Atıksuların Arıtılması Dersi CEV411

Transkript

1 5. Hafta Atıksuların Arıtılması Dersi CEV411 Aktif Çamur Sistemleri, Organik Karbon, Biyolojik Azot ve Fosfor Giderimi - Aktif Çamur Prosesi- II - 1 Kapsam Tokat-Yeşilırmak 1. Deşarj Standartları 2. Biyolojik Azot Giderimi 3. Aktif Çamur Konfigürasyonları 4. Temel proses kontrol parametreleri 5. BNR-Proses Tasarımı (Denitrifikasyon) 6. Biyolojik ve Kimyasal Fosfor Giderimi 7. Reaktör konfigürasyonları ve uygulamaları 2 Deşarj Standartları (Kentsel Atıksuların Arıtılması Yönt.) Parametreler Konsantrasyon Minimum arıtma verimi, % BOİ 5 25 mg/l KOİ 125 mg/l 75 AKM 35 mg/l 90 Toplam Azot (*) 15 mg/l (N= ) 10 mg/l (N> ) Toplam Fosfor(*) 2 mg/l (N= ) 1 mg/l (N> ) (*) Ötrofikasyona tabi hassas alanlara kentsel atık su arıtma tesislerinden boşaltmalar için şartlar. Yerel şartlara bağlı olarak parametrelerin biri yada ikisi birden uygulanabilir. Konsantrasyon değerleri yada azalma yüzdeleri uygulanacaktır. (AB: EEC ) (TC: Resmi Gazete nolu tarihli kanun) 3 1

2 Atıksu Karakterizasyonu Parametre Birim Değer Q ortalama m 3 /gün 600,000 KOİ mg/l 450 BOİ 5 mg/l 220 TKN mg/l 50 AKM mg/l 310 UAKM mg/l 210 TP mg/l 8.1 KOİ/TKN - 9 KOİ/TP - 56 BOI 5 /TP Biyolojik Azot Giderimi- Denitrifikasyon Denitrifikasyon ve karbon giderimi prosesleri farklı elektron alıcıları kullanmaları dışında aynı prensiplere dayanır Aerobik Reaksiyon Anoxic Reaksiyon: O e H + 2H 2 O 1 e- eşdeğeri = 8 g O 2 NO e H + ½ N H 2 O NO e H + ½ N H 2 O 1 e- eşdeğeri NO 3 -N = 14/5 = 2.8 g NO 3 için 8 go 2 gerekli ise 1 g NO 3 -N = 8/2.8 g NO 3 = 2.86 go 2 5 Denitrifikasyon için: 1. Nitratın varlığı 2. Oksijen Olmaması 3. Fakültatif biyokütle (heterotrofik) 4. Ayrışabilir organik madde 1 g NO 3 -N denitrifikasyonu için COD ihtiyacı = 5-6 gkoi Toplam oksijen ihtiyacı: Alkalinite (+) go2 OR (1 YN ) gkoi (1 YN ) gno 3 N NR 2.86 gkoi OR Q (So S) P VXSS N D 1 g NO 3 -N denitrifikasyonunda 3.56 g CaCO 3 alkalinitesi kazanılır. 6 2

3 Anoksik koşullarda heterotrofik bakterilerin tamamı aktif halde değil! Heterotrofik Çoğalma r XH SS g ˆ H. K S S S. X H İçsel Solunum r XH k X e d H g 1 g Karbon Giderimi Proses Hesabı (KOİ Bazlı) * Tamamı Ayrışabilir 1. Konvansiyonel Atıksu Karakterizasyonu Parametre Birim Değer Q ortalama m 3 /gün 50,000 KOİ mg/l 450 BOİ 5 mg/l 220 TKN* mg/l 50 AKM mg/l 310 UAKM mg/l 210 TP mg/l 8.1 Alkalinite mgcaco3/l KOİ Fraksiyonlarının belirlenmesi Fraksiyon Konsantrasyon S I 22 mg/l 5% S S 45 mg/l 10% X S 338 mg/l 75% X I 45 mg/l 10% C S 383 mg/l 85% 8 KOİ Bileşenleri Toplam KOİ (C T ) <0.45 micron >0.45 micron Çözünmüş KOİ (S T ) Partiküler KOİ (X T ) Çözünmüş İnert KOİ (S I ) Kolay Ayrışabilen KOİ (S s ) Yavaş Ayrışan KOİ (X s ) Partiküler İnert KOİ (X I ) C S BOİ u Denitrifikasyonda Kullanılan: C S in bir kısmı L=BOİ u 9 3

