 0,53 ton/saat katı madde, net işletme maliyeti katı madde başına 254,5 $/ton olarak belirlenmiştir. Kurutulmuş bir ton katı madde (biyokatı) 38$ a satılmıştır.

156 142 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ Şekil Pelletech dikey endirekt kurutucu (WEF, 1998) Tasarımda Dikkat Edilmesi Gereken Hususlar Termal kurutma sistemlerinin tasarımıyla ilgili önemli hususlar aşağıda açıklanmıştır Beslenen Çamurun Nem İçeriği Suyun çamurdan termal buharlaştırma ile uzaklaştırılması için önemli miktarda enerji gerekir. Çamurun kurutulması için gereken yakıt miktarı, buharlaştırılacak suyun miktarına bağlıdır. Mekanik susuzlaştırma, uzaklaştırılan birim hacim su esasıyla termal kurutmaya göre daha verimli olduğu için, termal kurutma işleminden önce mutlaka bir mekanik susuzlaştırma adımının bulunması gereklidir. Bu sayede, toplam enerji ihtiyacı azaltılabilir. Topaklaşmayı ve kurutucu iç yüzeyinin çamurla kaplanmasını önlemek için yaş çamurun plastikleşme aşamasının üzerinde bir katı madde içeriğine ulaşması gerekir. Bu maksatla yaş çamur genellikle bir miktar kurutulmuş çamur ile karıştırılmalıdır. Paletli karıştırıcılar ve çekiçli öğütücüler çamur kekinin geri döndürülen kurutulmuş çamur ile iyice karıştırılması için kullanılan özel ekipmanlardır Depolama Bir kurutma sisteminin tasarımında, hem susuzlaştırılmış yaş çamurun hem de kurutulmuş ürünün depolama ihtiyaçları göz önünde bulundurulmalıdır. Kurutma sisteminin gerektiğinde durdurulabilmesi ve üretimde oluşabilecek sorunların azaltılması için yeterli miktarda susuzlaştırılmış çamur depolama alanına ihtiyaç vardır. En az 3 günlük susuzlaştırılmış çamuru depolayabilecek bir depolama kapasitesi önerilmektedir. Kurutulmuş ürünün depolanma kapasitesi ise ürünün nasıl uzaklaştırıldığına bağlıdır. Elde edilen ürün mevsimlik

157 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 143 olarak satılıyor ve alıcılar tesis dışında depolama alanı sağlamıyorsa, ürünü 90 gün depolamak gerekebilir. Kurutulmuş ürün yakıt olarak kullanılacaksa veya ilave işlemlerden geçirilecekse, depolama gereksinimleri çamur işleme prosesinin sonraki adımlarına göre belirlenir. Kurutulmuş ürünün peletlenmeden yığın halinde depolanması durumunda, toz bir problem haline gelebilir. Nem içeriği %10 un altında olan bir ürün, özellikle de büyük miktarda toz içeriyorsa, kendiliğinden tutuşabilir. Toz oluşumunu azaltmak için burgulu ve çekmeli konveyör gibi aşındırıcı etkilere yol açan uzun konveyörlerden kaçınılmalıdır. Pnömatik konveyörler de aşındırıcı olabilir. Açık veya katlanır konveyörler tercih edilmelidir. Nem içeriği %20 nin altında olan kurutulmuş ürünler ortamdaki suyu soğurabilir Yangın ve Patlama Riskleri Ağır tozlanmaya maruz kalan kurutma sistemlerinde yangın çıkma ihtimali yükselir. Yanabilen partiküller, yüksek sıcaklık, elverişli oksijen seviyesi ve yüksek gaz hızlarının birlikte bulunması bu sistemleri yangın ve patlama riskine açık hale getirmektedir. Hava içinde katı haldeyken yanabilen her madde ince toz halindeyken patlayabilir. Biyokatıların temel bileşenleri katı haldeyken kolayca yanabilen karbonhidratlar, proteinler ve yağlardır. Bir patlama gerçekleşmesi için ortamda patlamaya sebep olacak miktarda tozun bulunması ve bir kıvılcım kaynağının olması yeterlidir. Ayrıca, patlamanın gerçekleşmesi için ortamdaki partiküllerin birbirine yeterince yakın olması ve böylece bir partikülden salınan ısının çevredeki diğer partikülleri ısıtabilmesi gerekir. Oksijen miktarının %15 in üzerinde olduğu bir ortamda patlama eşik değerinden (320 g/m 3 ) fazla miktarda bulunan toz, sıcaklığı 355 C ye çıkaracak bir kıvılcıma maruz kalırsa patlama gerçekleşir (Turovskiy ve Mathai, 2006). Proses hava akımından toz ve ince partikülleri uzaklaştırmak için siklon ayırıcılar, ıslak gaz yıkayıcılar, toz toplama filtreleri veya bunların birkaçı birlikte kullanılabilir. Çamur kurutulurken, dehidrasyon odasında oksijen miktarını minimum seviyede tutmak elzemdir. Minimum oksijen seviyesinin muhafaza edilmesi, özellikle kurutucuyu devreye alma ve durdurma sırasında (yaş çamurun bulunmadığı durumlar) kritik öneme sahiptir. Zira geçmişte yaşanan olaylar incelendiğinde, kurutucuyla ilgili sorunların en çok bu aşamalarda yaşandığı görülmüştür. Ortamı oksijenden arındırmak için azot gibi inert gazların kullanılmasının en etkili yöntem olduğu bilinmektedir. İyi yetişmiş operatörlerin çalıştırılması ve sistemin iç güvenlik kilidi ve izleme ekipmanları ile kontrolü yangın riskini azaltmak için dikkat edilmesi gereken önemli hususlardır. Çamur kurutma sistemleri tasarlanırken yangın ve patlama riskini önlemek için aşağıdaki güvenlik standardı kontrol listesi takip edilmelidir (Barrett ve Herndon, 2005): Kurutucuya giren çamur miktarını kontrol etmek üzere, giriş besleme haznesi üzerine yerleştirilen ve kurutucu kontrol sistemine bağlanan seviye ve akış sensörleri, Kurutucu çıkışında bulunan ve kontrol sistemine bağlanan bağımsız bir kıvılcım tespit sistemi, Kurutulmuş ürünü taşımak için kullanılan konveyör sisteminin dikkatlice değerlendirilmesi, Yedek güvenlik raporlama sistemleri ve cihazları, Çok seviyeli bir şifre protokolü ile korunan bir insan-makine arayüzü, Kontrol sistemine kayıtlı ve şifre ile korunan tarihsel gidişat (işletme) verileri, Kurutma sistemleri için, yerel yönetmeliklerce belirlenmiş tüm kural ve gereksinimleri karşılayan binalar, Yangına dayanıklı duvarlarla arkasında izole edilmiş kızgın yağ sistemleri ve buhar kazanları, Sıcaklık ve karbon monoksit sensörleri ile donatılmış (kapalı) depolama sistemleri,

158 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ Termal kurutucular için, özgül maksimum alev alma basıncı (Pmax) ve alev alma endeksi değerlerine göre tasarlamış güvenlik sistemleri Emisyonlar ve Koku Kontrolü Kurutucu ekipmanları, işleme ve depolama alanları emisyonlar ve koku açısından kontrol altında tutulmalıdır. Gazlar hava kirliliği kontrol ekipmanlarına bağlı bacalardan tahliye edilmelidir. Siklon seperatör, ıslak gaz yıkayıcı, toz filtresi veya birkaçı birlikte kullanılarak, çıkış gaz hattındaki partiküller ortamdan uzaklaştırılmalıdır. Koku kontrolü için yakma üniteleri ve kimyasal gaz yıkayıcılar kullanılmalıdır. Termal oksidasyon, aldehitler ile çeşitli sülfit ve disülfit bileşiklerini (metil, dimetil ve karbonil) gidermede kullanılan en etkili yöntemdir Yan akımlar Sıvı yan akımlar, ıslak gaz yıkayıcılar gibi yardımcı ekipmanlar tarafından üretilmektedir. Kurutuculardan çıkan su buharının yoğunlaşması ile oluşan kokulu sıvı yan akımlar, hem organik yağlar hem de amonyak içerir. Bu yan akımlar genellikle arıtma tesisi girişine gönderilir, fakat bazen ayrı olarak arıtılmaları gerekebilir Isı Kaynakları ve Isı Geri Kazanımı Çamur kurutma işlemi için ciddi miktarda enerjiye ihtiyaç duyulması sebebiyle, kurutucunun veya ısı iletkeninin ısıtılmasında kullanılan ısı kaynağı büyük bir önem arz etmektedir. Doğalgaz ve akaryakıt en sık kullanılan enerji kaynaklarıdır. Ancak bu kaynakların fiyatları giderek artmaktadır. Kurutucular, enerji kullanımını azaltmak için ısı geri kazanımı ve geri kullanımı yapabilecek şekilde tasarlanmalıdır. Kurutucudan veya baca gazlarından geri kazanılan ısı, kullanılan havanın ve beslenen çamurun ön ısıtılmasında veya tesisteki diğer ısıtma ihtiyaçlarının karşılanmasında kullanılabilir. Kurutulmuş çamurun kendisi de yakıt değeri taşımaktadır ve kurutma işleminde ısı kaynağı olarak değerlendirilebilir.

159 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI ÇAMUR SON İŞLEMLERİ 9.1. Kompostlaştırma Kompostlaştırma, organik atıkların (kentsel katı atıkların organik kısmı, arıtma çamurları, bahçe atıkları vb.) biyokimyasal süreçlerle parçalanarak bir son ürüne (kompost) dönüştürülmesidir. Kompostlaştırma, organik maddelerin oksijenin (havanın) mevcut olduğu ortamlarda ayrıştırılması işlemidir. Oluşan başlıca metabolik ürünler karbondioksit, su ve ısıdır. Arıtma çamurlarının kompostlaştırılması, çamurların biyolojik olarak stabilize edilerek kirletici risklerinin kontrol altına alınmasını ve sahip oldukları mikro besi maddeleri (nütrientler) ve organik içerik nedeniyle son ürün olarak değerlendirilmelerini sağlar. Genelde arıtma çamurları katkı malzemesi kullanılarak tek başına kompostlaştırılabilir. Bununla birlikte son yıllarda arıtma çamurlarının kentsel katı atıklarla birlikte kompostlaştırılması da uygulanmaktadır. Arıtma çamurlarının kompostlaştırılması işleminin amaçları, Hastalık yapıcı organizmaların öldürülmesi (patojenlerin azaltılması), Koku yapıcı bileşenlerin parçalanarak çamurun stabilize edilmesi, Çamurun kurutulması, Stabil, kullanışlı bir ürün üretilmesi dir. Kompostlaştırma işleminde asıl amaç hastalık yapıcı organizmaların yok edilmesidir (Willson, 1980). Kompostlaştırmada havalı ortamdaki biyolojik faaliyet, patojenlerin yok olmaları için gerekli ısıyı sağlar. Kompostlaştırma işlemindeki ikinci amaç, çamuru tamamen oksitleme yerine onu basit bir bozunmaya tabi tutup kokuyu azaltıcı yönde etkili biyolojik parçalama ile stabilize etmektir. Kompostlaştırmanın diğer bir amacı da çamurun kurutulmasıdır. İşlem başlamadan önce çamurlu kompost karışımının nem içeriği yaklaşık %60 civarındadır. Kompostlaştırma işlemi sırasında açığa çıkan ısı, sisteme verilen havanın da yardımı ile suyu buharlaştırır ve atmosfere karışmasını sağlar. Bu işlem elde edilen son ürünün elenmesini, saklanabilmesini ve toprak şartlandırıcı olarak kullanılabilmesini sağlar Proses Kontrolü Arıtma çamurlarının kompostlaştırılması, kentsel katı atıkların kompostlaştırılmasından farklı olarak şu faktörlere bağlıdır: Çamurun ve katkı malzemelerinin özellikleri (nem içeriği, C/N oranı, dane boyutu, gözenek yapısı, ph, bozunma özelliği ve enerji değeri), Başlangıçtaki çamur/katkı malzemesi karışım oranları, Kompostlaştırmanın en temel faydası son ürünün, hemen ya da depolandıktan sonra toprak şartlandırıcısı olarak kullanılabilir olmasıdır. Katkı malzemesi olarak yonga (ufak ağaç parçaları) kullanılması arıtma çamurunun kompostlaştırma özelliklerini düzenler. Kaynakta ayrım yapılmayan bazı ülkelerde arıtma çamuru ve kentsel katı atıklar kompostlaştırma tesislerinde birlikte kompostlaştırılabilir. Kompostlaştırma tesislerinde, susuzlaştırılmış arıtma çamuru, nem içeriğinin ayarlanması, hammadde yapısının geliştirilmesi, enerji dengesinin ve C/N oranının düzenlenmesi için karbon ilavesi sağlamak amacıyla uygun katkı malzemesi ile karıştırılır. Daha sonra bu karışım kompostlaştırma alanına taşınır. Bir kompostlaştırma tesisi her tür arıtma çamurunu işleyebilir. Ancak, ham arıtma çamurunun kompostlaştırılması durumunda çürütülmüş arıtma çamuruna göre %40 daha fazla alana ihtiyaç duyulur. Bununla birlikte ham arıtma çamurunda daha yüksek sıcaklıklar elde edilir ve bu nedenle daha iyi bir biyolojik kuruma sağlanır.

