ATIKSU ARITIMININ ESASLARI

Transkript

1 ATIKSU ARITIMININ ESASLARI Evsel, Endüstriyel At ksu Ar t m ve Ar tma Çamurlar n n Kontrolü Prof. Dr. zzet ÖZTÜRK Dr. Hacer T MUR Dr. Ufuk KO KAN

2 1. ATIKSU M KTAR VE ÖZELL KLER At ksu Ak m n n Karakteristikleri Birim Su Sarfiyatlar At ksu Ak m n n Zamanla De i imi Yüzeysel Ak ve S zma At ksu Miktar ve Debilerinin Hesab At ksu Debilerinin Hesab Sanayi Debilerinin Bulunmas S zma Debisi Tahmini At ksu Özellikleri At ksu Karakterizasyonunda Ba l ca Parametreler Biyolojik Oksijen htiyac (BO ) Kimyasal Oksijen htiyac (KO ) Toplam Organik Karbon (TOK) Teorik Oksijen htiyac (TeO ) Toplam Oksijen htiyac (TO ) Azot-Fosfor Evsel At ksular n Tipik Özellikleri Endüstriyel At ksular Kirleticilerin yap lar ve tipik de erleri ATIKSU DEB LER N N ÖLÇÜMÜ Debi Ölçümleri Debi Ölçüm Cihazlar n n Yerle tirilmesi Debi Ölçüm Yöntemi ve Ölçme Cihazlar Bas nçl Borularda Debi Ölçüm Cihazlar Aç k Kanallarda Debi Ölçümü z Madde Enjeksiyonu Yöntemi ile Debi Ölçümü Yüzgeçlerle Debi Ölçümü BORULAMA VE HiDROL K HESAPLAR Tan mlar Borulama Hidrolik Profil Yük Kay plar n n Hesaplanmas Dairesel Kesitli Hatlarda Yersel Yük Kay plar n n Hesaplanmas Tam Dolu Borularda Yük Kay plar F Z KSEL ARITMA Ön Ar tma Eleme Kum Tutucular Dengeleme Dengeleme Ünitesinin Yeri Hat Üstü veya Hat D Dengeleme Gerekli Dengeleme Havuzu Hacmi Dengeleme Havuzu n as Kar t rma ve Hava Gereksinimi Pompa ve Pompa Kontrolü Ön Çöktürme At ksu Pompalar ve Pompa stasyonlar Kar t rma Kar t rmada Enerji Da l m... 90

3 Kar t rmada Enerji Gereksinimi Yüzdürme Havaland rma Difüzörler Üfleyiciler (Blower) Mekanik Havaland r c lar Dü ey Milli Yüzey Havaland r c lar Dü ey Milli Batm Havaland r c lar Yatay Milli Döner Mekanik Havaland r c lar Havaland r c Performans Kar t rma çin Enerji htiyac B YOLOJ K ARITMA Biyolojik Ar tma Sistemleri Biyolojik Ar tman n Amac Biyolojik Ar tmada Mikroorganizmalar n Rolü Mikrobiyolojik Metabolizman n Tan m Mikroorganizma Ço almas nda Besi Maddesi htiyac Karbon ve Enerji Kaynaklar Nütrient ve z Element htiyac Biyolojik Ar tmada Önemli Mikroorganizmalar Bakteri Bakterilerin Hücre Kompozisyonu Bakteri Büyümesi Biyolojik Büyüme Kineti i Hücre Büyümesi Substrat Limitli (k s tl ) Büyüme Hücre Büyümesi ve Substrat Kullan m çsel Solunum Metabolizmas n n Etkileri Çevre Ko ullar n n Biyolojik Reaksiyona Etkisi S cakl n etkisi ph Çözünmü Oksijen Çözünmü Karbondioksit yon Konsantrasyonu Büyüme ve Substrat Giderim Kinetiklerinin Biyolojik Ar t ma Uygulanmas Mikroorganizma ve Substrat Kütle Dengesi Ar t lm At ksuda Mikroorganizma ve Substrat Konsantrasyonlar Biyolojik Ar tma Prosesleri Baz Tan mlar Biyolojik Ar tma Prosesleri Biyolojik Ar tma Proseslerinin Uygulamalar Biyolojik Ar tma Sistemlerinin Tasar m Aktif Çamur Prosesleri Proses tasar m Yakla mlar Proses Kontrolü Ask da Büyüyen Haval Ar tma Sistemleri Aktif Çamur Prosesi Uzun Havaland rmal Aktif Çamur Prosesi Oksidasyon Hende i Yüzeyde Büyüyen (Biyofilmli) Haval Sistemler

4 Damlatmal Filtreler K rma Ta tan Dolgulu Biyolojik Filtreler Sentetik Dolgulu Damlatmal Filtreler (Biyolojik Kuleler) Biyodisk Ak kan Yatakl Reaktör Havaland rmal Lagünler Fakültatif Havaland rmal Lagünler Sürekli Ak l Haval Lagünler Çamur Geri Devirli Haval Lagünler Stabilizasyon Havuzlar Havuz Tipleri Havuz Ekosistemini Etkileyen Faktörler Haval At ksu Ar tma Sistemleri Özelliklerinin Özeti KÜÇÜK ATIKSU ARITMA S STEMLER Genel Özellikler Küçük At ksu Ar tma Sistemi Tipleri Kanalizayonun Olmad Bölgelerde Özel Konut ve Di er Yerle imler için Arazide Ar tma Sistemleri LER ATIKSU ARITIMI leri At ksu Ar tma htiyac Ar t lm At ksudaki Art k Maddeler Art klar n Etkileri leri At ksu Ar t m için Kullan lan Ar tma Teknolojileri Teknolojilerin S n fland r lmas Proseslerin Ar tma Seviyeleri Granüler Filtrasyon ile AKM Giderimi Granüler Filtrasyonun Uygulanmas Filtre letme Problemleri Kimyasal laveli ile Ç k Suyu Filtrasyonu Mikro-elek ile Art k AKM Giderimi Besin Maddelerinin Kontrolü Besi Maddeleri Kontrol Stratejisi Azot Giderimi ve Kontrolü Fosfor Giderimi Biyolojik Nitrifikasyon ile Amonyak Dönü ümü Nitrifikasyon Prosesinin Tan m Nitrifikasyon Proseslerinin S n fland r lmas Birle ik (Tek Çamurlu) Sistemler Ayr k Nitrifikasyon Sistemleri letme artlar Azotun Biyolojik Nitrifikasyon-Denitrifikasyon ile Giderimi Birle ik Karbon Oksidasyonu, Nitrifikasyon ve Denitrifikasyon Prosesi Ayr k Denitrifikasyon Sistemleri Denitrifikasyon Proseslerinin K yaslanmas Biyolojik Metotlarla Fosfor Giderimi A/O prosesi PhoStrip Prosesi Ard k Kesikli Reaktör Biyolojik Fosfor Giderim Proseslerinin K yaslanmas Azot ve Fosforun Birlikte Biyolojik Giderimi

