1. Kıyı Bölgelerinde Çevre Kirliliği ve Kontrolü KÇKK

Transkript

1 1. Kıyı Bölgelerinde Çevre Kirliliği ve Kontrolü KÇKK Kentsel Atıksu Arıtım Tesislerinde Geliştirilmiş Biyolojik Fosfor Giderim Verimini Etkileyen Faktörler Tolga Tunçal, Ayşegül Pala, Orhan Uslu Namık Kemal Üniversitesi, Çorlu Mühendislik Fakültesi Çevre Mühendisliği Bölümü

2 GİRİŞ Yüksek konsantrasyonlarda fosfor içeren atıksuların arıtılmadan alıcı ortama deşarj edilmesi sonucunda su kalitesinde önemli ölçüde bozulmalar oluşabilmektedir. Su kalitesinin korunması ve alıcı ortamlarda ötröfikasyon riskinin azaltılması için gerekli nutrient oranlarının sağlanması amacıyla karbon ve azot gibi nütrientlerin yanı sıra fosforun da arıtılması gereklidir.

3 GİRİŞ Fosforun yenilenebilir bir doğal kaynak olmaması, tarımsal ve endüstriyel alanlardaki kullanımının artması ile birlikte piyasa fiyatı da küresel ölçekte artış göstermiştir.

4 GİRİŞ Kirlilik önlemenin yanında atıksu arıtma tesislerinde fosfor geri kazanımı önemlidir. Kimyasal fosfor giderimi uygulandığında fosfor geri kazanımı mümkün değildir. Biyolojik yöntemlerde ise mümkün olabilmektedir.

5 GİRİŞ Geliştirilmiş Biyolojik Fosfor Giderim (GBFG) süreçleri 1955 li yıllardan buyana yoğun çalışılan bir alandır. Süreç kararlılığı güvenilir değildir. Problemin temelinde süreç mekanizmasının oldukça karmaşık olması ve pek çok faktörden etkilenmesi gelmektedir. Bu etmelerin başında hidrolik ve kimyasal unsurlardan oluşan atıksu kompozisyonu yer almaktadır. Anerobik Geri Devir Aerobik Fazla Çamur

6 GİRİŞ GBFG süreçlerinin temel özellikleri büyük oranda laboratuvar bazında araştırılmıştır. Bu çalışmada büyük ölçekli bir GBFG sürecinde, atıksu karakteristiklerine ve işletme parametrelerine bağlı olarak sistemde oluşan mikroorganizma türleri, bu mikroorganizmaların hücre içerinde depoladıkları fosfor miktarı araştırılmıştır. Sistemdeki fosfor depolayan bakteri (FDB) türlerinin kütlesel oranına bağlı olarak değişen karbon ve azot giderim hızları tespit edilmiştir.

7 MATERYAL VE YÖNTEM Atıksu Arıtma Tesisi 604,800 m3 gün-1 ortalama atıksu debisini arıtabilecek şekilde dizayn edilmiştir. Atıksuya fiziksel arıtma süreçlerini takiben ileri biyolojik arıtma işlemleri uygulanmaktadır.

8 MATERYAL VE YÖNTEM Tesisin biyolojik arıtma süreci 5 kademeli Bardenpho sistemine oldukça benzerdir. Ön çökeltim havuzlarından savaklanan atıksular bir toplama yapısına iletilmekte ve buradan da anaerobik tanklara beslenmektedir. Bu tanklar oksidatif (aerobik ve anoksik) ortamda bakteri bünyesine alınan fosfatın geri salınarak, atıksu içeresinde bulunan basit karbon formlarının oksijensiz ortamda giderilmesini sağlamaktır

9 Tablo 1. Kütle dengelerinin oluşturulmasında kullanılan ölçüm noktaları ve izlenen parametreler Parametre Anaerobik Tank Girişi Anaerobik Tank Çıkışı Anoksik Bölge Aerobik Bölge Son Çökeltim Çıkış Suyu Geri Devir ve Fazla Çamur Hatları KOİ rbskoi UYA BOİ5 TP PO4-P TN NO3-N NH4-N MLVSS Sıcaklık ph ÇO : Ölçülen; : ölçülmeyen; ölçüm sıkılıkları çamur yaşına bağlı olarak belirlenmiştir. ÇO: Çözünmüş oksijen, rbskoi: Biyolojik olarak kolay ayrışan çözünmüş KOİ

10 Atıksu kompozisyonunu Detaylı atıksu karakterizasyonu GBFG süreçlerinin gerek tasarım gerekse de işletme aşamalarında hayati önem taşır. Parametre Birim Konsant. BOİ5 175 ± 55.2 KOİ 475 ± pbkoi 147 ± 56.7 rbskoi 140 ± 37.2 UYA(HAC-c) 56 ± 13.5 Topam Azot 36 ± 5.4 Amonyum 21 ± 2.9 Nitrat < 0.1 Toplam Fosfor 8 ± 1.9 Fosfat 5 ± 1.3 Sıcaklık C 15.6 ± 2.5 ph ± 0.2 Çamur Yaşı gün 12 ± 3 UAKM g L ± 0.3 ÇHİ ml g ± 12