160 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ Kompostlaştırma prosesi kontrolündeki ana faktörler şunlardır: Arıtma çamuru ve katkı malzemesinin biyolojik olarak ayrışabilirliği, Nem içeriği, Oksijen seviyesi, Sıcaklık, C/N oranı, ph Organik bileşiklerin çeşitleri ve ayrışma hızları kompostlaştırma sırasında enerji dengesini etkiler. Ham arıtma çamurunun ayrışabilirliği %70-80, çürütülmüş çamurun %35-55 ve lignoselülozik bitki malzemesinin %12-45 tir (Haug, 1993). Katkı malzemesi olarak en yaygın kullanılan ağaç yongaları kompostlaştırma esnasında kısmen ayrışabilir. Bununla birlikte ağaç yongalarının elenip ayrılarak 4-5 defa kullanımı mümkündür. Parçalanmış lastikler gibi ayrışabilirliği düşük katkı malzemeleri de kullanılabilir. Mikrobiyal parçalanma için gerekli minimum nem içeriği %40 civarındadır. Arıtma çamuru için gerekli optimum nem içeriği hammaddenin dane boyutuna ve kullanılan kompostlaştırma teknolojisine bağlı olup, başlangıç nem içeriğinin %60-65 olması tavsiye edilir. Kompostlaştırma prosesi sonunda, son ürün olan kompostun nem içeriği % ten fazla olmamalıdır. Bu değer eleme için uygundur ve daha kuru kompost, toz emisyonuna sebep olur. Kompost paketlenerek satılacak ise anaerobik koşulların ve koku oluşturan maddelerin önlenmesi için nem içeriğinin %35 i geçmemesi gerekir (WEF, 1995a). Yonga, ağaç kabuğu, talaş ve kompost gibi kuru katkı malzemelerinin ilave edilmesi kompost karışımının başlangıçtaki nem içeriğini azaltır. Kompostlaştırma prosesi süresince havalı koşulların sağlanması için yeterli miktarda oksijenin ortama temini gerekir. Yığınlardaki oksijen içeriğinin %5 (Strom vd., 1980) ila %18 (De Bertoldi vd., 1983) arasında olması tavsiye edilmektedir. Yeterli miktarda oksijen sağlamak için gözenek boşluğu en az % olmalıdır (Haug, 1993). Havalandırmanın oksijen sağlamanın yanı sıra, kompostu kurutma ve yüksek sıcaklıkları kontrol etme gibi fonksiyonları vardır. Kompostlaştırma prosesinin başlangıcında parçalanma hızının yüksek olması, daha fazla oksijene ihtiyaç duyulmasına sebep olur. Oksijen doğal havalandırmayla, yığını karıştırmakla veya hava üfleyicilerle (blower) sağlanabilir. Kompostlaştırma süresine bağlı olarak, solunum ve sıcaklık ilişkisi Şekil 9.1 de gösterilmiştir. Eğrinin şekli, kompostlaştırılacak hammaddenin yapısına ve kompostlaştırma metoduna göre değişiklik göstermektedir. Bu şekil, aktif (hızlı) kompostlaştırma ve olgunlaştırma olmak üzere iki önemli bölüme ayrılır. Aynı eğri mezofilik (<45 o C) ve termofilik (>45 o C) olarak da ayrılabilir. Aktif kompostlaştırma fazında organik maddelerin kolay ayrışabilen kısmı parçalanır ve patojenler yok edilir. Olgunlaştırma fazında ise ayrışmasını tamamlamamış ve ayrışmaya dirençli maddeler parçalanırlar. Kompostlaştırma sırasında, hammaddenin mikrobiyal parçalanması sonucu ısı enerjisi açığa çıkar. Birçok kompostlaştırma çalışması aktif kompostlaştırma için optimum sıcaklığın 55 o C olduğunu göstermiştir. Basınçlı havalandırma yapılan büyük ölçekli kompostlaştırma tesislerinde, sıcaklık aktif kompostlaştırma sırasında havalandırma ile kontrol edilir. Kompost yığınında bulunan sensörler, hava üfleyicilerin kontrolünü sağlar. ABD de patojenlerin giderimi için sıcaklığın 3 gün boyunca 55 o C nin üzerinde olması (kapalı reaktör ve havalandırmalı statik yığınlarda) ya da 15 gün süresince yığının 5 kez çevrilmesi ile sıcaklığın 55 o C nin üzerinde kalması (aktarmalı yığınlarda) gerekmektedir (U.S. EPA, 2003a).

161 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 147 Şekil 9.1. Kompostlaştırmadaki proses aşamalarının karbondioksit oluşumu ve sıcaklık ile ilişkisi Kompostlaştırmanın başlangıcında C/N oranı 20:1 ile 30:1 arasında olmalıdır. Çok yüksek C/N oranı mikrobiyal ayrışmayı yavaşlatır. Çok düşük C/N oranı ise amonyak formunda azot açığa çıkmasına (kaçışına) sebep olur. Bu oran, prosesin başlangıcında uygun atıkların ilave edilmesiyle ayarlanabilir. Başlangıç karışımının ph ı 6 ila 9 arasında olmalıdır. Optimum havalı ayrışmayı sağlamak için ise ph 7,0-7,5 aralığında tutulmalıdır (Tchobanoglous vd., 2003) Kompostlaştırma Aşamaları Kompost tesislerinde yürütülen proses, başlangıç karışımının hazırlanması ve karıştırılması gibi ön işlemler ile katkı malzemesinin elenerek tekrar kullanımı ve depolama gibi son işlemlerden meydana gelir (Şekil 9.2). Kompostlaştırma prosesi ise iki ana aşamadan oluşur; aktif kompostlaştırma ve olgunlaşma. Aktif kompostlaştırma, prosesin termofilik kısmıdır. Kolay ayrışabilir maddelerin ayrışması sonucu hacim ve kütlede azalma gözlenir. Ayrıca, yüksek sıcaklıklar nedeniyle patojen giderimi sağlanır. Olgunlaşma adımında sıcaklık ortam sıcaklığına ulaşır, ancak parçalanma devam eder ve organik madde iyice stabilize olur. Şekil 9.2. Arıtma çamurlarının kompostlaştırılması aşamaları (Spellman, 1996)

162 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ Katkı Malzemeleri Arıtma çamurlarının kompostlaştırılmasında en önemli hususlardan biri katkı malzemesidir. Arıtma çamurlarına katkı malzemesi, nem içeriğini düşürmek, yoğunluğu azaltmak ve böylelikle etkili bir havalandırma sağlamak amacıyla ilave edilir (Spellman, 1996). Katkı malzemesi, ilave karbon kaynağı temin ederek, optimum C/N oranının elde edilmesini de sağlar. İdeal katkı malzemesinin yoğunluğu ve nem içeriği düşük, karbon içeriği ise yüksek olmalıdır (Haug, 1980). Genellikle katkı malzemesi ve arıtma çamurları 2:1-3:1 oranında (hacim bazında) karıştırılır (Spellman, 1996). Katkı malzemesi ilavesi toplam kütleyi önemli miktarda arttırır. Bu nedenle bahçe atıkları gibi mevcut bir artık malzemenin bulunamaması durumunda katkı malzemesi temini oldukça maliyetli olabilir. Yonga (ufak ağaç parçaları), parçalanmış lastikler, mısır koçanı, tahta parçaları vb. katkı malzemesi olarak kullanılabilir (Spellman, 1996) Kompostlaştırma Metotları Arıtma çamurlarının kompostlaştırılmasında yaygın olarak kullanılan metotlar aktarmalı yığın, havalandırmalı statik yığın ve kapalı reaktör sistemleridir. Bu metotlar aşağıda açıklanmış ve karşılaştırılması Tablo 9.1 de verilmiştir. Tablo 9.1. Kompostlaştırma metotlarının karşılaştırılması (U.S. EPA, 2002). Aktarmalı Yığın Havalandırmalı Statik Yığın Kapalı Reaktör Sistemleri Hava koşullarından oldukça Hava koşullarından çok az etkilenir (Üzeri örtülerek etki etkilenir azaltılabilir, ancak maliyetlidir) Hava koşullarından oldukça etkilenir (Üzeri örtülerek etki azaltılabilir, ancak maliyetlidir) Ufak ölçekte kanıtlanmış bir metottur Büyük hacimde katkı malzemesine ihtiyaç vardır. Bu da her aşamada büyük hacimlerin işlenmesini gerektirir Çamur ve katkı malzemesi özelliklerindeki değişikliklere adapte olabilir Yatırım maliyeti düşüktür Ufak ve büyük ölçekte uzun yıllardır işletme tecrübesi vardır Diğer metotlara göre daha kısa işletme tecrübesi vardır Büyük hacimde katkı malzemesine Diğer metotlara göre daha az katkı ihtiyaç vardır. Bu da her aşamada malzemesine ihtiyaç vardır. Bu da büyük hacimlerin işlenmesini her aşamada daha düşük gerektirir hacimlerin işlenmesini gerektirir Çamur ve katkı malzemesi Çamur ve katkı malzemesi özelliklerindeki değişikliklere özelliklerindeki değişikliklere adapte olabilir hassastır Yatırım maliyeti geniş bir aralıkta Yatırım maliyeti yüksektir değişir Yoğun emek gerektirir Orta derecede emek gerektirir Yoğun emek gerektirmez Alan ihtiyacı fazladır Alan ihtiyacı fazladır Alan ihtiyacı düşüktür Aktarma esnasında koku potansiyeli Koku kontrolü için büyük hacimli Koku kontrolü ve arıtma için düşük yüksek ve arıtma için havanın havanın arıtılması gerekir hacimli proses havası kolaylıkla toplanması zordur toplanır Mekanik ekipmana ihtiyaç azdır Mekanik ekipmana orta derecede Mekanik ekipmana yüksek ihtiyaç vardır derecede ihtiyaç vardır Enerji ihtiyacı düşüktür Enerji ihtiyacı orta derecededir Enerji ihtiyacı orta derecededir Aktarmalı Yığın Aktarmalı yığın kompostlaştırma sistemi en eski ve basit kompostlaştırma teknolojisi olup aynı zamanda en çok alan ihtiyacı gerektiren metottur. Aktarmalı yığın kompostlaştırma sisteminde yığının özel ekipmanlarla karıştırılması gerekir (Şekil 9.3). Böylece difüzyon ve konveksiyon sebebiyle yığınlarda doğal bir havalanma sağlanır. Boşluk miktarını arttırmak, kompostu homojen hale getirmek, sıcaklık ve nem dağılımını dengelemek amacıyla karıştırıcılar kullanılır. Karıştırıcılar yığını kaldırır, döndürür ve tekrar oluşturur. Karıştırma sıklığı aktif kompostlaştırma adımından olgunlaşmaya doğru azalır,

163 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 149 hatta olgunlaşma süresince karıştırma yapılmayabilir. Aktif kompostlaştırma aşamasında karıştırma sıklığı genelde haftada 2-3 tür (WEF, 1995b). Karıştırma ekipmanı ve havalandırma tipi, yığının yükseklik ve genişlik gibi boyutlarını belirler. Aktarmalı yığınlarda genişlik 2-4 m, yükseklik 1,2 ile 2,5 m arasında değişir (Haug, 1993). Olgunlaşma adımında daha fazla yükseklikler kullanılabilir. Yığının uzunluğu atık miktarına ve mevcut alana bağlıdır. Toplam proses süresi, tüm kompostlaştırma süresince aktarmalı yığın metodu kullanılırsa 8-12 haftadır. Şekil 9.3. Aktarmalı yığın kompostlaştırma (WEF, 2007) Havalandırmalı Statik Yığın Havalandırmalı statik yığında kompostlaştırma prosesi, özellikle arıtma çamurlarının kompostlaştırılması için geliştirilmiş bir metottur. Havalandırmalı statik yığın ile aktarmalı yığın sistemi arasındaki en önemli farklar, havalandırmalı statik yığının karıştırılmaması ve hareket ettirilmemesi, ayrıca havalandırmanın basınçlı üfleyiciler (blowerler) vasıtasıyla sağlanmasıdır (Şekil 9.4). Havalandırmalı statik yığınlarda havalandırmanın etkili bir şekilde yapılabilmesi için boşluk hacmi önemlidir. Bu nedenle daha fazla katkı malzemesi kullanımı gerekir. Şekil 9.4. Havalandırmalı statik yığın kompostlaştırma (WEF, 2007)

164 150 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ Havalandırmalı statik yığın sistemi ABD de en çok kullanılan arıtma çamuru kompostlaştırma metodudur. Yığınlar eni 2-4 m, yükseklik 3 m olacak şekilde hazırlanır. Yığınların tabanına ağaç yongası, üzerine kompost serilir (Haug, 1993). Yığınların üzerine (dış yüzeye) olgunlaşmış kompost serilmesi hem ısı kaybını önler, hem de koku arıtımı için biyofiltre görevi görür. Üfleyiciler oksijen seviyesini %5-15 te tutacak şekilde çalıştırılır. Proses boyunca sıcaklık kontrol edilmeli, düşük değerlerin gözlenmesi halinde havalandırma azaltılmalıdır. Havalandırmalı statik yığın metodunda proses süresi gün olup, ayrıca 30 günlük olgunlaşma periyodu gerekir (WEF, 1995a) Kapalı Reaktör Sistemleri Kapalı reaktör sistemlerinde, kompostlaştırma kapalı bir konteyner veya kap içinde gerçekleştirilir. Reaktör olarak, düşey kuleler, yatay dikdörtgen veya dairesel tanklar ile döner tamburlar kullanılabilir (Şekil 9.5 ve Şekil 9.6). Kapalı reaktör sistemlerinin en önemli avantajı proses boyunca açığa çıkan gazların toplanıp arıtılması, böylece kokunun etkin kontrolünün sağlanmasıdır. Kompostlaştırma prosesini kontrol etmek için havalandırma ve karıştırma uygulanır. Reaktörün altına yerleştirilen kanallarla havalandırma sağlanır. Proses süresi 21 gün olup, havalandırmalı ya da havalandırmasız yığınlarda 30 günlük olgunlaşma periyodu gerekir. Şekil 9.5. Döner tambur tip kapalı reaktör kompostlaştırma sistemi (WEF, 2007)

165 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 151 Şekil 9.6. Yatay tip kapalı reaktör kompostlaştırma sistemi (WEF, 2007) Koku Kontrolü Arıtma çamurlarının kompostlaştırılmasında en önemli hususların başında koku kontrolü gelmektedir. Kompostlaştırma tesislerinde, tam olarak stabilize olmamış çamur veya kompostun açıkta bırakılması durumunda koku kontrol önlemleri gerekebilir. Başlangıç karışımının hazırlanması, havalandırma ve eleme gibi kompostlaştırma aşamalarında koku oluşumu gözlenebilir. Kompostlaştırmada kokunun en iyi kontrolü, havalı koşulların sağlanmasıdır (WEF, 2007). Kokuyu azaltmak için kompostlaştırma tesisinin yerleşim yerine mesafesine bağlı olarak farklı metotlar kullanılabilir. Koku potansiyeli olan başlangıç karışımının hazırlanması ve eleme vb. işlemler kapalı alanda yürütülebilir. Basınçlı havalandırma yapılan sistemlerde toplanan hava biyofiltre vb. sistemlerle arıtılabilir (Şekil 9.7) (WEF, 2007).