5 A 2 /O Prosesi Bardenpho Prosesi (Be basamakl ) UCT Prosesi VIP Prosesi Proses Seçimi Kimyasal Yöntemlerle Fosfor Giderimi Metal Tuzlar ve Polimer Kullan larak Fosfor Giderilmesi Kireç Kullanarak Fosfor Giderimi Yapay Sulak Alanlar (Kam Yataklar ) Di er leri Ar tma Yöntemleri Membran Sistemler Belli Ba l Membran Prosesi Uygulama Alanlar Membran Çe itleri Membran Performans Kimyasal Oksidasyon Ozonlama Hidrojen Peroksitle Oksidasyon Adsorpsiyon Adsorpsiyon Formülasyonu Kar m n Adsorpsiyonu Aktif Karbonun Özellikleri Sürekli Ak l Karbon Filtreler Karbon Rejenerasyonu yon De i tirme Elektro-koagülasyon HAVASIZ ARITMA S STEMLER Havas z Ar tmaya Genel Bak Havas z Ar tma Sistemlerinin Üstünlükleri Havas z Ar tma Sistemlerinin K s tlar Havas z Ar tman n Esaslar Mikrobiyolojik Prosesler Mikrobiyolojik Yap Biyoreaksiyonlar Mikroorganizmalar Aras ndaki Kar l kl li kiler Metanojen Populasyonun ph ile De i imi Biyogaz Üretimi Havas z Ar t mda Alkalinite htiyac Sülfat n Havas z Ar tmaya Etkisi Havas z Ar tma Teknolojileri Havas z Reaktör Tipleri Ask da Ço alan Sistemler Biyofilm Sistemleri Di er Sistemler Havas z Reaktörlerin Kar la t r lmas letmeye Alma ve Proses Kontrolü Çevre artlar letmeye Alma Optimum Çevre artlar Havas z Süreçlerin zlenmesi ve Kontrolü Proses Kontrolü

6 Prosesteki Karars zl klar Temel Proses Kineti i Mikrobiyal Reaksiyon Kineti i Mikrorganizma Ço alma Tekni i Kinetik ve Stokiyometrik Sabitler Evsel At ksular n Havas z Ar t m ÇAMUR ARITIMI VE UZAKLA TIRILMASI Çamur kaynaklar, Özellikleri ve Miktarlar Çamur Kaynaklar Çamur Özellikleri Çamur Miktar Çamur Ar t m Sistemleri Ak emas Çamur ve Köpük letimi Pompa Tipleri Çamur Tipine göre Pompa Seçimi Yük Kayb n n Hesab Çamurun Borularla letimi Ön lemler Çamur Ö ütme Kum Ay r c Çamur Kar t rma Çamur Depolama Yo unla t rma Uygulama Alanlar Stabilizasyon Kireç Stabilizasyonu Is l Ar t m Havas z (ANAEROB K) Çamur Çürütme Çürümü Çamur Suyu Özellikleri nhibitör ve Zehirli Maddeler Haval (AEROB K) Çamur Çürütme Haval Çürütme Mekanizmas Kompostla t rma Haval Kompostla t rma Kompostla t rma mekanizmas Kompostla t rma mekanizmas n etkileyen parametreler Kompostla t rma uygulamalar Havas z Kompostla t rma artland rma Kimyasal artland rma Is l Ar t m Di er Prosesler Dezenfeksiyon Pastörizasyon Uzun süreli depolama Çamur Kurutma Çamur Kurutman n Önemi Ba l ca Çamur Kurutma Teknikleri Çamur Lagünleri

7 9. DENIZ DESARJI UYGULAMALARI De arj Öncesi At ksu Ar t m Deniz De arj Öncesi Ar tma Yöntemleri De arj artlar Su Kalitesi Standartlar De arj Edilen At ksular n Seyrelmesi Seyrelme Hesaplar lk Seyrelme Hesab Durgun ve Üniform Yo unluklu Ortamda Yatay Dairesel Jet De arj nda lk Seyrelme Hesab kinci Seyrelme (S 2 ) Hesab Üçüncü Seyrelme (S 3 ) Hesab ARITMA S STEMLER NDE VER M, ENERJ, BAKIM VE LETME Maliyet Analizin Esaslar Farkl ar tma metotlar n n yakla k maliyetleri Ar tma maliyetlerinin kar la t r lmas leri Biyolojik Ar tma Sistemlerinde letme ve Yat r m Maliyeti Çe itli Sistemlerin letme Maliyetleri Türkiyeden örnekler ATIKSU ARITMA S STEMLER NDE ÖLÇÜ VE KONTROL Kontrol De i kenleri Birle ik Kontrol Ölçme Bölümü veya Alg lay c Cihazlar Sinyal letim Cihazlar (Transmiter) Mekanik Sinyal letimi Pnömatik Sinyal letimi Elektrik Ak m ile Sinyal letimi Ar tma Sisteminde Otomatik Kontrolle lgili De i ik Uygulamalar: Diferansiyel Bas nç Ölçümü ile Debi Kontrolü Havaland rma Sistemi Köpük Pompas ve Seviye Kontrolü Çamur Pompas Aktif Çamur Kontrolü Klorlama Tesisi At ksular n Ar t m nda Kontrol Stratejilerinin Önemi AC L EYLEM PLANI Amac Hedefler Acil Durumun Sebebi Do al Afetler Personel Devams zl Yollar n Kapanmas rtibat Kayb Kusurlu Bak m Kay ts z letme Anlay Kazalar Proses Ar zalar Acil Eylem Plan Personel Sorumlulu u Acil Eylem Merkezi

8 Acil Ekipman Envanteri Kay tlar n Yedeklenmesi Acil Eylem Prosedürü Endüstriyel Kazalar ve Toksik Zehirlenme Mahalli Polis ve tfaiyenin Koordinasyonu Polis Merkezi tfaiye Merkezi Yaralanmalar ARITMA TES SLER N N TASARIMI VE LET LMES Tesis Yerle imi ve Hidrolik Profil Pompa stasyonlar Izgaralar Kum Tutucu Ya ve Gres Yüzdürme Üniteleri Dengeleme Tanklar Ön Çöktürme kinci Kademe veya Son Çöktürme Havuzlar Biyolojik Ar tma Çamurun Susuzla t r lmas ve Bertaraf Ar tma Tesislerinde letme için Gereken Güç htiyac Personel Baz n aat Esaslar Baz Mekanik/Elektriksel Hususlar Yeni Bir Ar tma Tesisinin letmeye Al nmas Tesislerin Rutin letme Esaslar (Ortak) At ksu Ar tma Tesisleri Sorunsuz letme Prensipleri ENDÜSTR YEL K RLENME KONTROLÜ Endüstriyel At ksu Kaynak ve Özellikleri stenmeyen At k Özellikleri At ksu Kaynak ve Özellikleri Su Tekrar Kullan m ve Kaynakta At k Kontrolu At ksu Ar tma Prosesleri Ön ve Birinci Kademe Ar t m Dengeleme Nötralizasyon Proses Tipleri Sistem Proses Kontrolü Ya Tutma Endüstriyel At ksu Ar t m Koagülasyon Koagülan Özellikleri Koagülant Yard mc lar Endüstriyel Uygulamalar...450