11 GBFG süreçlerinin verimliliğini etkileyen en önemli parametrelerden bir tanesi atıksu içerisinde yeterli miktarda basit besin formalarının bulunmasıdır. Basit besin formları fermantatif bakteriler tarafından UYA ya dönüştürülerek hücre içerisinde depolanır. Parametre Birim Konsant. BOİ5 175 ± 55.2 KOİ 475 ± pbkoi 147 ± 56.7 rbskoi 140 ± 37.2 UYA(HAC-c) 56 ± 13.5 Topam Azot 36 ± 5.4 Amonyum 21 ± 2.9 Nitrat < 0.1 Toplam Fosfor 8 ± 1.9 Fosfat 5 ± 1.3 Sıcaklık C 15.6 ± 2.5 ph ± 0.2 Çamur Yaşı gün 12 ± 3 UAKM g L ± 0.3 ÇHİ ml g ± 12

12 Şekilden görülebileceği gibi giriş atıksuyu rbskoi/tp oranının artması, anaerobik ortamda salınan fosfor miktarını arttırırken çıkış suyu fosfor konsantrasyonunu da azalmıştır. rbskoi/tp oranının 10 nun altında olması ise GBFG sürecinin konvansiyonel aktif çamur gibi davranmasına neden olmuştur.

13 Organik kirleticilerin anaerobik ortamda giderimi ve takip eden anoksik ortamda oksitlenmeleri sonucu atıksu arıtma tesisinde enerji tasarrufu da söz konusudur. Esasında konvansiyonel biyolojik arıtım süreçlerinde bu kirleticilerin biyokimyasal oksidasyonu için büyük bir enerji maliyeti getiren oksijene (havaya) ihtiyaç duyulmaktadır. GBFG süreçlerinin verimli çalıştırılması neticesinde enerji tasarruf da mümkündür.

14 Atıksu ph ı ve sıcaklığı biyolojik arıtma süreçleri için son derece önemlidir. Yapılan çalışmalar biyolojik nutrient giderim hızlarının nötral ph civarında optimum olduğu göstermektedir Ölçümlenen atıksu sıcaklık ve ph değerleri Tablo 2 de verilmiş olup, analizler neticesinde ortalama ham atıksu ph sının 8.0 olduğu bulunmuştur. Bu sonuç FDB lerin aktif çamur sistemi içeresinde baskın hale gelmeleri için atıksu ph sının ideal olduğunu göstermiştir.

15 Biyolojik arıtma süreçleri açısından önemli parametreler arasında sistemde oluşan UAKM konsantrasyonu ve çamur yaşı gelmektedir. Tablo 2 den de görüleceği üzere, bilimsel araştırma döneminde ortalama çamur yaşı 12 gün ve UAKM konsantrasyonu 2.2 g L-1 dir. Bu süreçler için uygun UAKM konsantrasyonu ve çamur yaşı g L-1 ve gün mertebesindedir.

16 KESİKLİ TESTLERDE ÖLÇÜLEN GBFG DEĞERLERİ Parametre Sonuç Birim Anaerobik Fosfor (P) Salım Hızı 0.27 mg P/gUAKM.dk Çözünmüş KOİ (skoi) Giderim Hızı 1.10 mg skoi/guakm.dk skoi giderilen /P salınan 4.08 mg skoi/mg P Anoksik P Alım Hızı 0.10 mg P/gUAKM.dk Denitrifikasyon Hızı 0.04 mg NO3-N/gUAKM.dk NO3-Ngiderilen / Palım 0.37 mg NO3-N/mg P Aerobik P Alım Hızı 0.10 mg P/gUAKM.dk

17 Sonuçlar literatür ile karşılaştırıldığında nutrient giderim hızlarının konvansiyonel aktif çamur süreçlerine göre daha yüksek olduğu belirlenmiştir. Yüksek nutrient giderim hızları, atıksu arıtma tesisinin yüksek organik yükleme hızlarında dahi yasal çıkış suyu standartlarına uyumluluk açısından önemli avantaj sağlamaktadır.

18 Süreçte doğal olarak baskın hale gelen mikroorganizma türleri göreceli olarak daha yüksek kirlilik giderme hızlarının oluşmasına olanak sağlamaktadır. Bunun ötesinde fosfor depolama yeteneğine sahip mikroorganizmaların sistemdeki kütle oranlarının artması ile birlikte karbon, azot ve fosfor giderim hızlarının da önemli ölçüde arttığı ve çamur çökelebilme özelliklerinin de iyileştiği gözlemlenmiştir.