166 152 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ Şekil 9.7. Biyofiltre görünümü Inland Empire Bölgesel Kompost Tesisi Tesis konumu Inland Empire Bölgesel Kompost Tesisi (IERCF), Kaliforniya Eyaletine bağlı Los Angeles şehrinin 65 km doğusunda nüfuslu Rancho Cucamonga şehrinde yer alan, kentsel atıksu arıtma tesisi çamuru kompostlaştırma tesisidir. Bölgede süt hayvancılığı yaygın olduğundan, büyükbaş hayvan gübresi tarımda kullanılmaktaydı. Bu durumun yeraltı suyu havzasını olumsuz yönde etkilemesi ve bölgedeki doğal kaynak yönetimi ile suyla alakalı diğer problemler, Inland Empire Kamu Ajansı nı (IEUA) tarımda gübre olarak kompost kullanmaya sevk etmiştir. Kapalı kompost tesisi işletilmeye başlanmadan önce, IEUA ton/yıl kapasiteli açık yığın kompost tesisi işletmekteydi. Bölgedeki hızlı kentsel gelişim dolayısıyla çevre mevzuatının öngördüğü kalite kriterlerinin sağlanamamayışı (bilhassa koku sorunu) tesisin 2006 da kapatılmasına sebep olmuştur Bölgesel kompost tesisi projesi 2002 yılında, IEUA ve Los Angeles Bölgesi Çevre Dairesi (LACSD) bölgesel Birleşik Enerji Kurumunu (JPA) kurmuşlardır. IEUA ve LACSD kompostlaştırma yöntemini ayrı ayrı çalışmış, sonuç olarak Kompostlaştırmanın en ekonomik ve çevre dostu biyokatı geri dönüşüm metodu olduğuna karar vermişlerdir. IEUA ve LACSD ortaklığı Inland Empire Bölgesel Kompost Kurumu (IERCA) adını almıştır. Projeyi geliştirmek için JPA dan bütçe sağlanmasına rağmen, ürünün pazarda rekabet edebilmesi adına, araziye doğrudan uygulanacak kompost için 1 ton biyokatı maliyeti 40$, 1 ton ıslak biyokatı içinse 50$ veya daha az olması beklenmekteydi. Peletlenmiş ürün içinse 70$ dan daha düşük bir maliyet gerekmekteydi. IERCF de yıllık üretim maliyeti 1 ton ıslak biyokatı için yaklaşık 40$ dır. Tesis, başlangıçta İkea mağazasına ait olan yaklaşık m 2 lik bir kapalı alanlı bir yapı içinde kurulmuş olup toplam 10 hektarlık alan içinde konumlanmıştır. En yakın yerleşim yeri 1,6 km uzaklıktadır. İkea mağazasının ABD deki en büyük kapalı biyokatı kompost tesisine dönüştürülmesine 2003 yılında başlanmış ve 2007 Nisan ayında proje tamamlanmıştır. Bina

167 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 153 proses ünitelerinin ve havalandırma ekipmanlarının yerleştirilmesi için İkea binasında değişikler yapılmıştır. Binanın tadilatı için 70 milyon $ harcanmış ve toplam proje maliyeti 85 milyon $ a ulaşmıştır Tesisin teknik özellikleri IERCF, biyokatıları IEUA ve LACSD bölgelerindeki atıksu arıtma tesislerinden almaktadır. Proseste kullanılan bahçe atıkları, odun parçaları ve yeşil atıklar ise bölgedeki binicilik tesislerinden, bahçıvanlardan ve orman ürünleri işletmelerinden sağlanmaktadır. Bölgesel maddesel geri dönüşüm tesislerinden de bir kısım ürünler gelmektedir. Atık üreticileri tarafından kompost tesisine getirilen söz konusu yan ürünler 2$/ton ücret ile kabul edilmektedir. Aktif kompostlaştırma süresi yaklaşık 21 gündür. Bir kompost yığını 3,6 m yüksekliğinde, 53,3 m uzunluğunda ve 6,1 m genişliğinde olup önden yüklemelidir. Yığınlar havalandırma sisteminin üzerine konumlandırılmıştır ve kompost yığını altındaki döşemede yer alan beton kanallar içindeki delikli borular vasıtası ile 1 m 3 malzemeye maksimum 0,07 m 3 /dk hava sağlamaktadır (Şekil 9.8). Kompostlaştırma işleminden sonra, ürün olgunlaşma alanına alınmakta ve olgunlaştırma yaklaşık 30 gün sürmektedir. Olgunlaştırma yığınları kompostlaştırma yığınlarıyla aynı büyüklükte boyutlandırılmış olup uygun sıcaklığın sağlanması için ayrıca havalandırılmaktadır. Olgunlaştırma yığınlarının havalandırma sistemi de kompostlaştırma yığınlarınınki ile aynıdır. Olgunlaştırmadan sonra malzeme özel havalandırma sistemi ve toz tutucu filtreden oluşan eleme alanına gönderilmektedir. Burada malzemede bulunan toz uzaklaştırılır ve filtrelerde yakalanır. Elek üstü kısım proses başına gönderilir ve hacim arttırıcı olarak kullanılır. Elemede 2 adet döner elek kullanılmaktadır. Kapalı kompost tesisindeki bütün aktiviteler negatif basınç altında yürütülmektedir. IERCF tesisi hava kirliliğiyle alakalı 2 ayrı ruhsata sahiptir. Ruhsatlardan ilki tesisin bütünüyle alakalı olup tesis kapasitesini ıslak kütle esası ile ton/ay ile sınırlar. Diğeri ise Uçucu Organik Bileşik ve amonyak kontrol veriminin minimum %80 olmasını öngörür. Tesis binası içindeki hava saatte en az 6 defa değiştirilmekte ve tesise bitişik 1,2 hektarlık alanda kurulu biyofiltrelerde arıtılmaktadır. Biyofiltre tesisi, m 3 /dakika hava debili ve paralel olarak işletilen 12 hücre olarak tasarlanmıştır. Yığınlardaki nem oranını yaklaşık %55 te tutmak için tesiste geri kazanılan su kullanılır. Atık hava, meyve ve fındık ağacı yongalarıyla teşkil edilen biyofiltreden bir dakikalık temas süresinde geçirilir. IERCF binasının çatısı 6000 adet güneş panel ile kaplanmıştır ve 1 MW kadar enerji üretim kapasitesine sahiptir. Bu miktar da tesisin enerji ihtiyacının %50 sini karşılamaktadır. 153

168 154 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ Şekil 9.8. IERCF akım şeması Kompost tesisinde yıllık ton biyokatı ve ton hacim arttırıcı kompostlaştırılmaktadır. Toplam giren kütlenin % 55 i kayıp, % 45 i ürün niteliğindedir. Ürün döner elekte elendikten sonra, elek üstü tesis başına geri devredilir ve hacim arttırıcı olarak kullanılır. Ürünün %95 i ise komposttur. Tesiste yıllık ton SoilPro kompost üretilmektedir (Şekil 9.9). Şekil 9.9. Tesis kütle dengesi Markalama ve pazarlama Ürünü markalama ve pazarlama IERCF nin özel önem verdiği en kritik hususlardır. Müşteri ilişkileri, ürün ve pazarlama politikası, tesis üretime başlamadan 2 sene önce, kullanıcılara pilot tesislerde üretilen kompost ve ürün bilgisi dağıtılarak uygulanmaya başlanmıştır. Ürünün marka adı olarak SoilPro Products kullanılmaktadır. Ürün odun esaslı, besi maddesi yönünden zengin; bahçe atığı, biyokatı ve at ahırı yatak malzemesinden geri dönüştürülmüş; su tasarrufu sağlayan, toprak, ekin ve tarıma doğrudan fayda sağlayan kompost olarak tanımlanmaktadır. Perakende satış yapan bazı firmalar SoilPro Compost ürününü alıp paketleyip büyük mağazalarda satmaktadır. Bölgedeki diğer kullanıcılar ise materyali çim ve diğer bitkilerde kamu alanları ve özel alanlarda kullanmaktadırlar. SoilPro satış personelleri, potansiyel müşteriler ile fuarlarda ve çalıştaylarda iletişim kurmakta ve ayrıca kompost tesisine bahçe atığı gönderen kasabaları, tesiste üretilen kompostu satın almaya ve kullanmaya teşvik etmektedirler.

169 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI Termal Bertaraf Yakma Yakma, çamur içindeki yanıcı maddelerin ekzotermik olarak hızlıca oksidasyonu şeklinde tanımlanan tam yanma işlemidir. Susuzlaştırılmış çamur, oksijenin bulunduğu bir ortamda C aralığındaki sıcaklıklarda tutuşabilir. Organik katıların tamamen yanması için C sıcaklığa ihtiyaç vardır. Çamur yakıldığında organik katılar, öncelikle karbondioksit, su buharı ve kül olmak üzere, yükseltgenmiş son ürünlere dönüştürülür. Baca gazında partikül madde ve diğer gazlar da bulunur. Atmosfere bırakılmadan önce, hangi kirleticileri içerdiğine bağlı olarak, baca gazına nasıl bir arıtma uygulanacağı belirlenmelidir. Yakma prosesinin diğer çamur stabilizasyon yöntemlerine göre üstün ve zayıf yönleri Tablo 9.2 de listelenmiştir. Yakma işlemi, çamurun kullanımı mümkün veya ekonomik değilse, depolama alanı yetersiz veya hiç bulunmuyorsa ve hijyenik şartlar sebebiyle gerekliyse tercih edilir. Çamur yakma işleminde ele alınan en temel parametrelerden biri çamurun nem oranıdır. %30-50 katı madde (%50-70 nem) içeriğine sahip çamur keki kendiliğinden, yani ilave yakıta gerek kalmadan yakılabilir. %20-30 katı madde (%70-80 nem) içeriğine sahip bir çamuru yakmak için ilave yakıta ihtiyaç duyulur. Bu yüzden, yakma işleminden önce, çamurun nem içeriği mekanik susuzlaştırma veya termal kurutma ile azaltılmalıdır. Çamur yakma işleminde diğer önemli bir parametre çamurun ısıl değeridir. Bu değer çamurun birim kütlesi başına açığa çıkan ısı miktarını vermektedir. Çamurdan açığa çıkan ısının miktarı, çamurun çeşidi ve içerdiği yanıcı maddelere bağlıdır. Çamurda (ve mevcut yardımcı yakıtların çoğunda) bulunan birincil yanıcı elementler karbon, hidrojen ve kükürttür. Yandığında karbondioksite dönüşen karbon 34 MJ/kg ısıl değere sahiptir. Hidrojenin ısıl değeri 144 MJ/kg, kükürdünki 10 MJ/kg dır. Dolayısıyla karbon, hidrojen ya da kükürt içeriğindeki herhangi bir değişim çamurun ısıl değerini yükseltecek veya azaltacaktır. Tablo 9.3 te farklı çamur çeşitlerinin, gres ile cürufun ve elek atıklarının ısıl değerleri verilmiştir. Tablo 9.2. Yakma işleminin üstün ve zayıf yönleri Üstünlükler Islak çamur kekinin hacmini ve ağırlığını yaklaşık %95 oranında düşürür, böylece bertaraf gereksinimi azaltılır. Patojenler tamamen yok edilir. Toksinleri yok eder veya azaltır. Atık ürünlerin yakılmasıyla enerji kazanımı mümkündür, bu da toplam enerji maliyetini düşürür. Zayıflıklar Yüksek yatırım ve işletme maliyeti Biyokatıların kullanım potansiyelini azaltır. Oldukça yetenekli ve deneyimli işletme ve bakım elemanlarına ihtiyaç duyulur. Eğer kül/cüruf taki maksimum kirlilik (metal) konsantrasyonları aşılırsa, özel bertaraf yöntemi gerektiren tehlikeli atık olarak sınıflandırılabilir. Atmosfere salınan kirleticilerin (partikül maddeler, diğer toksik veya zararlı emisyonlar), çevreye zarar vermemesi için kapsamlı bir arıtmaya tabi tutulması gerekir.