9 1. ATIKSU M KTAR VE ÖZELL KLER 1.1 At ksu Ak m n n Karakteristikleri At ksu karakteristikleri, debi ve at ksu özellikleri ile ilgilidir. Bu karakteristikler, meskûn bölgede kullan lan su miktar ile s naî ve ticari faaliyetlere s k s k ya ba l d r. Ya l havalarda önemli miktarda drenaj ve s z nt sular kanallara girer. Bu durum at k suyun özelliklerini önemli ölçüde de i tirir. Drenaj ve s z nt sular, kanal a n n durumuna, çatlak ve ar zal boru k s mlar, tamiri gereken boru ba lant lar, y k k baca duvarlar, kaçak ya mur suyu ba lant lar vs bulunmas na ve yeralt su yüzeyinin seviyesine ba l d r. Mevcut bir ar tma tesisi varsa, karakteristik de erler, ak m ölçümleri ve laboratuar deneyleri yard m yla bulunur. Aksi halde su sarfiyat, nüfus say s ve endüstri ile ilgili istatistikî bilgilere dayanarak hesaplama yap l r Birim Su Sarfiyatlar Su sarfiyatlar ile kanallarda akan debiler aras nda bir ili ki vard r. Çünkü netice olarak kullan lan su at ksu haline dönü mektedir. Birim su sarfiyatlar genel olarak hayat standard n n bir fonksiyonudur. Bu sebeple geli mi ülkelerde daha fazla su tüketilir. (Örne in ABDde insan ba na günde tüketilen su miktar 628 litredir). Ülkemiz bu bak mdan Avrupa ülkelerine daha yak nd r. Tablo 1.1de, çe itli su sarfiyatlar n n maksimum ve ortalama de erleri verilmi tir. Bu de erler, geçerli olduklar bölgedeki insan say s ile çarp laca ndan, Tablo 1.2de, meskûn bölgelerdeki nüfus yo unluklar n n ortalama de erleri de verilmi tir. 1

10 Tablo 1.1 Birim su sarfiyatlar (1), (2) 2

11 Tablo 1.1in devam 3

12 Tablo 1.1in devam 4

13 Tablo 1.2 Meskûn bölgelerde nüfus yo unluklar (1) S n f skân ekli Yo unluk (N/ha) 1 Çok yo un iskân (yerle im) Yo un iskân Büyük avlu ve bahçeleri bulunan orta yo unlukta ve kapal iskân 4 Çok da n k evleri bulunan bölgeler ve kapal alanlar 5 Bahçeli d mahalleler ehrin kenar ve kooperatif evleri 1) Küçük parseller 2) Büyük parseller Endüstri bölgeleri Su sarfiyatlar nda, saatlik, günlük ve mevsimsel de i imler meydana gelebilir. Maksimum sarfiyat n gerçekle ti i günler genellikle temmuz ve a ustos aylar içinde yer al r. Bu aylarda en büyük günlük sarfiyatlar gözlenir. Çal ma günlerinde de tatil günlerine nazaran daha fazla su sarf edilir. Bununla beraber, gün içinde de saatlik sarfiyat de i imleri meydana gelebilir. Bir gün içinde iki pik debi vard r. Birincisi günlük hayat n ba lad sabah saatlerinde, ikincisi, eve dönü (ak am) saatlerinde olur. Gün içinde minimum sarfiyatlar ise genellikle gece 4 civarlar nda olu ur. Mevsimlik üretim yapan endüstriler de mevsimsel sarfiyat de i iklikleri meydana getirebilirler. (Örne in zeytin, eker pancar üretimi). At ksu sarfiyat genelde içme ve kullanma suyu sarfiyat n n %60 ile % 130u aras nda de i mekle birlikte, projelerde genellikle, ikisi birbirine e it al n r. Ticari ve s naî faaliyet s ras nda kullan lan su miktar genellikle sabit oldu undan, bunlar, ak m n pik de erlerini azaltma e ilimi gösterirler. Bütün bu faktörlerden ba ka, birim su sarfiyat n n, proje süresi içinde de nüfus art na paralel olarak de i iklik gösterece i aç kt r. Endüstri sarfiyatlar d nda kalan birim su sarfiyatlar n n, nüfus art yüzdesinin yakla k onda biri kadar artt kabul edilebilir At ksu Ak m n n Zamanla De i imi Bir günün çe itli saatlerinde at ksu debisinin o günün ortalama debisine oran zamanla de i ir. Ak m ölçümlerinin mevcut olmamas halinde Bölüm 1.2de verilen de erlerle birlikte kullan lacak büyüklükler a a da verilmi tir. 1) ller Bankas Kanalizasyon Projeleri Yönetmeli ine göre, günün en fazla su sarf edilen bir saatinde debi, o günün ortalama debisinin 2 kat d r. Senenin en çok su sarf edilen gününün ortalama debisi Q 24 ile gösterilirse, max Q st = 2.Q 24 ve gündüz saatlerine mahsus ortalama debi 1,5.Q 24 olarak hesaplanabilir. 5

14 2) Alman literatüründe sabah 8den ak am 20ye kadarki gündüz saatleri ortalamas Q 18 ile 24 saatin maksimum debisi max Q 24 = Q 14 ile gösterildi ine göre, 24 Q 18 =.Q 24 = 1,33.Q Q 14 =. Q 24 =1,72.Q eklinde hesaplan r. Gece saatlerine mahsus ortalama minimum debi ise; kabul edilir. 24 Q 37 =.Q 24 = 0,65.Q ) Minimum debi, pompa istasyonlar n n hesab nda ve kanallarda h z kontrolü için gerekmektedir. ABD de minimum debi, küçük yerlerde ortalaman n % 33ü orta büyüklükteki yerlerde ise ortalaman n % 50 si kabul edilir. Minimum debi ve pik debi, k sa bir süre (2 saatten az) devam eden ak m gösterir. Daha uzun süren ekstrem ak mlara ise sürekli ve kararl ak mlar ad verilmektedir. Mesela a r kurak ve s cak günlerde kararl minimum ak mlar görülebilir. Yine bir ehirde fuar gibi özel programlar n düzenlendi i zamanlarda pik debiler olu abilir. ABDde bir gün devam eden pik de erin ortalamaya oran 2,9 kabul edilmektedir. Bir gün devam eden minimum için bu de er 0,4e e ittir. Di er süreler için bu de erler ekil 1.1den al nabilir. ekil 1.1, ABDde 46 at ksu tasfiye tesisine ait ak m kay tlar ndan ç kar lm t r. ncelenen ak m kay tlar, 18 sene aras nda de i en süreleri kapsamaktad r. Böyle e rileri bulurken mümkün olan en uzun kay tlar hesaba katmak gerekir. 6