19 Şekillerden de görülebileceği gibi FDB kütle oranının %20 den %34 çıkması sonucu GBFG verimi %55 ten %75 e yükselmiştir.

20 Anaerobik alıkonma süresinin FDB kütle oranına ve UAKM P içeriğine etkisi Anaerobik, anoksik ve aerobik hidrolik alıkonma süreleri GBFG süreçlerinin performansını etkiler. GBFG süreçlerinin anaerobik ortamlarında gerçekleşen biyokimyasal reaksiyonlar FDB baskınlığının oluşabilmesi için belirleyici niteliktedir. Başka bir değişle anaerobik alıkonma süresinin yetersizliği tüm süreç performansını olumsuz yönde etkileyecektir

21 Anaerobik alıkonma süresinin FDB kütle oranına ve UAKM P içeriğine etkisi Yapılan bilimsel araştırmalar anaerobik ortamda kalış süresinin 1-2 saat arasında yeterli olabileceğini göstermektedir. GBFG süreçlerinin performansını etkileyen diğer bir önemli unsur ise anaerobik ortamda elektron alıcılarının (EA) varlığıdır. Atıksu içerisinde bulabilecek olası EA lar arasında çözünmüş oksijen, nitrat, nitrit ve sülfat gibi oksijenli bileşikler yer almaktadır

22 Anaerobik alıkonma süresinin FDB kütle oranına ve UAKM P içeriğine etkisi Bu bileşikler mikroorganizmalar için elektron kaynağı olarak görev yaparlar ve bu neden fermantasyon reaksiyonlarını olumsuz yönde etkilerler. Anaerobik ortamda EA varlığı FDB lerin gelişim gösterebilmeleri için gerekli olan basit besin formalarının sıradan heterotrof mikroorganizmalar tarafından tüketilmesi ile sonuçlanır. Yaptığımız bilimsel araştırmalar elektron alıcılarının olumsuz etkilerinin bunlarla sınırlı olmadığını göstermiştir.

23 Anaerobik alıkonma süresinin FDB kütle oranına ve UAKM P içeriğine etkisi FDB ler heterotrofik mikroorganizmalar oldukları için anaerobik ortamda EA varlığının GBFG sürecinin işlemesini (Sıvı ortama P salımı ve basit besin formlarının PHB olarak depolanması) engellediğini ortaya koymuştur. Etki süresi ise EA konsantrasyonu ile doğrudan ilişkilidir. Özetle, anaerobik ortamda etkin hidrolik alıkonma süresinin EA varlığına bağlı olduğu görülmüştür.

24 Şekilden görülebileceği gibi anaerobik kalış süresi FDB kütle fraksiyonunu ve hücre içi P miktarını kontrol etmektedir.

25 NİHAİ DEĞERLENDİRME GBFG süreçleri iyi tasarımlandıkları ve işletildikleri sürece alıcı ortam ötröfikasyon riskinin azaltılması ve yasal çıkış suyu standartlarının sağlanabilmesi açısından iyi bir atıksu arıtım yöntemidir. Diğer taraftan süreç kararlılığının devamlılık göstermemesi ve çıkış suyu kalitesinde yaşanan bozulmalar bu sistemlerin en büyük dezavantajlarını oluşturmaktadır.

26 NİHAİ DEĞERLENDİRME Elde edilen sonuçlar göstermiştir ki GBFG süreçlerinin performansı ham atıksu karakteristiklerine son derece bağımlıdır. Özellikle giriş atıksuyunda yeterli düzeyde basit besin formalarının bulunması ve uygun işletme koşullarının sağlanması en temel faktörler arasında yer almaktadır.

27 NİHAİ DEĞERLENDİRME GBFG süreçlerini diğer aktif çamur konfigürasyonlarından ayıran en temel fark anaerobik ortamın varlığıdır. Anaerobik ortamda yetersiz hidrolik alıkonma süresi ve EA varlığı süreç performansını olumsuz etkilemesinin ötesinde çamur çökelebilme özelliklerinin de bozulmasına neden olmaktadır.

28 NİHAİ DEĞERLENDİRME Çamur hacim indeksi değerlerinin 150 ml/g mertebesinin üzerine çıktığı durumlarda çıkış suyuna AKM karışımının meydana geldiği gözlemlenmiştir. Söz konusu olumsuz etkilerin önlenebilmesi için GBFG süreçlerinde organik ve hidrolik yükleme hızlarının mutlaka kontrol edilebilir olması gerekmektedir. Anaerobik ortama EA girişinin minimizasyonu için ise giriş atıksu ve geri devir hatlarındaki türbülansların önlenmesi gerekmektedir. Benzer şekilde atıksu giriş ve geri devir hatlarındaki nitrat konsantrasyonu da diğer işletme parametrelerine ilave olarak izlenmelidir.