170 156 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ Tablo 9.3. Arıtma çamuru ve diğer atıkların ısıl değerleri Çamur/kalıntı çeşidi Kuru katılar MJ/kg Birincil çamur Aktif çamur Çürütülmüş çamur Gres ve köpük 39 Elek atığı Yakma Yöntemleri Çamur yakma işlemi şu aşamalardan oluşur: ısıtma, kurutma, uçucu maddelerin destilasyonu, yanıcı organik maddelerin yakılması ve karbon kalıntılarını yakmak için kalsinasyon. Çamuru 100 C ye kadar ısıtma ve daha sonra 200 C de kurutma yakma işlemi için genellikle gereklidir ve ısının büyük kısmı bu aşamalarda tüketilir. Bu parametreler seçilecek ana ve yardımcı ekipmanların boyutlarını, dolayısıyla maliyeti etkilemektedir. Kurutma alanında gerçekleşen buharlaşma sırasında, çamurdaki su ile birlikte uçucu maddeler de gaz haline geçer. Bu durum bazen rahatsız edici kokuların oluşmasına sebep olur. Çamurun yanması, yakma odasının akkor haline gelmiş duvarlarından, alevden ışınım ve baca gazlarından konveksiyon yoluyla aktarılan ısı ile C de gerçekleşir. Yanma sonucu oluşan kül ve cürufun kalsinasyonu bu atıklar alandan uzaklaştırılabilecek sıcaklığa kadar soğutulduğunda tamamlanmış olur. Yakma fırınının tasarım sıcaklığı külün erime noktasını (1050 C) aşmamalı ve etkili koku giderimi için 700 C nin altında da olmamalıdır. Çamur yakma sistemleri, çamurdaki organik maddelerin tam olarak yakılmasına ve baca gazı ısısının kullanılmasına elverişli olmalıdır. Susuzlaştırılmış çamurun yakılmasında kullanılacak fırın, çamurun nem içeriği dikkate alınarak ve karbonize kalıntı topaklaşma yapmayacak şekilde seçilir. İlk özellik, çamurun ön kurutmaya tabi tutulmadan, doğrudan alev içinde veya siklon fırında, ikinci özellik ise ızgaralar üzerinde yakılması ihtimalini ortadan kaldırır. Bu özelliklerden dolayı, günümüzde en sık kullanılan fırınlar (yakıcılar) çok hücreli, akışkan yataklı ve döner tamburlu fırınlardır. Bu fırınlar hakkında detaylı bilgiler aşağıda verilmiştir Çok Hücreli Yakma Fırını Çok hücreli yakma fırını (yakıcı) sisteminin akış şemasışekil 9.10 da gösterilmiştir (Turovskiy ve Mathai, 2006). Fırın, iç kısmı refrakter tuğla veya ısıya dayanıklı beton ile kaplanmış 6-8 m çapında dikey çelik bir silindirden oluşur. Fırın dikey olarak 7-9 refrakter göze bölünmüştür. Fırının merkezinden, üzerine tarak (sıyırma) mekanizmasının ısıya dayanıklı dökme demirden yapılmış yatay çerçeveleri tutturulmuş dikey bir döner mil geçmektedir. Her bir gözde, gözün dış kenarında ve onun bitişiğindeki gözün merkez kısmında olacak şekilde malzeme transfer (geçiş) açıklıkları bulunmaktadır. Çamur konveyörlerle besleme silosuna taşınır ve daha sonra fırının en üst gözüne gönderilir. Çamur taraklar ile (sıyırıcılar) hareket ettirilerek transfer açıklıklarına sürüklenir ve alttaki gözlere doğru bu şekilde ilerler. Bu işlem çamur kütlesinin, sıcak yakma gazlarına zıt yönlü olacak şekilde, sürekli hareketini sağlamaktadır. Topaklaşan çamuru dağıtmaya yarayan tarak mekanizması kurutma ve yanma işlemini daha verimli hale getirir. Dikey milin ve tarak kafeslerinin içleri oyuktur ve bir fan vasıtasıyla içeri verilen hava ile soğutulurlar. Bu havanın bir kısmı özel bir hava borusu ile kül soğutma alanına girer ve buradan çamur yakma alanına geçer. Çok hücreli yakma fırını %50 fazla hava ile çalışır. Verilen havanın miktarı, baca gazındaki oksijen değerinin ölçülüp takip edilmesiyle otomatik olarak kontrol edilir. Fırını ateşlemek ve kararlı halde işletebilmek için üç veya dört adet brülör ve basınçlı hava fanı kullanılır.

171 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 157 Fırının üst bölmeleri nemli çamurun kurutulduğu alan olup, nemin büyük kısmı burada buharlaşmaktadır. Orta bölmelerde çamur içinde bulunan organik maddeler C de yakılır. Alt bölmelerde ise, kül/cüruf silolara boşaltılmadan önce soğutulur. Cüruf, depo sahasına gönderilmek üzere kuru halde silolardan pnömatik konveyörlerle kamyonlara veya yaş halde bacada tutulan uçucu kül ile birlikte çamur yataklarına/havuzlarına aktarılır. Şekil Çoklu hücreli yakma sisteminin akış şeması Nemli çamur ile yanıcı fırın gazlarının kurutma alanındaki birbirine ters yönlü hareketi gazların C sıcaklığa düşmesine sebep olur. Gazlar toz yıkayıcıya gönderilir ve bir fan yardımıyla atmosfere bırakılır. Kurutmanın erken aşamalarında uçucu maddeler neredeyse yok gibidir. Uçucu maddeler, çamur kütlesinin tam olarak yandığı yakma alanının yakınında açığa çıkar. Avrupa ve Rusya daki yakma tesislerinde edinilen tecrübeye göre, fırın normal çalıştığında baca gazları rahatsız edici bir koku içermemektedir. Gerekirse, kurutma alanından çıkan nemli gazlar için, ayrıca veya fırın içinde, özel bir son yakıcı kullanılarak koku giderimi sağlanabilir. Çok hücreli yakma fırınlarının önemli bir üstünlüğü, birincil ve ikincil arıtma çamurlarını, ince/kaba ızgara atıklarını, çökeltim tankları ve yağ tutucularından gelen yağ ve köpüğü, kum tutucularda tutulan atıkları ve endüstriyel atıkların da yakabiliyor olmasıdır. Çok hücreli yakma fırınları kolay işletilen, kabul edilen çamur miktarı ve kalitesi değişse bile güvenilir ve kararlı olarak çalışan sistemler olarak nitelendirilir. Fırınlar açık havaya kurulabilir. Çok hücreli yakma fırınlarının mahzurları ise, yüksek ilk yatırım maliyetleri, geniş alan gereksinimi, yüksek sıcaklıklı bölümlerde döner mekanizma bulunması ve tarak mekanizmasının sıklıkla arıza yapmasıdır Akışkan Yataklı Yakma Fırını Akışkan yataklı fırınlar (yakıcılar) çeşitli endüstrilerde kurutma ve yakma amacıyla kullanılırlar. Fırın, içi refrakter tuğlalarla veya ısıya dayanıklı betonla kaplanmış dikey çelik 157

172 158 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ bir silindir olup, silindirik bir yanma odası, sızdırmaz hava dağıtım ızgaraları bulunan koni şeklindeki alt kısım ve kubbe şeklindeki tepe kısımdan oluşur. Hava dağıtım ızgaralarının üzerine, 0,8-1 m yüksekliğinde 0,6-2,5 mm dane boyutuna sahip ısıya dayanıklı kuvars kum (yatak malzemesi) yerleştirilir. Hava, dağıtım ızgaralarının içinden geçerek kum taneciklerinin gaz akışı içinde kaynıyormuş gibi görünmesini sağlayacak hızda sisteme verildiğinde fırın içinde akışkan yatak oluşur. Hava bir fan vasıtasıyla ısı geri kazanımı ünitesine gönderilir ve burada fırından çıkan sıcak baca gazları ile C ye ısıtılır. Isıtılmış hava, dağıtım ızgaralarının altından kpa basınçla yanma odasına verilir. Fırının tasarımı, çamur yakma prosesinin madde ve ısı denkliklerinin belirlenmesi, fırın elemanlarının geometrik boyutlarının tespiti, yardımcı yakıtın, havanın ve baca gazlarının miktarlarının saptanmasını gerektirir. Fırının boyutları yakılan çamurun hacmine ve dağıtım ızgarasından geçen havanın hızına göre belirlenir. Bu hız fırın işletiminin hidrodinamik rejimine, kum yatağının büyüklüğüne ve çamurun özelliklerine (nem, yanıcı olmayan katılar ve kül boyut dağılımı) bağlıdır. Çamur içindeki organik maddelerin tam oksidasyonu için gerekli hava miktarı çamurun elementel bileşimine göre hesaplanır. Şekil 9.11 de akışkan yataklı fırına sahip bir yakma sisteminin akış şeması görülmektedir (Turovskiy ve Mathai, 2006). %60-75 oranında nem içeren susuzlaştırılmış çamur, konveyörler vasıtasıyla besleme silosuna aktarılır ve üst kısımdan fırına beslenir. Çamur, sıcaklığı C olan yakma odasından geçerken, akışkan yatak içinde akkor halindeki kuvars kumu ile iyice karışarak kurur ve dağılır. Böylece, çamurdaki topakların parçalanması, nemin hızlıca buharlaşması, uçucu organik maddelerin ayrılması, karbonize kalıntıların yanması ve mineral bileşenlerin kalsinasyonu sağlanır. Yoğun kütle ve ısı aktarımından dolayı, tüm bu işlemler 1-2 dakika içinde gerçekleşir. Çamurun yanıcı kısmındaki uçucu maddeler akışkan yatağın üstünde tamamen yanar ve bunun sonucunda gaz sıcaklığı yükselir. Şekil Akışkan yataklı yakma sisteminin akış şeması Miktarı yapılan tasarım ile belirlenen ve dağıtım ızgaralarının üzerine yerleştirilen kumun ilk dolumu ve sonraki bakımları besleme kapağından yapılır. Kum, gerekirse yenilenmek üzere,

173 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 159 özel sürgülü bir kapaktan alt ızgaraya boşaltılabilir. İnce kül ve tozlar fırından, ısı geri kazanımına (ön hava ısıtıcısı) gönderilen baca ile atılır. Baca gazı, ısı geri kazanımı ünitesine beslenmeden önce, sıcaklığının 900 C ye düşürülmesi için, miktarı otomatik bir sistem ile belirlenen basınçlı soğuk hava ile karıştırılır. Basınç altında içeri alınan hava, ısı geri kazanım tüplerinin arasındaki boşluklara girer ve çapraz-ters akışlı bir şekilde yönlendirilir. Bu şekilde bir akış sağlamak için, ısı değiştirici tüpleri arasındaki boşluklar yatay bölmelerle ayrılmıştır. Baca gazları ısı değiştiricide soğutulduktan sonra ıslak gaz yıkayıcıda kül ve tozlardan arındırılır ve atmosfere bırakılır. Cüruf, çok hücreli yakma fırınlarındakine benzer şekilde toplanır ve bertaraf edilir. Isıtılmış hava, akışkan yataklı fırının dağıtım ızgaralarından tasarımda belirlenen hızla geçerek yatağı akışkan hale getirir ve yanma için gerekli sıcaklığı sağlar. Çamurun kalorifik değeri yanma işlemi için yeterli değilse, fırına yan brülörlerden ilave yakıt enjekte edilir. Omnium de Treatment et de Valorisation (OTV, Fransa) tarafından geliştirilmiş, modifiye edilmiş bir akışkan yataklı fırın teknolojisi olan Pyrofluid, Rusya nın St. Petersburg şehrinde, 1999 dan bu yana susuzlaştırılmış birincil çamur ile aktif çamur karışımını yakmak için kullanılmaktadır. Yakma sistemi dört hattan oluşmaktadır ve günde 250 ton katı madde çamur işleme kapasitesine sahiptir. Her hatta, çamuru %28-30 katı madde elde edecek şekilde susuzlaştırmak için polimer şartlandırma sistemine sahip bir pres filtre, ısı geri kazanımı ve kullanımı sistemi, kül uzaklaştırma sistemi, baca gazı yıkama ve nötralizasyon sistemi bulunmaktadır. Fırın, altta kuvars kumu bulunan akışkan yatak ve üstte reaktör olmak üzere iki ana bölmeden oluşmaktadır. Susuzlaştırılmış çamur akışkan yatağa beslenir ve C ye ısıtılmış hava ile karıştırılır. Sıcaklığı C olan kurutulmuş çamur ve kuvars kumu sıcaklığın C ye yükseldiği üst bölmedeki reaktöre alınır. Çamur partikülleri bu reaktörde yakılır. Daha ağır olan kum ise aşağıdaki akışkan yatağa geri döner. Baca gazında bulunan küller bir elektrofiltre ile tutulur. Nötralizasyon işleminden sonra, gazlar 130 C ye kadar soğutulur ve daha sonra atmosfere bırakılır. Gazdaki oksijen miktarı %6 seviyesinde tutulur. 250 C deki kül, gazların nötralizasyonunda kullanılan su ile bir vidalı yükleyicide karıştırılarak %25-30 katı madde oranına kadar yoğunlaştırılır. Her bir yakma fırınında günde m 3 doğal gaz kullanılmaktadır. Tesisin yakma maliyetinin 2000 yılı için bir ton katı madde başına 50-60$ civarında olduğu rapor edilmiştir (Turovskiy ve Mathai, 2006) Döner Fırın Döner fırınlar (veya tambur fırınlar) çeşitli sanayi alanlarında kullanılmakta ve seri olarak üretilmektedir. Döner fırınlar çoğunlukla çimento klinkeri, claydite (keramzit/genleşmiş kil) kalsinasyonu ve arıtma çamuru - kentsel katı atık karışımını yakmak için kullanılır. Şekil 9.12 de döner fırınlı bir çamur yakma sistemi şematik olarak gösterilmiştir (Turovskiy ve Mathai, 2006). Döner fırın (tambur), 2-4 lik bir eğimle, alt taraftaki dış fırına doğru yerleştirilir. Fırın silindir şeklinde olup, refrakter tuğlalarla kaplanmış ve gaz-sıvı yakıt brülörleri ile donatılmıştır. Fırın rulmanlar üzerinde dönmektedir. Bu da tamburun tamirini ve gerekirse kaplamanın yenilenmesini kolaylaştırmaktadır. Susuzlaştırılmış çamur (kentsel katı atıklarla birlikte yakılıyorsa ikisi beraber) tamburun üst kısmından beslenir.