15 ABDde ve SK Yönetmeli inde, maksimum saatlik debinin, maksimum q g debisine oran M pik faktörü ile gösterilir ve a a daki ba nt lardan hesaplan r: veya P M =1 + = 4 + P 4 + P 5 M = P 0,167 Burada P, bin olarak nüfus say s n gösterir (Örne in 100,000 ki ilik nüfus için <100 al nmal d r) Yüzeysel Ak ve S zma Yüzeysel ak, binalar n kaçak olarak kanallara ba lanm ya mur suyu borular ndan ve caddelerdeki baca kapaklar gibi yerlerden ebekeye girer. Ek yerlerinden, borular n çatlaklar ndan ve ar zal ba lant lardan kanallara giren yeralt suyu ak m na da yüzey alt ak (s zma) denir. Her ikisi de kanallar n ya, durumu ve uzunlu u ile alakal d r. ABDde EPA ya (Çevre Koruma Ajans ) göre, bu de erlerin müsaade edilebilir miktarlar 1394 l/gün/km/cm olup, bu miktar geçilirse, kanallar n yenilenmesi öngörülmektedir. Yani bu durumda, kanallar yenilemek, s z nt suyunu uzakla t rmak ve ar tmaktan daha ekonomiktir At ksu Miktar ve Debilerinin Hesab At ksu miktarlar ehir ve kasabalar n durumuna ve içme suyu kaynaklar na ba l olarak de i mektedir. Ki i ba na su ihtiyaçlar t/n.gün aras nda seçilmektedir. Bir ar tma sisteminin boyutland r lmas için debilerin bilinmesi gerekir. Bir kasaba veya ehrin at ksu tasfiye tesisine gelen debi, evsel, sanayii ve s zma debilerinin toplam olarak bulunabilir. Evsel debi hesab için yerle me merkezinin gelecekteki nüfusu bilinmelidir. Bir bölgenin gelecekteki nüfusunu tahmin etmek için kullan lan hesap yöntemleri; Aritmetik Art, Geometrik Art, ller Bankas, Benzer ehir, Lojistik E ri, Azalan H zl Geometrik Art yöntemleri olarak say labilir. Ülkemizde gelecekteki nüfus tahmininde ller Bankas Yönetmeli i kullan lmaktad r. Bu metotta gelecekteki nüfus N g ; (30 + t) N g =N s.(1+p/100) 7

16 ifadesiyle bulunabilir. Burada; t: Son nüfus y l ile projenin yap ld y l aras ndaki sene fark d r. p: Nüfus art h z p = ( a N 5 /N t 1).100 ifadesiyle hesaplanabilir. Bu ifadelerde; Ns: Son nüfus say m neticesi Ni: lk nüfus say m neticesi a: ki say m aras ndaki senelerin fark d r. Hesap sonucuna göre; p 3 ise p= 3; p < 1 ise p= 1; 1 p 3 ise p aynen al n r. Dolay s yla ller Bankas yöntemi s n rl h zl Geometrik Art Yöntemidir At ksu Debilerinin Hesab At ksu tasfiye tesislerine gelen at ksu debilerinin hesab nda evsel (Q ev ), sanayisi (Q sanayi ) ve s zma (Q s zma ) debileri toplam dikkate al nmal d r. Yani günlük toplam debi; olarak hesaplanmaktad r. Q= Q ev + Q sanayii + Q s zma Evsel debi, ki i ba na günlük su sarfiyat nüfusla çarp larak bulunabilir. Y ll k ortalama ki i ba na günlük su ihtiyac q ort ile gösterilirse yaz aylar ndaki su ihtiyac n temsil eden de er (q max ), ortalama de erin 1,5 kat olarak kabul edilmektedir. Su ihtiyac n n %7090 aras ndaki belirli bir oran kanallara intikal etmektedir. Bu yüzden evsel debi; Qev max =.q max. N ifadesiyle bulunabilir. Burada; Qev max : Yazl k evsel su sarfiyat, m 3 /gün : Kanala intikal yüzdesi 8

17 q max : Ki i ba na yazl k su ihtiyac, m 3 /N/gün N: Kasaban n gelecekteki nüfusu Buna göre debiler; Q h = Qev max /n 1 + Q sanayi /n 2 + Q s zma /24 Q 24 = (Qev max + Q sanayi + Q s zma )/24 Q min = Qev ort /n 3 + Q sanayi /n 4 + Q s zma /24 ba nt lar ile bulunabilir. Burada; Q h : Hesap debisi, m 3 /saat Q 24 : Ortalama debi, m 3 /saat Q min : Minimum debi, m 3 /saat n 1, n 2, n 3 ve n 4 : Sabitler n 1 : Gün içindeki sal n mlar temsil eder ve nüfusa ba l olarak de i mektedir. n 1 sabitinin de erleri nüfusa ba l olarak Tablo 1.3de gösterilmektedir. Tablo 1.3 Nüfusa ba l olarak n 1 de erleri (3) Nüfus < > n Görüldü ü üzere n 1 sabiti 1020 aras nda bir de erdir. n 1 de erini göstermek üzere, mesela n 1 = 14 için hesap debisi Q 14 i aretiyle gösterilmektedir. n 2 : Sanayi kurulu unun vardiya say s ile alakal d r. Tek vardiya çal an tesislerde bu de er 56 aras nda al nabilir. n 3 : 3740 aras nda bir de erdir. Bu da mesela n 3 = 40 için Q 40 olarak gösterilmektedir. n 4 : Üç vardiya çal an tesislerde n 4 = 24 al nabilir. Bir veya iki vardiya çal an tesislerde minimum debi hesab nda sanayisi debisi dikkate al nmaz Sanayi Debilerinin Bulunmas Sanayiden gelen debinin bulunmas için çe itli usuller vard r: a) E de er nüfus hesaplan p, sanayi debisi evlerden gelen at ksu içinde dü ünülebilir. b) Debinin zamanla de i iminin ölçülmesi suretiyle elde edilebilir. 9

18 c) Sanayi bölgelerinde hektar ba na debi al nmak suretiyle hesaplanabilir. (Örne in 0,5-1 l/sn.ha gibi) S zma Debisi Tahmini S zma debisinin bulunmas için de çe itli yöntemler vard r: a) Evlerden gelen debinin belli bir yüzdesi olarak kabul edilir. Örne in ortalama günlük debinin % gibi. b) Kanallar n hizmet etti i alana ba l olarak bulunabilir. Yani su toplama havzas n n alan ndan hesaplanabilir. (0,1-0,2 l/sn.ha gibi). c) Kanal uzunlu una göre bulunabilir. (0,80 l/sn.km gibi). d) Kanal uzunlu una ve çap na ba l olarak tahmin edilebilir. (0,5-5 m 3 /gün.km.cm gibi. Ortalama bir de er olarak 2,5 al nabilir). Ayr ca muayene bacalar ndan at ksu kanallar na giren debi de bu miktara ilave edilmelidir. (örne in 0,4 m 3 /gün/baca say s al nabilir). Bununla beraber yukar da verilen de erlerin at ksu kanallar n n in a kalitesi, zemin durumu gibi pek çok faktöre ba l oldu u dikkate al nmal d r. 1.2 At ksu Özellikleri At ksularda bulunan ba l ca organik bile ikler proteinler, karbonhidratlar, ya lar, petrol art klar ve üredir. Bunlar n yan nda deterjanlar (sür faktanlar), fenoller ve zirai ilaçlar (pesti sitler) gibi çe itli sentetik organik maddeler de at ksular n bünyesinde yer almaktad r. Orta kirlilikte bir at ksuda, ask da kat maddelerin yakla k %75i ve filtre edilebilen kat maddelerin yakla k %40 organik karakterdedir. ( ekil 1.2) Toplam Kat Madde Ask da Kat Madde Filtre Edilebilen Kat Madde Çökebilen Çökemeyen Kolloidal Çözünmü ekil 1.2 At ksularda mevcut kat maddelerin s n fland r lmas 10