4 KOİ Fraksiyonları Ayrışabilen KOİ: Respirometrik (OTH) yöntemler İnert KOİ: AAT Çıkış suyu analizi ve analitik yöntemler Evsel Atıksu KOİ Fraksiyonları- İstanbul Fraksiyon Konsant. Fraksiyon S I 22 mg/l 5% S S 45 mg/l 10% X S 338 mg/l 75% X I 45 mg/l 10% VSS (UAKM) 10 Denitrifikasyon Prosesi Organik Karbon + Nitrifikasyon Giriş (Q in ) Org C + O 2 CO 2 + H 2 O NH 4 + O 2 NO 3 Çıkış O 2 P x Org C + NO 3 N 2+CO 2+H 2O İçsel Geri Devir, IR Ön-Denitrifikasyon Çıkış NH 4 + O 2 NO 3 P x 11 Biyolojik Azot Gideren Sistemlerin Tasarım Kriterleri 12 4

5 Ön denitrifikasyon Sistemi Tasarımı 1. Nitrifikasyon 13 k T20 ( 1520) mn 15 ˆ mn T20 ( 1520) dn15 kdn T20 ( 1520) 15 Kn Kn gün gün 1 1 mg / L 1 XA mn N DO k K N K DO n XA XA min 9. 7gün O dn Minimum aerobik çamur yaşı Pik faktörü (TKN pik /TKN ort ) = 1.2 XA PF XAmi n 1.2 * gün 14 Toplam Çamur Yaşı V V D V A XA X VD 1 V X? XA 12gün V D 0.5 V Çıkış VD VA Denitrifikasyon Potansiyeli N DP VD (1 YN ) CS g V 2.86 P x 15 5

6 V D 0.25 V XA 12 X 16 gün VD V Y YN 1 k d X gvss gkoi KOİ VSS 0.24 ghücrekoi gkoi N DP VD (1 YN ) CS g V 2.86 (1 0.24) mgn/l 2.86 Çıkış nitrat konsantrasyonu, S NO S NO NO N X DP mgn/l 10 mgn/l Standard değerinden büyük!!! 16 V D 0.30 V XA 12 X 17 gün VD V Y YN 1 k N DP d X gvss KOİ gkoi VSS VD (1 YN ) CS g V 2.86 ghücrekoi 0.21 gkoi (1 0.21) mgn/l 2.86 Çıkış nitrat konsantrasyonu, S NO S NO NO N X DP mgn/l TN NH4 NO mgn/l STD Standard değerine UYGUN 17 NO x mgn/l P XBio Q Y (S0 S) fd kd Q(S0 S) X 1 k 1 k d X d X Q Yn (NOx ) 1 k dn X P XBio Q ( ) AKM UAKM PXBio NOx TKN Ne 0.12 Q S NO NO N X DP mgn/l mgAKM /L mgN /L 18 6

7 Günlük Oluşan Çamur 1 PXI XI Q kgkoi / gün PXI XI Q 2250 kgkoi / gün gkoi UAKM guakm AKM 1980 kgakm/ gün 1 P Xf (AKM UAKM) Q ( ) kg / gün 1000 P XT P XBio P P kg / gün XI Xf Toplam Reaktör Hacmi, VT P XT VT X X T VT V 63308m T 3 19 Oksijen İhtiyacı, OR OR Q(S 0 S) 1.42PXBio 4.33 QNOx 2.86 QND 50000(383) OR OR kgO 2 / gün Yaklaşık %30 tasarruf! SOR 1.75 OR 23768kgO2 / gün 20 Alkalinite Kontrolü Kalan Alkalinite = Toplam Alkalinite Kullanılan + Oluşan Kullanılan Alkalinite (nitrifikasyon) gcaco * 37gN/L 264mgCaCO 3 /L gnh4 N Oluşan Alkalinite gcaco * 33gN/L 117mgCaCO 3 /L gno3 N Kalan Alkalinite = Toplam Alkalinite Kullanılan (Nitr) + Oluşan (Den) mgCaCO 3 / L 21 7