174 160 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ Şekil Döner ocaklı yakma sisteminin akış şeması Çamur kurutma alanı boyunca ilerlerken kurur, yakma alanında yanar ve ısı açığa çıkar. Sıcak cüruf/kül bir açıklıktan dış fırın bölmesine dökülür ve akabinde hava ile soğutma ünitesine girer. Buradan pnömatik konveyörlerle silolara taşınır ve kül depolama alanına dökülür. Kül bazen çamurun susuzlaştırılmasında şartlandırıcı olarak kullanılır. Cürufu/külü 100 C ye soğuttuktan sonra, sıcak hava yanma işleminde kullanılmak üzere fırına geri gönderilir. Küçük toz parçacıkları ve kurutma alanında açığa çıkan uçucu organik maddeler baca gazları ile dışarı taşınır. Gerekirse, organik maddeler yükleme odasının özel bir bölümünde tekrar yakılır ve koku giderimi yapılabilir. Kurutma alanında, baca gazları C sıcaklığındadır ve çamurun nem oranı %65-85 ten %30-40 a düşer. Uzunluğu genellikle 8-12 m yi geçmeyen yakma alanında, sıcaklık C ye ulaşır (Turovskiy ve Mathai, 2006). Döner fırınların üstünlükleri; düşük ısı ve baca gazı partikül emisyonları, yüksek kül ve nem içeriğine sahip çamurların işlenebilmesi, yakma sisteminin döner tambur bölümünün açık alanda (fırın ve yükleme odaları genellikle bina içinde bulunur) kurulabilmesidir. Zayıflıkları ise boyutlarının çok büyük olması, oldukça ağır olmaları, yüksek ilk yatırım maliyetleri ve işletimlerinin göreceli olarak karmaşık olmasıdır Tasarımda Dikkat Edilmesi Gereken Hususlar Yakma sisteminin tasarımında göz önünde bulundurulması gereken en önemli hususlar aşağıda açıklanmıştır. Çamur yakma tesisi üreticileri, tasarımlarını kapsamlı pilot tesis çalışmalarından elde edilen deneysel verilere dayandırırlar. Bu tür bilgiler genellikle üretici firmaya aittir. Dolayısıyla üretici firma yakma tesisinin tasarımını giriş verilerini ve istenen şartları temin ettikten sonra gerçekleştirirler (Turovskiy ve Mathai, 2006) Beslenen Çamurun Nem İçeriği Geleneksel olarak, birincil ve ikincil çamur bir arada %16-25 katı (%75-84 nem) içeriğine kadar susuzlaştırılır. Bu katı madde değerine ulaşabilmek için, bir kilogram katı başına

175 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 161 yüksek sıcaklıklarda 3-5,25 kg su buharlaştırmak gerekir. Bunun için büyük miktarda ilave yakıta ihtiyaç duyulur. Artan yakıt fiyatları yüzünden işletme maliyetlerin yükselmesi, birçok çamur yakma tesisinin kapatılmasına sebep olmuştur. Çamur susuzlaştırma işleminde yüksek verimli bant filtre, dekantör (santrifüj) veya pres filtre kullanan tesislerde yüksek katı madde oranına sahip çamur kekleri üretilir. Genel bir kural olarak, çamurun katı madde içeriği %30 dan yüksek ise, çok hücreli fırınlar yerine akışkan yataklı fırınların tercih edilmesi daha uygundur (WEF, 1998). Bunun sebebi akışkan yataklı fırınların daha az miktarda fazla hava ile çalışabilmesi ve çok hücreli fırınlarda oluşabilecek pek çok işletme zorluğunun ortadan kalkmasına imkân sağlamasıdır. Çamurun katı madde oranı %30 dan düşükse, baca gazı emisyon şartları ilave yakmaya gerek kalmadan sağlanabileceği için çok hücreli fırınlar daha uygun olabilir Isı Geri Kazanımı ve Tekrar Kullanımı Modern çamur yakma tesislerinin ekonomik olarak işletilebilmesi atık ısının geri kazanılmasına ve kullanılmasına bağlıdır. Isı geri kazanımı, proses içinde tekrar kullanım için veya ikincil kullanım için gerçekleştirilebilir. Proses içinde tekrar kullanım, çamurun yanma gazları ile ısıtıldığı veya kurutulduğu doğrudan geri kazanım işlemi ile yakma havasının yanma gazları ile ısıtıldığı dolaylı geri kazanım işlemlerini içerir. Çamurun yakılmasında, yakma havasının ısıtılması en sık kullanılan ve en ekonomik yaklaşımdır. İkincil kullanımlar ise ortam ısıtması, elektrik üretimi şeklinde veya geri kazanılan ısının endirekt bir çamur kurutucuda kullanılarak katı oranının arttırılıp, böylece ilave yakıt ihtiyacının ortadan kaldırılması şeklinde olabilir Külün Bertarafı Yakma işlemi çamurun hacmini büyük oranda azaltır, ancak yine de bertaraf edilmesi gereken önemli miktarda cüruf/kül oluşur. Bir atıksu arıtma tesisi için çamur yakma işlemi sonucunda oluşan kül miktarının, esasen çamur içindeki inert madde oranına eşit olması beklenir. Çamur ile birlikte kum tutucu, ızgara altı ve yağ atıklarının yakılması da oluşan külün niteliğini ve miktarını etkiler. Oluşan kül miktarı, atık özelliklerine ve önemli bir endüstriyel atıksu deşarjına bağlı olarak birçok tesiste dönemsel olarak değişebilir. Ancak, inert madde miktarındaki artış çoğunlukla bu maddelerin yağışlı havalarda kanalizasyona karışması veya infiltrasyonundan kaynaklanır. Kimyasal maddeler de kül miktarını ve ağır metal giderimini etkiler. Bu sebeple, arıtma sırasında kimyasal madde kullanımının kül ve metal miktarı üzerindeki etkisi bertaraf işlemlerinde dikkate alınmalıdır. Kum tutucu atıkları hariç, yakılan çamurun kül içeriği genellikle g/kg katı madde aralığında değişmektedir. Çürütülmüş çamur, daha az uçucu madde içerdiği için, yakıldığında çürütülmemiş çamura göre daha fazla kül oluşumuna sebep olur. Bu miktar yaklaşık g/kg katı maddedir. Külün özgül ağırlığı 2,4-3,0 arasında değişir. Kuru halde kg/m 3 iken yaş halde ise kg/m 3 yoğunluğu sahiptir. Yakma fırınlarındaki kül, kuru kül veya yaş kül olarak iki farklı şekilde boşaltılır. Külün kuru olarak boşaltıldığı durumda, kül fırından kovalı veya pnömatik taşıyıcı ile alınarak bir siloya aktarılır. Kovalı taşıyıcılar nispeten daha küçük tesislerde kullanılır. Yatay hareket genelde burgulu konveyörlerle sağlanır. Bu yöntem gürültü ve toz oluşumuna sebep olabilir. Ayrıca aşındırıcı yapısından dolayı kül, kaldırıcılara ve konveyörlere zarar verebilir. Çok sayıda yatay hareketin gerektiği büyük tesislerde kül genellikle pnömatik olarak taşınır. Kül silolara doldurulurken havaya karışan tozu tutmak için dolum noktasında torba filtre veya hava filtreleri bulunmalıdır. Silolar boşaltılırken oluşan tozu engellemek için kül, su ile ıslatılır. Islak kül boşaltma yönteminde, su ile karıştırılarak çamur haline getirilen kül, arıtılmak ve bertaraf edilmek üzere bir lagüne pompalanır. Bu yöntem, tesis içinde veya yakınında lagün için uygun bir alan varsa kullanılır. Bunun en temel faydası az miktarda toz oluşmasıdır.

176 162 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ Ancak, aşınma ve yıpranmayı en aza indirmek için aşınmaya dayanıklı kalın cidarlı borulara ve kauçuk astarlı pompalara ihtiyaç vardır Hava Kirliliği Kontrolü Çamurun yakılmasıyla, steril ve kokusuz bir kül, hacimde yaklaşık %90-96 azalma ve büyük miktarda yanma gazı elde edilir. Yanma gazlarının emisyonunu azaltmak için etkili kontrol teknolojileri kullanılmazsa, çamur yakma işlemi sonucunda hava kalitesi önemli ölçüde bozulabilir. Düzgün şekilde tasarlanıp işletildiğinde, yakma işlemi ile arıtma çamurundaki organik maddeler tam olarak yanacak ve başlıca karbondioksit, su ve kükürt dioksit gibi gazlar oluşur. Ancak tam yanma gerçekleşmezse, hidrokarbonlar, diğer uçucu organikler ve karbon monoksit gibi istenmeyen ara ürünler oluşur. Bu ürünler genelde kısmi yanma ürünleri olarak adlandırılır ve bazıları rahatsız edici kokulara sebep olabilir. Bu durumu engellemek için gerekli tedbirler alınmalıdır. Çamur yakma işlemi sırasında atmosfere önemli miktarda partikül salınma olasılığı yüksektir. Bu partiküller termal parçalanma sırasında açığa çıkan kirleticilerdir ve baca gazı ile sürüklenerek gelen veya yakma gazlarının yoğunlaşması ile oluşan katı parçacıklar ve sıvı damlacıklarından oluşurlar. Çamurun yakılmasıyla açığa çıkan partiküller kadmiyum, kurşun ve çinko gibi uçucu eser metallerle zenginleşmiş haldedir. Partiküllerin boyutu çoğunlukla 2 µm den küçüktür. Uçucu maddeler ise mikrometrenin altında boyuta sahiptir (WEF, 1998). Baca gazındaki partikül maddeleri kontrol etmek üzere kullanılan teknolojiler şunlardır: (1) mekanik kollektörler, (2) ıslak gaz yıkayıcılar, (3) torba filtreler ve (4) elektrostatik çöktürücüler (filtreler). Uygun baca gazı arıtma sistemi, partikül maddenin yapısına, baca gazının özelliklerine ve emisyon sınır değerlerine göre seçilir. Mekanik kollektörlerde, partiküller eylemsizlik kuvveti uygulanarak baca gazından uzaklaştırılırlar. Verimleri nispeten düşük olup genellikle ana partikül madde kontrol cihazına yardımcı ön arıtma ünitesi olarak kullanılırlar. Mekanik kollektörlerin en çok kullanılan üç çeşidi vardır: (1) çöktürme odalı kollektör ağır partiküllerin çökeltilerek uzaklaştırılması için düşük gaz hızlarında (>3m/s) çalışırlar; (2) çarpma plakalı ayırıcı gaz akımı toplama gövdelerine gönderilir, burada partiküller momentumlarını kaybeder ve gaz akımından ayrılırlar; (3) siklon ayırıcı. Siklon ayırıcıda, gaz silindirik çatının en üst noktasından teğetsel olarak içeri girer ve koni şeklindeki bir bölmede, giderek küçülen çapta bir spiralin içinde aşağı doğru hareket eder. Bu hareket, partiküllerin hava kilidinden geçerek aşağı doğru spiral şekilde taşınmasını ve gazın da vorteksin merkezinden yukarı doğru geri dönmesini ve en üst noktadan çıkmasını sağlar. Islak gaz yıkayıcılar toz ve sıvı zerrelerini atık gazdan ayırmak için kullanılır. Çamur yakma tesislerinde en çok kullanılan emisyon kontrol ekipmanı ıslak tip gaz yıkayıcılardır. Hidrojen klorür, kükürt dioksit ve amonyak gibi suda çözünen kirleticileri de uzaklaştırabilme yeteneğine sahiptirler. Dört çeşit ıslak gaz yıkayıcı vardır: (1) püskürtme kulesi - partiküller yukarı doğru hareket eden gaz akımına karşı kolonun üst kısmından püskürtülen sıvı damlacıkları tarafından tutulurlar; (2) siklon gaz yıkayıcılar merkezkaç kuvveti partiküller ile sıvı damlalarının arasındaki çarpışma momentumunu arttırır; (3) ejektör - yüksek basınçlı sıvı jeti gazı yıkar ve gazın uzaklaşması için gerekli çekişi sağlar; (4) venturi gaz yıkayıcı gaz akımı bir Venturi ya da orifisten geçerek hızlandırılır ve yıkayıcı sıvı, venturinin boğaz kısmında püskürtülerek gaz ile karıştırılır. Yüksek türbülans, partiküllerle sıvı damlacıklarının çarpışmasına neden olur ve bunun sonucunda partiküller damlacıklar tarafından tutulur. Atık gaz, torba (bez) filtrelerden geçirilerek içindeki partiküllerin tutulup uzaklaştırılması sağlanır. Tozlar biriktikçe, filtrenin her iki taraf arasındaki basınç farkı artar ve filtre mekanik sallama, jet vuruşu veya ters hava akımı ile temizlenir. Torba filtreler oldukça verimlidir (>%99); ancak sadece atık gaz C ye düşürüldüğünde kullanılabilir.