19 1.2.1 At ksu Karakterizasyonunda Ba l ca Parametreler Biyolojik Oksijen htiyac (BO ) At ksular organik maddeler içerdi inden, bunlar n konsantrasyonlar, yani 1 l sudaki miktarlar, kirlilik derecesinin ölçüsü olarak kabul edilir. Fakat at ksular n bile imleri çok de i iktir ve içindeki maddeleri bir formülle ifade etmek mümkün de ildir. Ayr ca bu maddeler tasfiye tesisinde bozunmaya u rad klar ndan, bu etkinin de dikkate al nmas gerekir. Bu yüzden bu maddeleri konsantrasyonlar ile ifade etme yoluna gidilmi tir. Organik maddenin ölçüsü olarak, biyokimyasal oksidasyon (karbonlu maddelerin oksitlenmesi) s ras nda harcanan oksijen miktar esas al nabilir ve bu de er de BO olarak adland r l r. Biyokimyasal oksidasyon, su içinde bir yanma olay olup, bu yanma esnas nda suda çözünmü (erimi ) oksijen kullan l r. Ne kadar fazla oksijen sarf edilirse, sudaki organik madde miktar da o kadar fazla demektir. Organik madde ihtiva eden sularda sular n oksijen ihtiyac BO 5, karbonlu maddelerin, tamamen CO 2 ye dönü mesine kadar artar. Teorik olarak sonsuz, pratik olarak yakla k olarak 10 gün kadar bir müddet sonunda, bütün karbonlu maddeler ayr r. Bu esnada sarf edilen oksijene, birinci kademe nihai biyokimyasal oksijen ihtiyac denir ve BO u ile gösterilir. Evsel at ksular için BO 5 ile BO u aras nda ba nt s vard r. BO 5 /BO u 0, Kimyasal Oksijen htiyac (KO ) Kimyasal olarak oksitlenebilen organik maddelerin oksijen ihtiyac KO ile ifade edilir. KO asit ortamda kuvvetli bir kimyasal oksitleyici (potasyum dikromat gibi) vas tas yla ölçülür. Kimyasal olarak oksitlenebilecek bile ikler, biyolojik olarak oksitlenebileceklerden daha fazla oldu undan, kimyasal oksijen ihtiyac, biyolojik oksijen ihtiyac ndan daha büyüktür. Tasfiye edilmemi at ksular için BO 5 /KO = 0,4-0,8 (ortalama 0,65) al nabilir KO Bile enleri Yap lan çal malar sonucunda, biyolojik ar tma sistemlerinde substrat n biyolojik ayr mas sonucunda, zor ayr an (inert) ürünlerin olu tu u saptanm ve biyolojik ar tma tesislerinde, at ksudaki organik maddenin biyolojik ayr mas n n farkl mekanizma ve h zlarda meydana geldi i deneysel olarak tespit edilmi tir. Evsel at ksulardan biyolojik nütrient gideriminde, at ksudaki organik karbon-azot-fosfor aras ndaki denge çok önemlidir. Biyolojik azot- fosfor gideriminde, ar t lm at ksudaki kalan biyolojik olarak organik madde miktar önemlidir. Kuvvetli at ksular n ar t m nda gerek ham at ksuda bulunan gerekse biyolojik ar t m s ras nda olu an ve konvansiyonel ar tma yöntemleri ile ar t m mümkün olmayan inert organik maddeler de arj standartlar na ula lmas n engelleyebilmektedir. Dolay s ile biyolojik ar tma 11

20 tesislerinin de erlendirilmesinde KO nin bile enlerinin belirlenmesi yararl d r. KO nin bile enlerine ayr lmas inert ve biyolojik olarak parçalanabilen KO nin belirlenmesidir. Biyolojik olarak parçalanan KO nin de kolay parçalanan ve zor parçalanan olmak üzere bile enleri belirlenmelidir. nert KO de tekrar çözünmü inert ve partikül inert olmak üzere bile enlere ayr l r. Giri Ak m n n KO Bile enleri Giri ak m ndaki çözünmü inert KO, S io, reaktörde biyolojik ayr may etkilemeden aynen ç kar. Hâlbuki partikül haldeki inert KO, X io, sistemde tutularak biyolojik çamurda birikir ve çamurla birlikte sistemden at l r. Giri ak m ndaki KO nin bile enleri ekil 1.3de verilmi tir. Giri KO (C TO ) Biyolojik Ayr abilen KO (C SO ) nert KO (C i ) Kolay Ayr an (S SO ) H zl Hidroliz Olabilen (S HO ) Zor Ayr an (X SO ) Çözünmü nert (S IO ) Partikül nert (X IO ) ekil 1.3 Giri ak m KO bile enleri Evsel ve baz endüstriyel at ksular için çözünmü ve partikül inert KOI de erleri(tablo 1.4)de verilmi tir. Giri ak m nda toplam at ksuda ölçülen organik madde miktar, çözünmü (kolay ayr an, S SO +yava ayr an, S HO + çözünmü inert, S IO ) ve partiküller (yava ayr an, X SO + partikül inert, X IO ) bile enlerinin tamam n yans tmaktad r. C TO = (S SO + S HO + S IO ) + (X SO + X IO ) Süzülmü at ksuda ise sadece çözünmü bile enler dikkate al nmal d r. S TO = S SO + S HO + S O 12

21 Tablo 1.4 Çözünmü inert KO literatür de erleri (4) At ksu S TO (mgko /l) S O (mgko /l) Evsel Belediye (Evsel-Deri) Deri Dokunmu kuma Örgü fabrikas Örgü fabrikas Pamuklu ve sentetik Örgü fabrikas (son i lem) Süt entegre Yo urt ve tereya Kâ t Et Antibiyotik Peynir alt at ksuyu Havas z giri Haval giri Sitrik asit üretimi at ksuyu Havas z giri Haval giri Havas z giri Haval giri

22 Ç k Ak m n n KO Bile enleri Havaland rma havuzlar ndaki aktif çamur s v s nda ve dolay s yla ar tma tesisi ç k suyunda toplam ve çözünmü KO bile enleri ekil 1.4te verilmi tir. Toplam çözünmü KOI (S T ) Çözünmü ayr abilir KOI (S S +S H ) Giri teki inert KOI (S ) Çözünmü inert mikrobial ürün (S P ) Toplam partiküler KOI (X T ) Aktif heterotrofik biokütle (X H ) Partiküler ayr abilir KOI (X S ) Partiküler inert (X i ) Partiküler inert mikrobial ürünler (X P ) ekil 1.4 Aktif çamur tesisi ç k nda KO bile enleri ekil 1.4te de görüldü ü gibi ar t lm su ç k nda at ksudan gelen ve biyolojik olarak ayr amayan partikül inert KO,X IO, çözünmü inert KO, S IO, ve zor ayr an KO, X SO n parçalanmayan bölümü olmak üzere üç farkl yap da ve biyolojik olarak ayr amayan inert KO bulunur. Bunlar n yan s ra biyolojik olarak ayr abilen organik maddeler ar t m s ras nda inert yap da ürünlere dönü ebilir. Bunun sonucunda ar t lm su ç k, ar t lmam sudan daha fazla çözünmü inert KO içerebilir. Buradaki mikrobiyal inert KO (S P ) bile eni ba l ca at ksu tipi, toplam çözünmü KO (S O ) ve çamur ya n n bir fonksiyonu olup ( ekil 1.5). KO S T S P S IO ( c) opt c (çamur ya ) ekil 1.5. Toplam çözünmü inert KO (S R )nin çamur ya ile de i imi ( ematik). 14