8 Geri Devir Oranının Bulunması IR Q Çıkış RAS P x R IR RAS N R S D NO RAS mg/L 3.7 9mg/L Q IR Q IR 3 22 Resirkülasyon pompaları Biyolojik AAT tesislerinin önemli ekipmanlarından biridir ve azot giderimi prosesinde kullanım alanı bulmaktadır. Bu pompalar alçak basma yüksekliği ve yüksek debi değerleri için dizayn edilmişlerdir. 23 Karıştırma İhtiyacı Difüzörlü Sistem Minimum gerekli hava miktarı: Grid System: m 3 /10 3 m 3 /min (hacimsel) Spiral Roll: L/m.sec (reaktör uzunluğunca) Mekanik Havalandırıcı Volumetrik Enerji kw/10 3 m HP/10 3 ft

9 25 Denitrifikasyon Proses Konfigürasyonları

10

11 31 Denitrifikasyon için farklı difüzör konfigürasyonları

12 34 Biyolojik (Aşırı) Fosfor Giderimi Bio-P Bacteria, PAO Biyolojik Fosfor Giderim Mekanizmaları... (Anaerobik, Aerobik) Biyolojik fosfor giderimi, azot giderimi ile birlikte planlanmalıdır Analitik Proses hesaplama yöntemi henüz mevcut değil Deneyimlerden elde edilen verilerle tasarım yapılmaktadır Kompleks Matematik Modeller Yardımı ile tasarım/proses Kontrolü Anaerobik Şartlar gerekli Atıksuda kolay ayrışan organik madde (S S ) çok olmalı, VFA Anaerobik reaktöre nitrat geri devri minimize edilmelidir 35 Tasarım Parametreleri- Toplam Çamur Yaşı 36 12

13 Biyolojik Fosfor Giderimi için tasarım kriterleri

14

15 Giriş Atıksu Karakterizasyonu & Çıkış Fosfat Barnard vd., Giriş Atıksu Karakterizasyonu & P Content

16 ph etkisi Proses Tasarımında Dikkat edilmesi gereken koşullar Atıksu Karakterizasyonu (ör: Değişimler, VFA, TKN, TP, Cations) Anaerobik kontakt zamanı (ör: hours) Toplam, anaerobik, aerobik çamur yaşı Fazla çamurun arıtılması (Digester, 27% P released) Kimyasal madde eklenmesi (FeCL 3, Alum, FeSO 4 ) Son çökeltme tankı tasarımı (TSS < 10 mg/l*) Proses Kontrol (IR, O 2, ORP, RAS) Biyolojik Fosfor Giderimini Arttırmak için Giriş Asetat miktarını arttırmak gerekli (10 grvfa-cod için 1g P) SRT değerini düşürmek Alum ya da demir tuzları ilavesi (kimyasal çöktürme) Geri devirdeki NO3 ve O2 miktarını düşürmek Çamur akımlarından gelen P ve NH 4 akımlarının kontrolü (sidestream) 47 Kimyasal İlavesi ile Fosfor Giderimi Demir Aluminyum : 2.7 kgfe/kg P : 1.3 kgfe/kg P Kireç : ph= 10 Aluminyum : ph= 6.3 Demir-III : ph=

17 Fosfor giderimi içim kimyasal madde uygulamaları 49 Aktif Çamur Proses Kontrol Parametreleri Çözünmüş Oksijen Konsantrasyonu (SCADA) Çamur geridevri (RAS) Çamur çökelebilme özelliği (SVI) Sok çökeltmede çamur battaniyesi yüksekliği Kütle dengesinin kurulması (MLSS, TP) Atılan Çamur miktarı (SRT) Oksijen Tüketim Hızı (OTH) Mikroskopik gözleme (!! Nocardia, Microtrix Parvicella, Thiothrix)

18 PROBLEM 52 PROBLEM