177 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 163 İki çeşit elektrostatik çöktürücü vardır: kuru ve ıslak elektrostatik çöktürücüler. Kuru elektrostatik çöktürücülerde, büyük bir odadan geçirilen baca gazının içindeki partiküller negatif yükle yüklenir. Daha sonra negatif yüklenmiş bu partiküller oda içindeki pozitif yüklü toplama levhalarına doğru çekilirler. Toplanan partiküller, düzenli aralıklarla titreme veya durulama yoluyla levhalardan uzaklaştırılır. Islak elektrostatik çöktürücüler kuru elektrostatik çöktürücülere benzer, farklı olarak uçucu maddelerin ya da partiküllerin levhalarda birikmesini önlemek için bir yıkama mekanizması bulunur. Elektrostatik çöktürücüler, ihmal edilebilir bir basınç düşüşü ile %99 un üzerinde verim ile çalışırlar Arıtma Çamurlarının Kentsel Katı Atıklarla Birlikte Yakılması Arıtma çamurlarının kentsel katı atıklar ile karıştırılarak yakılmasına birlikte yakma işlemi denir. Bu işlemin temel amacı çamurun ve katı atıkların toplam yakma maliyetini düşürmektir. Birlikte yakma yaygın olarak kullanılan bir uygulama değildir. Birlikte yakmanın faydaları; suyun susuzlaştırılması için gerekli ısının üretilebilmesi, katı atıkların, çamurun tamamen yanmasını desteklemesi ve istenirse atık ısının ilave yakıta gerek kalmadan buhar üretimi için kullanılabilmesidir. İyi tasarlanmış sistemlerde, yanma sonucu elde edilen sıcak gazlar çamurun nem içeriğini %10-15 e düşürecek kadar ısı enerjisi sağlayabilir. %70-80 nem içeriğine sahip çamur kekinin, hareketli besleme ızgaraları ile doğrudan katı atıkların üzerine beslenmesinin verimsiz olduğu tespit edilmiştir. Isı geri kazanımı yapılmayan bir yakma sisteminde, normal işletme koşullarında 1 kg (katı madde) arıtma çamuru ile 4,6 kg katı atık beraber yakılabilir. Isı geri kazanımı yapılan bir boiler kullanıldığında, bu oran 1 kg (katı madde) arıtma çamuru (endüstriyel atıksu arıtma çamuru) başına 7 kg katı atık olur. Kentsel katı atık bertarafından elde edilen tecrübeye dayanarak, belirgin faydalarına rağmen kentsel katı atıklar ve arıtma çamurlarının birlikte yakılması işleminin yaygınlaşmayacağı öngörülmektedir Gazlaştırma Teorik olarak %5-30 nem içeriğine sahip organik atıklar yakılabilir. Ancak tüm yakma işlemlerinde başarılı bir gazlaştırma elde edilemez (Costello, 1999). Yüzey, boyut, şekil gibi bilinen yakıt özelliklerinin yanı sıra nem içeriği, uçucu madde ve karbon içeriği de gazlaştırmayı etkiler. Gazlaştırma işlemlerinde maliyetsiz veya çamur gibi maliyeti çok düşük maddelerin kullanımı pratik olabilmektedir. Gazlaştırma sonucunda üretilen gazın enerji içeriği, besleme yakıtı ve reaktör tipi gibi birçok faktöre bağlıdır. Bu sebeple, elektrik üretiminde kullanılabilecek kalitede gaz elde edebilmek için arıtma çamurlarının gazlaştırma üzerindeki etkilerini belirlemeye yönelik teknolojik araştırmalar önemlidir. Atıksu arıtma çamurlarının kullanılabilir bir enerjiye çevrilmesi ve çevresel problemlerin azaltılması için gazlaştırma teknolojisi uygulanabilir (Aznar vd., 1998; Mathieu ve Dubuisson, 2002). Ancak buna yönelik sınırlı sayıda çalışma yapılmıştır. Yüksek ekonomik değeri, dağıtım kolaylığı ile yerel ve ulusal pazar imkanlarından dolayı elektrik enerjisi değerli bir üründür. Ayrıca, başta Avrupa olmak üzere elektrik pazarı, yenilenebilir enerji kaynaklarından üretilmiş enerjiye 0,1 /kwh düzeyinde teşvikler verilmektedir. Gerekli performans garantisini sağlamak için motor ve türbin teknolojilerinin de geliştirilmeleri gerekmektedir. Biyo yakıtların içerdikleri enerjiyi elektriğe çeviren gaz türbinlerini tercih edilir kılan ana unsur daha yüksek çevrim verimlilikleridir. Gaz motorları ve gaz türbinleri arasındaki seçimde, gerekli kurulu güç belirleyicidir (büyük tesislere türbinler daha uygunken, küçük kapasiteli tesislerde ise gaz motorları kullanılır). Gazlaştırma, atıksu arıtma çamurunun karbonlu madde içeriğini, oksijenin kısıtlı olduğu bir ortamda yanabilir gaza ve küle dönüştüren bir termal prosestir. Atıksu çamurunun gazlaştırılarak temiz, yanabilir ve yüksek verimlilikte bir gaz üretilmesi tercih edilmesi

178 164 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ önerilen bir teknolojik yaklaşımdır. Yakma ile karşılaştırıldığında; gazlaştırma, ek yakıt ihtiyacı, SOx emisyonları, azot oksitler, ağır metaller, uçucu kül ile klorlu benzen ve furanların oluşum potansiyellerini azaltan net bir kimyasal indirgeme teknolojisi konumundadır (Marrero vd., 2003). Literatürde de belirtildiği gibi (Marrero vd., 2003), gazlaştırma ardışık kompleks kimyasal ve termal alt prosesler serisidir. Aslında tüm proses enerjik olarak kendi kendine devam eden ve genellikle de enerji girdisine ihtiyaç göstermeyen kararlı durumdadır. Gazlaştırma işlemi süresince, atıksu çamurlarının kurutulması veya su içeriğinin uzaklaştırılmasıyla başlayan kompleks fiziksel ve kimyasal değişimler söz konusudur. Kurutulan atıksu çamurları daha sonra piroliz sırasında veya termal olarak parçalanırlar. Son aşamada piroliz ürünleri olan yoğunlaşabilir ve yoğunlaşamaz buharlar ile kömürleşmiş bakiye (char), eş zamanlı olarak oksitlendikleri ve kararlı gazlara indirgendikleri reaktör bölmesinde gazlaştırmaya uğrarlar. Kurutma bölgesinde, atıksu çamurunun nem içeriği alt bölmelerde üretilmiş olan ısı ile buharlaştırılır. Kurutmanın derecesi yakıtın yüzey alanı, dolaşım hızı, gazların bağıl nemi ve beslenen atık ile sıcak gazlar arasındaki sıcaklık farklarının yanı sıra yakıt içerisindeki nemin içsel yayılma gücüne bağlıdır. Tipik olarak, %15 ten az neme sahip çamurlar su içeriklerinin tümünü burada kaybederler (Dogru vd., 2002). Gazlaştırma işleminde üretilen gazlar Gerçek gazlaştırma prosesi, sisteme beslenen nemli çamurun önceki gazlaştırma proses ürünü char kalıntıları ile karıştırılmasının birkaç kez tekrarlandığı bir seri işlemden oluşur. Bu neredeyse çamurdaki organik karbonun tamamının yanabilir gaz ve mineral kalıntılara dönüşmesiyle sonuçlanır (Marrero vd., 2003; McAuley vd., 2001). Dogru vd. (2002) tarafından gerçekleştirilen pilot tesis çalışmasında, 5 kw güçte aşağı akışlı gazlaştırıcı kullanılarak ızgarada üretilen klinkere gazlaştırıcının etkisinin sınırlı olduğu ve her durumda iyi ve en uygun ızgara tasarımının kolayca yapılabileceği sonucuna varılmıştır. Tablo 9.4 te gazlaştırma prosesi sürecinde üretilen gazların tipik konsantrasyonları verilmiştir. Atıksu arıtma tesisi çamurundan elde edilen gazların ortalama enerji içeriği 4 MJ/m 3 olarak hesaplanmıştır. Bu enerji içeriği iç kullanım için oldukça yeterlidir. Hamiltom (2000) a göre, gazlaştırma sürecinde üretilen yanabilir gazlar çamur kurutma için gerekli ısının üretilmesinde kullanılabilir. Dogru vd. (2002) küçük ölçekli gazlaştırıcıların atıksu çamurunun bol miktarda üretildiği kırsal alanların ekonomisine önemli katkı sağlayabileceği sonucuna varmışlardır. Tablo 9.4. Gazlaştırmadan elde edilen tipik gaz kompozisyonu (hacim, %) Gaz Bileşenleri Hacim, % Karbon monoksit, CO 6,28-10,77 Hidrojen, H 2 8,89-11,17 Metan, CH 4 1,26-2,09 C 2H 6 0,15-0,27 C 2H 2 0,62-0,95 Ağır metallerin gazlaştırma işlemindeki akıbeti Atıksu çamurunun besleme akımında (ham atıksuda) bulunan ağır metaller son çökeltim çamurunda birikim gösterir. Dolayısıyla, ağır metallerin hareketliliğini ve en sonunda nerede olduklarını belirlemek önemlidir. Potansiyel olarak gazlaştırma prosesinde şu fazlarda ağır metallere rastlanabilir: (a) gazlaştırıcıdaki kömürleşmiş bakiye (char) de; (b) yoğuşma sıvısında; (c) char filtresinde. Ek olarak gazla beraber herhangi bir metalin sistemden atılıp atılmadığının tespiti de önemlidir. Marrero ve diğerlerinin (2003) yürüttükleri çalışmada, radyoaktif kadmiyum (Cd), sezyum (Cs), kobalt (Co), arsenik (As), civa (Hg), çinko ( Zn), bakır (Cu) gibi ağır metallerin davranışları ve olası yayılımları tespit edilmiştir. Ağır metalerin akıbetiyle ilgili, Reed vd. (2001) tarafından yürütülen diğer bir çalışmada, normal

179 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 165 şartlarda partikül emisyonlarının önemli oranda azaltılabileceği ortaya konmuştur. Bu durumda ağır metaller için en önemli taşıyıcı ince toz partikülleridir. Marrero vd. (2003) tarafından yapılan çalışmada aşağıdaki sonuçlar elde edilmiştir. Kadmiyum (Cd), sezyum (Cs), kobalt (Co), ve çinko (Zn) charda tutulur. Birçoğu kondensat ve char filtresinde tutulan bakırın (Cu), çok az bir yüzdesi taşınır. Arsenik çok az ama önemli miktarda taşınır. Char filtresinde tutulan civa en hareketli metaldir. Önemli miktarda aerosolun ortaya çıkması, bazı uçucu elementlerin buhar fazına geçerek problemlere yol açması proses süresince üzerinde durulması gereken hususlardır. Arsenik, bu tür elementlere örnek olarak verilebilir Piroliz Piroliz, o C arasında değişen sıcaklıkta oksijensiz ortamda organik maddelerin ayrıştırılması işlemidir. Diğer bir deyişle piroliz, arıtma çamurları gibi yarı katı organik maddelerin inert bir ortamda ısıtılması ve sonuç olarak organik maddenin açığa çıkarılıp geri dönüştürülmesini içerir. Ağır metaller karbonlu kalıntının içerisinde yoğunlaştığı için, piroliz sonucu oluşan sıvı faz, yakma işlemi sonucu oluşan küle nazaran daha az kirlilik yüküne sahiptir. Bu sebeple, piroliz klasik termal (yakma) işlemlere göre daha çevreci olarak tanımlanır (Menendez vd., 2002). Bu proseste gerçekleşen işlemler ısıl parçalanma ve yoğunlaşmadır. Ekzotermik yakma işlemleri ile kıyaslandığında piroliz oldukça endotermik bir işlemdir (100 kj/kg mertebesinde) (Khiari vd., 2004; Fytili ve Zabaniotou, 2008). Piroliz süreci aşağıdaki genel denklemle tanımlanabilir. Organik atıklar + enerji (oksijensiz ortam) CH4+ CO + H2+ + enerji Çamurun oksijensiz koşullar veya vakum altında ısıl olarak parçalanması sonucu açığa çıkan fazlar aşağıda listelenmiştir (Casanova vd., 1997). Gaz fazı; yoğunlaşmayan yapıdaki bu gaz, çoğunlukla hidrojen, metan, karbon monoksit, karbon dioksit ve daha düşük konsantrasyonlarda çeşitli diğer gazları içerir. Sıvı faz; asetik asit, aseton ve metanol gibi maddeleri içeren katran ve/veya yağlardan oluşur. Katı faz, çoğu zaman saf karbon ile düşük miktarlarda inert madde içeren char (kömürleşmiş bakiye) adı verilen malzemeden oluşur. Bu üç fazın miktarı sıcaklığa, reaktördeki hidrolik bekletme süresine, basınca, karıştırma hızı ve çıkış özelliklerine (ph, %UKM) bağlıdır. Piroliz sonucu oluşan gaz faz yakıt olarak, sıvı faz ise kimya endüstrisinde ham madde olarak kullanılabilir. Khiari vd. (2004) e göre piroliz işlemi 3 aşamadan oluşur: Uçucu maddelerin buharlaşması Kömürleşmiş bakiye (KB) oluşumuna sebep olan uçucu olmayan bileşiklerin birincil ayrışması. KB ye ek olarak, katran ve gazların açığa çıkması Üretilen KB ikincil pirolize maruz kalabilir. Bu aşamada, hidrokarbon ve aromatik bileşikler nihai uçucu fazda bulunabilirler. Ham çamur mikrodalga ile işlem gördüğünde bunun çamura tek etkisi kurutmadır. Ancak, ham çamur piroliz ürünü olan KB gibi mikrodalga alıcısı ile karıştırılır ve 900 C civarında yüksek sıcaklıklar uygulanırsa, kurutmanın ötesinde piroliz de meydana gelir (Menendez vd., 2002). Çamurun, düşük sıcaklıklarda, akışkan yataklı rektörlerdeki pirolizinden elde edilen deneysel çalışma sonuçları, piroliz sonucu açığa çıkan ürünlerin dağılımı hakkında ilginç bulgular ortaya koymaktadır (Shen ve Zhang, 2002). 300 ile 600 C aralığındaki sıcaklıklar ve 1,5 ile 3,5 saniye arası gaz bekletme süreleri ile üç farklı ürün oluşur. Bunlar yoğunlaşmayan gaz, 165