23 Zor ayr an organik maddenin hidroliz kademesinden geçerek kolay ayr an substrata dönü mesi ve bu formunun ço almada kullan lmas aktif çamur modellerinde benimsenen bir yakla md r. Çözünmü ya da partikül formda olan baz yüksek molekül a rl kl organik maddeler yava ayr an madde kapsam nda ele al nabilir. Bu tan mdan hareketle yava ayr an (X SO ), çözünmü S HO ve partiküller X SO olarak gösterilebilir. Çözünmü mikrobiyal ürünler (SMP); Mikroorganizmalar n çevreye uyum sa larken ortama sald klar enzim türü baz organik maddeler, Substrat n ayr mas ve mikroorganizmalar n metabolik süreçleri s ras nda meydana gelen organik maddeler, çsel solunum sonucunda (hücre çözünmesi ve ölümü) olu an organik maddeler, olarak sistemde bulunurlar. Biyolojik ar tma sistemlerinde olu an SMPnin belirlenmesi için glikoz ile haval ve havas z biyolojik ar tma tesislerinde yürütülen deneysel çal malar n sonuçlar Tablo 1.5de verilmi tir. Tablo 1.5te görüldü ü gibi fermantasyon endüstrisi at klar yla glikoz ile kar la t rmal olarak yap lan çal malarda, haval proseste havas z prosese k yasla 2-3 kat fazla SMP olu mu tur. Ayr ca at ksu giri konsantrasyonu, S o, artt kça her iki proseste de SMP/S o oran azalm t r. Tablo 1.5 Haval ve havas z ar t m artlar nda glikoz ile yap lan çal malar Proses S o (mgkoi/l) SMP (mgkoi/l) SMP/S o Aerobik Anaerobik

24 Biyolojik Olarak Giderilebilen (Ayr abilir) KO Hesab Ham veya ar t lm at ksulardaki biyolojik olarak giderilebilen KO iki farkl yolla belirlenebilir: (a) nert KO den Hareketle Hesap Bu yöntem, inert KO nin önceden deneysel olarak tayin edildi i durumlar için uygulan r. Bu yönteme göre, biyolojik olarak giderilebilen KO (KO bp ), toplam KO ile inert KO fark na e ittir. KO bp = KO top - KO inert (b) BO 5 ten Hareketle Hesap kinci yöntemle, biyolojik olarak giderilebilen KO, BO 5 in bir fonksiyonu olarak a a daki ifade yard m yla hesaplan r (Metcalf & Eddy, 2004): Bu ifadede: KO bp = [(BO U /BO 5 ) / (1,0 1,42 f d Y H )] * BO 5 = k * BO 5 BO U /BO 5 : At k suyun nihai BO U /BO 5 oran (genelde ~1,5) f d : ölü hücre kal nt s (g/g) Y H : biokütleye dönü üm oran (g UKM /g KO gid ) d r. Pratikte f d = 0,10 0,20 ve Y H = 0,30 0,40 aral nda de i ti i için k faktörü 1,6 1,7 (ort. 1,65) al nabilir. Dolays yla biyolojik olarak giderilebilen KO, KO bp = 1,65 * BO 5 = 1,1 * BO U olarak bulunur Toplam Organik Karbon (TOK) Özellikle çok küçük organik madde konsantrasyonlar için uygun bir parametredir. Bu parametre, bilinen konsantrasyonlarda bir numuneyi yüksek s cakl kta bir f r na enjekte ederek saptanmaktad r. BO 5 /TOK= 1-1,6 al nabilir Teorik Oksijen htiyac (TeO ) At ksularda bulunan karbonhidratlar, ya lar, proteinler ve bunlar n ayr ma ürünleri genel olarak karbon, hidrojen, oksijen ve azottan meydana gelir. Numunenin kimyasal formülü biliniyorsa, içindeki karbonun oksitlenmesi için gerekli oksijen miktar bulunabilir. Bu de er KO ve BO den daha büyüktür. Çünkü KO de bile, kimyasal olarak oksitlenmeyen bir miktar karbonlu madde daima bulunur. ekil 1.6de organik madde konsantrasyonunu gösteren parametrelerin birbirleriyle kar la t r lmas verilmi tir. 16

25 Toplam Oksijen htiyac (TO ) TO parametresi ise di er parametrelerin bulunmas ndan daha sonraki y llarda geli tirilmi tir. TO deneyi, numuneyi platinle katalizlenen bir yanma odas nda kararl son ürünlere çevirmeyi ve bu esnada sarf edilen oksijen miktar n bulmay hedef al r. TeO TO KO BO 5 TeOK TOK Organik maddenin Organik maddenin bütününü temsil karbonlu k sm n eder. temsil eder. ekil 1.6 Organik madde konsantrasyonunu gösteren parametrelerin birbirleriyle kar la t r lmas Azot-Fosfor Azot ve fosfor elementleri, mikroorganizmalar n büyümesi için çok gereklidir. Bunlara besi elementleri (nütrient) denir. Azot, proteinlerin sentezi için temel yap ta oldu undan, at ksular n biyolojik yollarla tasfiyesinde azot konsantrasyonunu bilmeye ihtiyaç vard r. Suyun azot miktar az ise, tasfiye için d ar dan azot ilavesi gerekebilir. Aksine, e er, yüzeysel sulara verilen at ksu de arjlar sebebiyle olu an alg ve yosunlar n n kontrolü istenirse, al c ortamlara verilmeden önce, azotun uzakla t r lmas na veya miktar n n azalt lmas na ihtiyaç vard r. Genellikle at ksularda azot, esas itibariyle proteinli maddelere ve üreye ba l olarak bulunur. Bu maddelerin ayr mas ile azot, amonya a dönü ür. At k suyun tazelik derecesi, amonyak miktar ile ölçülür. At ksularda azot pha göre, ya amonyum iyonu (NH 4 + ) ya da amonyak (NH 3 ) eklinde bulunur: NH 3 + H 2 O NH OH - ph 7 ise denge sola do ru bozulur, ph 7 ise amonyum iyonlar ortama hâkim olur. Aerobik ortamda bakteri faaliyeti sonucu amonyak oksitlenerek nitrit ve nitrat haline gelir. At ksularda nitrit azotu önemsizdir. Zira nitrit karars z olup kolayl kla nitrata dönü ür. 17

26 Konsantrasyonu, at ksularda 1 mg/lyi nadiren geçer. Nitratlar ise azotun en ileri derecede oksitlenmi halleridir. At ksularda 0-20 mg N/l konsantrasyonlar nda bulunabilir. Alg ve di er mikroorganizmalar n ço almas bak m ndan fosfor da önemlidir. Sularda fosfor fosfat olarak bulunur. Evsel at ksular genellikle fosfor bile iklerince zengindir. Son y llarda deterjan yap m nda, katk maddesi olarak fosfat ve polifosfat bile ikleri, büyük miktarlarda kullan lmaktad r. Bu Maddelerin yakla k %12-13ünün fosfor ve %den fazlas n n polifosfat oldu u dü ünülürse, sentetik deterjan tüketiminin art ile birlikte yüzeysel sulara fosfor de arj da art göstermi tir. Genellikle evsel at ksularda 4-15 mg/l civar nda fosfor bulunur Evsel At ksular n Tipik Özellikleri Evsel at ksular ask da, koloidal ve çözünmü halde organik ve inorganik maddeler içerir. klimsel artlar, insanlar n ya am standartlar ve kültürel al kanl klar at ksu özelli ini önemli ölçüde etkiler. ehir kanalizasyon ebekesine endüstriyel at ksular n kabulü, mevcut evsel at ksu özelliklerini büyük oranda de i tirir. Konsantrasyonlar ki i ba na günlük su kullan m de erlerine ba l olarak da de i ir. Her ne kadar suya de arj edilen at k miktar toplumlar n özelliklerine göre farkl l klar gösterse de, bu fark çok yüksek de ildir. Dolay s yla at ksu özellikleri sadece ehirden ehre de il, ele al nan her bir yerle im birimi için mevsimsel hatta saatlik de i kenlik gösterir. Tablo 1.6da ham, yani hiç ar t lmam ve bir i leme tabi tutulmam tipik evsel at ksu özellikleri verilmektedir. Tablodan da görülece i gibi, at klar çok büyük oranda karbon, azot, fosfor gibi organik besinlerden ve yüksek konsantrasyonda mikroorganizmalardan olu maktad r. Bunlar hemen bozunmaya yatk n olup, kanallardan akarken bile biyolojik bozunmalar devam eder. Böylece zaman içinde at k suyun baz özellikleri de de i mektedir. Tablodaki bütün de erler, projelendirmede kolay kullan lmalar ve farkl toplumlar için kolay k yaslanmalar bak m ndan g/ki i-gün biriminde verilmi tir. Toplumlar aras nda, özellikle de geli mekte olan ve geli mi toplumlar aras nda su tüketimi çok farkl olabildi inden, mg/l olarak verilen de erler bazen yanl alg lanma durumlar na yol açabilir. At ksudaki kirleticilerin konsantrasyonlar na ba l olarak at ksuyu, zay f, orta ve kuvvetli olarak s n fland rmak mümkündür (Tablo 1.7). Kirleticiler ve konsantrasyonlar, günün saatine, haftan n gününe, y l n ay na ve di er yerel artlara ba l olarak de i im gösterdi inden tablodaki veriler yaln zca yol gösterici de erler olup tasar mda o yere ait gerçek veriler esas al nmal d r. Kanalizasyon sisteminin etkili çal mas durumunda, BO de eri genellikle ortalama 54 g/ki i-gün civar ndad r. Geli mekte olan baz bölgelerde üretilen at k suyun tamam kanalizasyon sistemine dâhil edilmedi inden, BO de eri g/ki i-gün seviyesinde olabilir. E er kanalizasyonda birle ik sistem kullan l yor ise, BO de eri %40 daha yüksek, yani 77 g/ki i-gün mertebesinde olur. Ofislerde, okullarda ve di er yar zamanl kullan lan mekânlarda BO de eri 54 g/ki i-gün olan normal de erin yar s, hatta daha da az olabilir. Restoranlarda ve kafeteryalarda ise yap lan her yemek servisinin BO ye etkisi 54 g/ki i-gün de erinin dörtte biri olarak kabul edilir. Geli mi ülkelerde ort. BOI 5 yükü ve ~ 60 gr/n-gün al nmaktad r. 18

27 Tablo 1.6 Evsel at ksu özellikleri (5) Madde BOI 5 KOI Toplam organik karbon Toplam kat maddeler Ask da kat maddeler Kum (inorganik, 0.2mm ve yukar s ) Madeni ya Alkalinite (kalsiyum karbonat olarak, CaCO 3) Klorür Toplam azot Organik azot Serbest amonyak Nitrit azotu Nitrat azotu Toplam fosfor Organik fosfor norganik (ortho-polifosfatlar) Potasyum (K 2 O olarak) At klarda bulunan de eri (g/ki i-gün) xBOI xBOI xtoplam N 0.6xtoplam N xtoplam N x toplam P 0.7 x toplam P Ask da bulunan mikroorganizmalar (100 ml at ksu içinde) Toplam bakteri Koliform Faecal Streptococci Salmonella typhosa Protozoa kistleri Helminth yumurtalar Virüsler (plak olu turan birimler) miktar na kadar 10 3 miktar na kadar

28 Tablo 1.7 Ham evsel at k suyun tipik özellikleri (2) Kirleticiler Birim Konsantrasyon Toplam kat (TS) Toplam çözünmü Kat (TDS) Sabit Uçucu Ask da Kat (SS) Sabit Uçucu Çökebilen Kat lar BOI 5 (20 o C) Toplam Organik Karbon (TOK) KOI Azot (Toplam N olarak) Organik azot Serbest amonyum azotu Nitrit azotu Nitrat azotu Fosfor (Toplam Fosfor olarak) Organik norganik Klorürler Sülfat Alkalinite (CaCO 3 olarak) Ya -Gres Toplam Koliform Uçucu Organik Bile ikler (VOCs) mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l ml/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l no/100ml g/l Zay f Orta Kuvvetli Endüstriyel At ksular Endüstriyel at ksular n özellikleri, endüstriden endüstriye oldukça farkl l klar göstermektedir. Ayn daldaki endüstrilerde bile, kullan lan hammaddeler ve uygulanan proseslerin fakl l, di er birçok faktörle birlikte ç kan at k suyun yap s nda fakl l klar olu turmaktad r. Tablo 1.8de bir tak m tipik de erler verilmi olsa da, bu konuda genelleme yapmak zordur. Endüstriyel at ksularla ilgili olarak burada belirtilmesi gereken en önemli özellik, hem debide hem de içeri inde geni çapta dalgalanmalar n oldu udur. Bu sebeple, bu durumlar tarif etmek ve belli de erler ula mak için en iyi yol deneysel verilerin istatiksel analizi yoluyla elde edilen verilerden faydalanmakt r. Örne in, at ksu içindeki herhangi bir bile enin konsantrasyonu (fenol, BOI vs.) veya at k suyun debisi, ilgili deneysel verilerin eklenik frekans (ihtimal) da l m analizi yoluyla, ortalama, medyan, %90 ~ 95lik de erler itibariyle kolayca belirlenebilir. 20