180 166 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ yağ ve kömürleşmiş bakiyedir. Shen ve Zhang (2002) piroliz sonucu oluşan yağın GC-MS (gaz kromotografisi-kütle spektrometrisi) analizini yapmışlardır. En yüksek yağ üretimi (%30) gaz bekletme süresinin 1,5 saniye ve sıcaklığın 525 C olduğu durumda elde edilmiştir. Daha fazla enerjiye maruz kalan çamurdaki daha kuvvetli bağların kırılması sebebiyle, yüksek sıcaklıklarda yağ üretimi artar. Ancak 525 C üzerindeki sıcaklık ve bekletme sürelerinde ikincil kırılma reaksiyonları sonucu ilave gaz üretimi dolayısıyla, yağ üretimi düşmektedir. Çeşitli sıcaklıklarda kimyasal ayrışma ile ilgili çok geniş bir literatür mevcuttur (Tablo 9.5) (Shinogi ve Kanri, 2003). Tablo 9.5. Farklı maddelerin ayrışması için sıcaklık aralıkları Bileşikler Sıcaklık aralığı ( ₒ C) Nem 150 ye kadar Karboksilik Fenolik Eter oksijen 600 e kadar Selülozik 650 ye kadar Oksijen içeren bileşikler Kaynak: Shinogi ve Kanri, Polimer ilavesi ile floklaştırılmış atık aktif çamurun piroliz özelliklerinin analizi diğer önemli bir husustur. Çamurun susuzlaştırma veriminin arttırılmasında, polimer ilavesi ile yumaklaştırma yararlı bir işlemdir (Chu vd., 2001). Ham çamurun susuzlaştırılması işleminde en iyi sonucu elde etmek için kullanılan yumaklaştırıcı maddenin miktarı genelde çok azdır. Bununla birlikte, kurutulmuş çamurlarda flokülant madde konsantrasyonu ağırlıkça %1 mertebesine kadar çıkabilir. Farklı arıtma tesislerinden temin edilen floklaştırılmış çamur numuneleri için termogravimetrik analiz (TGA) tekniği ile yapılan deneylerde, düşük ısıtma hızlarında (8 C/dak), C ye kadar floklaştırıcı madde ilavesinin pirolizin hızını etkilemediği görülmüştür. Yüksek ısıtma hızlarında ise (14 veya 20 C/dak) flokülant malzeme piroliz hızını önemli derecede arttırmaktadır. Piskorz vd. (1986), laboratuvar ölçekli akışkan yataklı reaktör kullanarak arıtma çamurlarının ani pirolizini incelemiştir. İşlem sırasında, kurutulmuş ham ve aktif çamur karışımı C arasındaki sıcaklıklarda 1 saniyeden daha az süreli bekletme sürelerinde piroliz edilmiştir. Chu vd. (2001) atıksu arıtma çamurlarının pirolizi sonucu oluşan yoğunlaşmayan gazın bileşimini incelemiştir. Söz konusu çalışmada pirolizden elde edilen gazın hidrojen, karbon monoksit, karbon dioksit ve metandan oluştuğu belirlenmiştir. Gazlaştırma, piroliz ve ıslak olmayan oksidasyon gibi atık yakmaya alternatif bertaraf teknolojilerinin en önemli üstünlükleri, baca gazı ve kül/cüruf arıtma maliyetlerinin düşük olmasıdır. Ancak söz konusu teknolojiler yeni gelişmekte oldukları için henüz yeterli sayıda gerçek ölçekli tesis ve makul sürelerde başarılı işletme deneyimleri yoktur. Söz konusu kısıtlara rağmen, orta vadede, özellikle gazlaştırma teknolojisinin arıtma çamurlarının bertarafında büyük ölçekli uygulamalarda artması beklenmektedir Araziye Uygulama Arıtma çamurlarının araziye uygulanması, çamurların toprak yüzeyine veya yüzeyin hemen altına yayılması olarak tanımlanmaktadır. Evsel arıtma çamurları tarımsal, ormanlık, bozulmuş alanlarla, bu amaçla tahsis edilmiş özel alanlara uygulanabilmektedir. Tüm bu uygulamalarda, amaç arıtma çamurlarının daha fazla arıtılmasını sağlamaktır. Güneş ışığı, toprak mikroorganizmaları ve kuruma dolayısıyla patojenler ve birçok zararlı maddeler yok edilir, iz metaller toprak içerisinde tutulur. Besi maddeleri bitkiler tarafından kullanılır ve faydalı biyokütleye dönüştürülür. Bazı durumlarda, tahsis edilmiş özel alanlarda geçirimsiz taban kaplaması teşkili de gerekebilir (Tchobanoglous vd., 2003).

181 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 167 Arıtma çamurlarının tarımsal veya tarım dışı alanlarda araziye uygulanabilmesi için, mevzuatta belirtilen şartlar sağlanmalıdır. Ülkemizde arıtma çamurlarının araziye uygulanmasında uyulması gereken koşullar Evsel ve Kentsel Arıtma Çamurlarının Toprakta Kullanılmasına Dair Yönetmelik ile belirlenmiştir (ÇŞB, 2010) (Bölüm 1.3). Çamurları araziye uygulayan ülkelerin başında gelen ABD de ise çamurların kullanımı ve uzaklaştırılması U.S. EPA nın hazırladığı 40 numaralı Federal Yönetmelik, Kısım 503 ile düzenlenmiştir (U.S. EPA, 1993) (Bölüm 1.3). Buna göre çamurlar veya arıtma çamurlarından elde edilmiş ürünler, ağır metal limitleri ile patojen ve vektör (hastalık taşıyıcı) azaltımı koşullarını sağlamalıdır. Çim alanlarda ve ev bahçelerinde kullanılan dökme (büyük miktarlarda, paketlenmemiş) olarak satılan veya paketlenmiş çamurların, ABD de A sınıfı biyokatı kalite kriterlerini sağlaması veya vektör azaltma işlemlerinden geçmiş olması gerekmektedir. Arıtma çamurlarının uygun proseslerden geçirildikten sonra araziye uygulanması faydalıdır. Çünkü çamurdaki organik madde toprak yapısını, işlenebilirliğini, su tutma kapasitesini ve havalanmasını iyileştirir. Makro besi maddeleri (azot, fosfor ve potasyum) ve mikro besi maddeleri (demir, mangan, bakır, krom, selenyum ve çinko) bitki büyümesine yardımcı olur. Organik madde, toprağın potasyum, kalsiyum ve magnezyumu tutmasına yardımcı olan katyon değiştirme kapasitesine katkıda bulunur. Organik madde topraktaki biyolojik çeşitliliği arttırır ve besi maddelerinin bitkiler tarafından alınmasını kolaylaştırır. Çamurdaki besi maddeleri, kısmen de olsa kimyasal gübrelerin yerine kullanılabilir. Çamurların ormancılık ve arazi ıslahında kullanımı da önemli faydalar getirmektedir Saha Değerlendirmesi ve Seçimi Arıtma çamurlarının araziye uygulamasında en önemli husus, uygun bir sahanın bulunmasıdır. Sahanın özellikleri ve uygulama metodu, arazi uygulamasının genel verimliliğini etkiler. Sahanın potansiyel olarak uygunluğu, öncelikle çamurların hangi tip sahaya veya sahalara (tarım alanları, orman alanları vb.) uygulanacağına bağlıdır. Saha seçiminde, öncelikle aşağıda açıklanan topoğrafya, toprak özellikleri, yeraltı suyu derinliği ile erişim ve hassas alanlara yakınlık kriterlerine göre bir tarama yapılmalıdır. Tarama amacıyla, herbir fizibil seçenek için yaklaşık alan ihtiyacı belirlenmelidir. Araziye uygulama için ideal alanlar, yeraltı su seviyesinin yüzeyden 3 m den daha derinde olduğu, %0-3 eğimli, yakında kuyu, sulak alan, dere ve yerleşimlerin olmadığı sahalardır Topoğrafya Topoğrafya, yüzeysel akışı ve erozyon potansiyelini etkilediğinden önemlidir. Saha topoğrafyasının uygunluğu, çamur tipine ve uygulama metoduna da bağlıdır. Sıvı çamurlar %15 e kadar eğimli sahalara yayılabilir, püskürtülebilir veya enjekte edilebilir. Susuzlaştırılmış çamurlar, genellikle bir traktör ve gübre serpme makinasıyla tarım alanlarına yayılır. Ormanlık alanlarda, eğer derelere yeteri kadar mesafe bırakılırsa, %30 a kadar eğimli sahalarda araziye çamur uygulaması yapılabilir. Toprak Özellikleri Genelde, araziye uygulama için yavaş veya orta derecede geçirgen, 0,6 m ve üzeri toprak derinliği olan, nötr veya hafif alkali (ph > 6,5), iyi veya orta derecede drene olan topraklar tercih edilir. Yeraltı Suyu Derinliği Çamurların araziye uygulanması için, sahadaki yeraltı suyunun derinde olması istenir. Araziye uygulama için yeraltı suyu, yüzeyden en az 1 m derinde olmalıdır.

182 168 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ Erişim ve Hassas Alanlara Yakınlık Çamurların aktif olarak uygulandığı alanı yerleşim, kuyu, yol ve yüzeysel sular gibi hassas alanlardan ayırmak için tampon bölgelere ihtiyaç vardır. ABD de yerel ve eyalet yasal düzenlemeleri genellikle uygulama metoduna bağlı olarak hassas alanlara olan minimum mesafeleri içermektedir Çamurun Miktarı ve Arazi İhtiyacının Belirlenmesi Araziye verilecek arıtma çamuru miktarı, azot veya kirleticilerden (ağır metaller) hangisi sınırlayıcıysa ona göre belirlenir (Tchobanoglous vd., 2003). Arıtma çamuru miktarı kirletici yükü (ağır metaller) esas alınarak, LS= LC/(C F) (9.1) ifadesiyle hesaplanabilir. Burada; LS : Yıllık uygulanabilecek maksimum arıtma çamuru miktarı (ton/ha yıl) LC : Yıllık uygulanabilecek maksimum kirletici miktarı (kg/ha yıl) C : Arıtma çamurundaki kirletici konsantrasyonu (mg/kg) ve F : Dönüşüm faktörü (mg/kg ı kg/ton a çevirmek için, 0,001) dür. Arıtma çamuru miktarının azot esas alınarak belirlenmesinde, LSN= U/Np (9.2) ifadesi kullanılır. Burada; LSN : Yıllık uygulanabilecek arıtma çamuru miktarını (ton/ha yıl) U : Ürünün (bitkinin) azotu alımını (kg/ha yıl) Np : Arıtma çamurundaki bitkiler tarafından alınabilir azot konsantrasyonunu (g/kg) göstermektedir. Ürünün azotu alımı (U), arazideki ürün çeşidine göre değişmektedir. Örnek olarak mısır için bu değer kg/ha yıl iken, buğdayda 150 kg/ha.yıl dır. Arıtma çamurundan bitkiler tarafından alınabilir azot konsantrasyonu (Np), Np = [(NO3) + kv(nh4) + f (No)].F (9.3) ifadesiyle belirlenebilir. Burada; Np : Arıtma çamurunda bitkiler tarafından alınabilir azot konsantrasyonu (g/kg) NO3 : Arıtma çamurundaki nitrat oranı (%) kv : Amonyak kaybı için uçma faktörü, (sıvı çamurların yüzeye uygulamasında 0,5, susuzlaştırılmış çamurların yüzeye uygulamasında 0,75, sıvı veya susuzlaştırılmış çamurların enjeksiyonunda 1,0) NH4 : Arıtma çamurundaki amonyak azotu oranı, (%) f : Organik azot için mineralizasyon faktörü (sıcak bölgelerde 0,5, ılıman bölgelerde 0,4 ve soğuk bölgelerde 0,3) No : Arıtma çamurundaki organik azot oranı, (%) F : Dönüşüm faktörü, (1000 g/kg) dür. Araziye uygulanabilecek arıtma çamuru miktarı belirlendikten sonra, arazi ihtiyacı, A= B/Ls (9.4) eşitliği ile hesaplanmaktadır.

183 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 169 Burada; A : Gerekli arazi ihtiyacını (ha) B : Üretilen arıtma çamuru miktarını (ton kuru katı/yıl) Ls : Yıllık uygulanabilecek maksimum arıtma çamuru miktarını (ton kuru katı/ha yıl) göstermektedir. Örnek: Bir belediye, arıtma çamurlarını lagünde depolamıştır. Lagünün boşaltılması ve çamurların araziye uygulanması planlanmaktadır. Çamurdaki ağır metal konsantrasyonları aşağıda verilmiştir: As = 40 mg/kg, Cd = 56 mg/kg, Cu = 2500 mg/kg, Pb = 750 mg/kg, Hg = 15 mg/kg, Ni = 510 mg/kg, Se = 10 mg/kg, Zn = 3400 mg/kg, Buna göre sözkonusu çamurların araziye uygulamaya uygun olup olmadığını, uygunsa uygulama miktarını belirleyiniz. Çözüm: Çamurdaki ağır metal konsantrasyonları, limitlerle (Tablo 1.9, 2. sütun) karşılaştırılır. Buna göre çamurdaki ağır metaller, limitlerden düşüktür. Bu nedenle sözkonusu çamur araziye uygulanabilir. Dört metal için müsaade edilen yıllık çamur miktarları, yıllık kirletici yükleri (Tablo 1.9, 5. sütun) ve Eşitlik 9-1 kullanılarak hesaplanabilir. Cd a göre uygulama miktarı, L s= L c/(c F) = 1,9 kg/ha yıl / (56 mg/kg. 0,001) = 33,9 ton/ha yıl Cu ya göre uygulama miktarı, L s= L c/(c F) = 75 kg/ha yıl / (2500 mg/kg. 0,001) = 30 ton/ha yıl Pb ye göre uygulama miktarı, L s= L c/(c F) = 15 kg/ha yıl / (750 mg/kg. 0,001) = 20 ton/ha yıl Zn ye göre uygulama miktarı, L s= L c/(c F) = 140 kg/ha yıl / (3400 mg/kg. 0,001) = 41,1 ton/ha yıl Herbir kirletici için çamur uygulama miktarları karşılaştırılır. En düşük uygulama miktarı olan 20 ton/ha yıl sınırlayıcı olup, bu değer esas alınır. Not: Genellikle, azot yüküne göre belirlenen esas çamur uygulama miktarı, ağır metallere nazaran daha sınırlayıcıdır. En çok azot yükü esaslı uygulama miktarı 20 ton/ha yıl dan daha yüksekse, araziye verilecek çamur miktarı için Pb ye göre hesaplanan 20 ton/ha yıl değeri kullanılır Uygulama Metotları Çamurları araziye uygulama metodunun seçimi, çamurların fiziksel özelliklerine (sıvı veya susuzlaştırılmış), saha topoğrafyasına ve ürün (bitki) çeşidine bağlıdır. Sıvı ve susuzlaştırılmış çamurların araziye uygulanması aşağıda açıklanmıştır Sıvı ve Susuzlaştırılmış Çamurun Uygulanması Sıvı Çamurun Uygulanması Sıvı çamurların uygulanması, basitliğinden dolayı caziptir. Susuzlaştırma prosesine ihtiyaç yoktur ve sıvı çamurlar pompayla iletilebilir. Araziye uygulanan sıvı çamurun tipik katı madde oranları, %1 ila 10 arasında değişmektedir. Sıvı çamurlar, araziye bir araçla veya atıksular için kullanılanlara benzer sulama ekipmanlarıyla uygulanabilir. Çamurların bir araçla uygulanması, yüzeye dağıtma, yüzey altı enjeksiyonu veya toprağa karıştırma şeklinde olabilir (Şekil 9.13). Araçla uygulamadaki kısıtlar ıslak toprakta uygulama

184 170 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ zorluğu, araç trafiğinden dolayı toprağın sıkışması ve bundan kaynaklanan ürün verimindeki azalmalardır. Bu problemler, uygun araç lastikleri kullanılarak en aza indirilebilir. Şekil Sıvı çamurların araziye uygulanması Yüzeye dağıtma bir tankerle yapılabilir. Tankerle yüzeye dağıtma tarla (mısır, buğday vb.) veya meralarda en yaygın olarak kullanılan araziye uygulama metodudur. Tarlaya uygulamada izlenen yöntem genellikle şu şekildedir: Çamur, bitkileri ekmeden önce tarlaya yayılır, Çamurlar kısmi olarak kurumaya bırakılır, Çamurlar pullukla toprağa karıştırılır, Bu işlemler hasattan sonra da aynen tekrar edilir. Sıvı çamurlar, enjeksiyon aparatı olan bir tankerle toprak yüzeyi altına enjekte edilebilir veya yüzeye uygulandıktan hemen sonra pullukla toprağa karıştırılır. Enjeksiyonun veya hemen toprakla karıştırmanın faydaları potansiyel kokuyu azaltmak, amonyak kaybını engellemek, yüzeysel akışı ve açıkta çamurların görünmesini önlemektir. Sulama metotlarında, püskürtmeli veya kanallı sistemler kullanılabilir. Püskürtmeli sistemlerde tıkanmayı önlemek için yüksek kapasiteli püskürtme ekipmanları (pompalar) kullanılır. Püskürtmeli sistemler, özellikle ormanlık alanlarda ve nadiren de olsa halkın erişiminin kısıtlı olduğu özel tahsis edilmiş münferit sahalarda kullanılır. Püskürtmeli sistemler ıslak ve pürüzlü sahalarda uygulanabilir. Püskürtmeli sistemlerin mahzuru, yüksek basınçlı pompaların enerji maliyeti, sahadaki bitkisel ürünle çamurların temas etmesi, hassas ürünlerde yaprakların zarar görme olasılığı, potansiyel koku problemi ve uygulamanın halk tarafından görülmesidir. Kanallı sistemler sıralı ürünlerde büyüme sezonu boyunca çamurların uygulanması için kullanılır. Kanallı sistemlerin mahzuru çamurdaki katıların sınırlı da olsa çökelmesi ve kanallarda çamurların göllenmesi olup, her ikisi de koku problemlerine yol açar. Susuzlaştırılmış Çamurun Uygulanması Susuzlaştırılmış çamurların araziye uygulanması, yarı katı haldeki hayvan atıklarının (gübresinin) uygulanmasına benzerdir. Bu amaçla hayvan atığı serpen konvansiyonel araçlar kullanılabilir. Bu yöntemin en önemli üstünlüğü, çiftçilerin ilave ekipmana gerek duymadan mevcut ekipmanlarıyla çamurları araziye uygulayabilmesidir. Araziye uygulanan çamurların katı madde oranları % arasında değişmektedir. Susuzlaştırılmış çamurlar bir kamyon arkasına monte edilen kutu şeklindeki dağıtıcılarla veya hayvan atığı serpen araçlarla araziye uygulanabilir (Şekil 9.14). Yüksek miktardaki çamur uygulamaları için, buldozer, kepçe veya greyder kullanılabilir. 170

185 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 171 Şekil Susuzlaştırılmış çamurların araziye uygulanması Tahsis Edilmiş Özel Sahalarda Uygulama Arıtma çamurları bozulmuş alanların ıslahında ve tahsis edilmiş özel sahalarda yüksek miktarlarda uygulanabilir. Olumsuz toprak koşullarını düzeltmek için, çamurlar bir defalığına ton/ha yükle bozulmuş alanların ıslahı için kullanılabilir. Verimli toprak eksikliği ve zayıf fiziksel özellikler çamur uygulamasıyla iyileştirilebilir ve bitkilendirme çalışmalarının başlamasına imkân verir. Çamurlar özellikle bozulmuş alanlarda uygulanacak ise bu amaçla büyük bir saha mevcut olmalıdır. Çamur uygulaması için tahsis edilmiş özel sahaların yer seçiminde dikkate alınacak en önemli hususlar, azotun kontrolü ve yeraltı suyu kirlenmesinin önlenmesidir. Yeraltı suyu kirlenmesi, bu sahaları kullanılan akiferlerin olduğu yerlerden daha uzak yerde seçerek ve geçirimsiz bir bariyer inşa ederek önlenebilir. Düşük sızma hızları ve derin akiferler potansiyel kirlenme etkilerini azaltır. Tahsis edilmiş özel sahalara uygulanacak yıllık çamur miktarı 12 ila 2250 ton/ha arasında değişir. Yüksek çamur miktarları susuzlaştırılmış çamur kullanılan, çamurun mekanik olarak toprağa karıştırıldığı, düşük yağış alan, saha koşullarından dolayı veya iyi bir tasarımla sızıntı suyu problemi minimum düzeylerde olan sahalarda uygulanabilir Maliyet Arıtma çamurlarını araziye uygulamasının maliyeti oldukça değişkendir. Maliyet hesaplanırken, Çamuru araziye uygulamak için kullanılacak ekipmanın maliyeti veya bu işlem bir özel firmaya yaptırılacaksa bunun maliyeti, Taşıma, Ekipman bakımı ve yakıt, İşçilik, Stabilizasyon tesislerinin ilk yatırım, işletme ve bakım maliyeti, Kokunun kontrolü ve yönetimi, Susuzlaştırma (opsiyonel), Mevsimden veya hava koşullarından dolayı araziye uygulamanın mümkün olmadığı dönemde depolama veya alternatif çamur yönetim seçeneği, İzin başvurusu, saha izleme ve çamur analizi vb. yasal yükümlülükler dikkate alınmalıdır (U.S. EPA, 2000a): Araziye uygulama için uygun saha veya sahalar mevcut olmalıdır. ABD de bazı belediyeler bu amaçla çiftlik arazisi satın almıştır. Diğerleri ise özel şahıs arazilerine çamur uygulaması yapmaktadır. 171

186 172 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ 9.4. Düzenli Depolama Arıtma çamurlarının düzenli depolanması, sadece çamurların kabul edildiği tekdüze (monolitik) depolama veya kentsel katı atıklarla birlikte depolama şeklinde uygulanabilir. Her iki uygulamayla ilgili açıklamalar aşağıda verilmiştir Çamurların Tekdüze ve Kentsel Atıklarla Birlikte Depolanması Çamurların Tekdüze (Monolitik) Depolanması Arıtma çamurlarının tekdüze depolanması, sahanın hazırlanması, çamurların taşınması ve üzerinin örtü tabakasıyla kapatılması aşamalarından oluşur. Çamurların tekdüze depolanması Şekil 9.15 te şematik olarak gösterilmiştir. ABD deki uygulamalarda, çamurdaki ağır metal konsantrasyonlarına bağlı olarak kirleticilerin yeraltı suyuna sızmasını önlemek için geçirimsiz bir taban kaplaması oluşturulması gerekebilir. Çamurların tekdüze depolanmasında kullanılan en yaygın metotlar hendek ve alan metodu ile yamaçta depolamadır. Şekil Çamurların tekdüze depolanmasının şematik gösterimi (Güney Afrika Su Araştırma Komisyonu, 2009) Hendek metodu, hendek kazılması, hendeğe çamurların yerleştirilmesi ve hendeğin orijinal kotuna kadar toprakla doldurulması şeklinde uygulanır. Tekdüze çamur hendekleri, doldurulacak çamurun katı madde içeriğine bağlı olarak dar veya geniş yapılabilir (Şekil 9.16). Dar hendekler (tipik olarak genişliği 3 m den az), genellikle düşük katı maddeli çamurların depolanmasında tercih edilir. Geniş hendekler (genişliği 3 m den fazla), katı madde içeriği %20 ve üzeri çamurlar için kullanılır. Çamur uygulama miktarları dar hendekler için m 3 /ha, geniş hendekler için ise m 3 /ha aralığında değişir. Hendek metodu, mevcut alanın verimli bir şekilde kullanımını sağlar. Alan metodunda, çamurlar doğal veya kazılmış alçak çukurlara ya da toprakla karıştırılarak mevcut toprak yüzeyinin üzerine yerleştirilir. Bu sahalarda günlük örtü her zaman kullanılmadığından çamurlar genellikle depolamadan önce stabilize edilir. Alan metodu özellikle yeraltı suyu seviyesinin derinde ve saha kazısının (hendek metodunda gerekli olan) zor olduğu yerler için uygundur. Bununla birlikte, bu metot önemli miktarda toprağın kullanımını gerektirir ve mevcut topoğrafyanın değişmesine neden olur.

187 173 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 173 Şekil Hendek metodu ile çamurların tekdüze depolanması a) dar hendek b) geniş hendek (Qasim, 1999) Yamaçta depolama nadiren kullanılan bir metottur. Çamurlar eğimli bir araziye yerleştirilir ve örtü malzemesi olarak toprak çamurun üzerine serilir. Çamurların tekdüze depolanması, ABD de EPA tarafından Çamurların Yüzey Depolaması ve Kullanımına Dair Standartlar (EPA Alt Bölüm C, Kısım 503) çerçevesinde yapılır. Bu yasal düzenlemelere göre, çamurdaki arsenik, krom ve nikel konsantrasyonları limit değerlerden düşükse, çamurlar tekdüze depolama sahalarında geçirimsiz bir taban kaplaması olmadan depolanabilir. Bu limitler, aktif çamur hücresinden mülkiyet sınırına olan mesafeye göre değişir (Tablo 9.6). Eğer bu kirleticilerden birinin konsantrasyonu limit değeri aşarsa, sahada geçirimsiz bir taban kaplaması teşkil edilmelidir. Bu yasal düzenlemeler, izni veren kuruma, sahaya özgü ilave parametreler için limitler getirme yetkisi de vermektedir. Depolama sahasında depolanan çamurlar ya EPA nın patojen azaltım (A veya B sınıfı) kriterlerini sağlamalı ya da her gün sonunda üzeri toprak veya başka bir malzeme ile örtülmelidir. ABD de birçok eyalet, çamur tekdüze depolama sahaları ile ilgili federal mevzuattan daha sıkı kriterler (kirletici konsantrasyonuna bakılmaksızın depolamada geçirimsiz bir taban kaplamasının teşkil edilmesi vb.) getirebilmektedir.

188 174 TÜRKİYE BELEDİYELER BİRLİĞİ Tablo 9.6. ABD de çamurların yüzeysel uzaklaştırılması için maksimum kirletici konsantrasyonları (EPA, 2003b). Aktif Çamur Ünitesinden Mülkiyet Sınırına Olan Mesafe, m Arsenik, mg/kg Krom, mg/kg Nikel, mg/kg 0 - < 25 m m m m m m m Kentsel Katı Atıklarla Birlikte Depolama Arıtma çamurlarının bir düzenli depolama tesisinde kentsel katı atıklarla birlikte depolanmasında aşağıdaki metotlar kullanılabilir (Güney Afrika Su Araştırma Komisyonu, 2009): Alan metodu - Çamurlar, kentsel atıklar üzerine ince bir tabaka halinde serilir ve kompaktörle sıkıştırılır (Şekil 9.17). Topuk metodu - Çamurlar, depo hücresinin topuk kısmına ince bir tabaka halinde serilir. Kentsel atıklar hücrenin üst kısmına boşaltılır ve aşağı doğru sıkıştırılır (Şekil 9.18). Hendek metodu - Çamurlar hendeklerin içine yerleştirilir ve üzeri hemen atıkla kapatılır ( Şekil 9.19). Alternatif metot - Yukarıdaki metotların dışında Güney Afrika da alternatif bir metot başarıyla uygulanmaktadır (Şekil 9.20). Bu metotta bir miktar kentsel katı atık depo hücresinin alt kısmına boşaltılır. Bunun yanına ayrı bir çamur yığını yerleştirilir. İlave olarak ikinci bir katı atık yığını boşaltılır (çamur iki katı atık yığını arasında kalır). Daha sonra kompaktör, bu yığınları çalışma yüzeyine taşır. Bu metodun faydaları, iyi bir karışımın sağlanması, kompaktörün çamur üzerinde kaymasının ve çamur içine batmasının önlenmesidir. Şekil Çamurların kentsel katı atıklarla birlikte depolanmasında alan metodunun şematik gösterimi (Güney Afrika Su Araştırma Komisyonu, 2009) 174

189 ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ İŞLENMESİ VE BERTARAFI 175 Şekil Çamurların kentsel katı atıklarla birlikte depolanmasında topuk metodunun şematik gösterimi (Güney Afrika Su Araştırma Komisyonu, 2009) Şekil Çamurların kentsel katı atıklarla birlikte depolanmasında hendek metodunun şematik gösterimi (Güney Afrika Su Araştırma Komisyonu, 2009) 175