29 Kirleticilerin yap lar ve tipik de erleri Yiyecek endüstrisi, indirgendikleri zaman nehirlerdeki çözünmü oksijen miktar n dü üren organikleri daha çok içerir ve bu da bal klar ve sudaki hayat olumsuz etkiler. Koku ve anaerobik ortam olu abilir. Baz besin endüstrileri sadece mevsimsel olarak çal r ve genellikle kat at klar üretirler. çecek endüstrisi at klar, yiyecek endüstrisi ve evsel at klara benzemekle birlikte çok yüksek BO de erleri içerebilir. Yemek ve içecek endüstrisi at klar bitkileri sulama suyu amac yla kontrollü olarak kullan labilir. At ksuda kat madde miktar ve renk problem olabilir. Biyolojik ar tma s ras nda besi maddesi ilavesi gerekebilir. Tekstil endüstrisindeki ana problemler boya bölümünden renk, i leme esnas nda NaOHdan kaynaklanan yüksek ph ve ani oynamalar görülmektedir. Makine ya lar, yüksek BO, sülfitler ve Zn sektör çe idine göre di er kirletici parametrelerdir. Kimya endüstrisi at ksularda ise ya emisyonlar, sülfit ve fenoller, makine ya lar, kat lar, yüksek ph, fosfatlar ve indirgenemeyen organikler içerebilirler. Tipik etkileri ise tat ve koku problemleri, zehirlenme olabilmektedir. Ayr ca termal kirlenmeye yol açabilir. Metal üretiminden kaynaklanan at ksuda Cr, Cd, CN -, Zn metal kirlilikleri görülebilir. Baz metaller besi zincirinde kal rlar. Tabakhanelerden kaynaklanan at ksular n tipik yap lar k l, kat madde, çamur, BO, azot, Cr, Sülfit kirlili i, yüksek ph ve kokudur. 21

30 Tablo 1.8 Endüstrilerde su ihtiyac ve at ksu karakteristikleri (5) Endüstri Su ihtiyac At ksu karakteristikleri Miktar BOI Di er Y YECEK eker Pancar 27 m 3 /ton (yeniden kullan m yok) Kullan lan suyun %89,5i 1 kg/ton pancar - 3 m 3 /ton (yeniden kullan m var) 500 l/ton 0.6 kg/ton - eker Kam Mezbahalar Et kesimi ve konserveleme Meyve/sebze konserveleme 5 m 3 /1000 kg canl hayvan 30 m 3 /1000 kg canl hayvan 8-80 m 3 /ton Kullan lan suyun %96,8i Kullan lan suyun %67si kg /1000 kg konserve et kgn/ 1000 kg canl hayvan - ÇECEK Bira Süt Viski Me rubatlar l/l bira 2-10 l/l süt 20 l/l viski 2-5l/l me r. 8 g/l bira kg /100 kg süt mg/l g N /l bira KÂ IT Kâ t hamuru (üretim) Kâ t hamuru (beyazlatma) Kâ t üretimi Entegre üretim m 3 /ton m 3 /ton m 3 /ton m 3 /ton kg/ton TEKST L Pamuk Yün Suni ipek l/kg ürün - - Kullan lan suyun %93ü l /kg ürün 150 kg/1000 kg ürün 300 kg /ton ürün 7-15kg N / ton ürün - 22

31 Tablo 1.8in devam. Endüstri Su ihtiyac At ksu karakteristikleri Miktar BOI Di er Naylon l /kg ürün - - Polyester l /kg ürün 200 kg/ton ürün - K MYA Rafineriler Sabun üretimi l (varil ba na) m 3 /ton 45 g/varil - 4 g/varil - Deterjanlar 13 m 3 /ton - Gübre - karbon bulamac : 2500 l/ton NH 3 NH 3 tesisi: l/ton kg NH 3 /ton üretilen NH 3 Metal kaplama - Üre tesisi: l/ton NH l / l kaplama solüsyonu kg üre/ton NH mg CN /l mg Cr /l 0-25 mg Ni/l D ERLER Tabakhaneler m 3 /kg deri 9 kg/ 100kg deri Ask da kat : 22-30kg /100kg Toplam kat : kg /100kg 23

32 Tablo 1.9 De i ik at ksulardaki KO, BO 5 ve BO 5 /KO oranlar (5) At ksu cinsi KOI(mg/l) BOI (mg/l) BOI 5 /KOI Mezbahana çki endüstrisi Süt endüstrisi Lastik endüstrisi Deri endüstrisi Tekstil endüstrisi Ar t lmam Biyolojik ar t lm Un endüstrisi Ar t lmam Biyolojik ar t lm Çe itli insan faaliyetleri sonucunda de i ik karakterlerde at ksu olu maktad r. Evsel nitelikli at ksular d nda üretim faaliyetlerinden dolay da de i ik karakterli at ksular olu maktad r. Su Kirlili i Kontrol Yönetmeli ine göre yap lan at ksu s n fland rmas ematik ve ana ba l klar halinde Tablo 1.10da özetlenmi tir. Tablo 1.10 Su Kirlili i Yönetmeli ine (SKKY) göre at ksu s n fland rmas. Evsel nitelikli at ksular Nüfus 1000 ki i Nüfus = Nüfus Endüstriyel nitelikli at ksular -G da Sanayii At ksuyu - çki Sanayii At ksuyu -Maden Sanayii At ksuyu -Cam Sanayii At ksuyu -Kömür haz rlama, i leme ve enerji üretme tesisleri at ksular -Tekstil Sanayii At ksuyu -Petrol Sanayii At ksuyu -Deri Sanayii At ksuyu -Selüloz, kâ t, karton vb. Sanayii At ksuyu -Kimya Sanayii At ksuyu Metal Sanayii At ksuyu -A aç mamulleri ve mobilya Sanayii At ksuyu -Makine ve Yedek Parça Sanayii At ksuyu -Ta t fabrikalar ve tamirhaneler At ksular Endüstriyel nitelikli di er at ksular -Endüstriyel so utma sular -Sulu baca filtrelerinin ç k sular -Benzin istasyonlar at ksular -Tutkal ve zamk üretimi at ksular - çme suyu filtreleri geri y kama sular -kat at k bertaraf tesisleri at ksular -Rejenerasyon tesisleri at ksular 24

33 KAYNAKLAR (1) Y. Muslu. (1996). At ksular n Ar t lmas, Cilt I ve II, TÜ Yay n. (2) Metcalf & Eddy. (2000 ve 2004). Wastewater Treatment, Disposal and Reuse, Mc Graw Hill Publishing. (3) V. Ero lu. (2002). At ksular n Tasfiyesi, Su Vakf Yay nlar. (4). Öztürk. (1999). Anaerobik Biyoteknoloji ve At ksu Ar t m ndaki Uygulamalar, Su Vakf Yay nlar. (5) S. J. Arceivala. (2002). Çevre Kirlili i Kontrolünde At ksu Ar t m. (Çeviren: V. Balman). Tata Mc Graw Hill. 25

34 2. ATIKSU DEB LER N N ÖLÇÜMÜ At ksu de arj, toplama ve ar tma sistemlerinin tasar m nda temel ad m at ksu debisinin belirlenmesidir. Bu sistemlerin düzgün çal abilmesi, yat r m maliyetlerinin minimize edilebilmesi ve sistemlerin birden fazla gurup taraf ndan payla lmas halinde kat l m paylar n n belirlenebilmesi için mevcut debi ve tahmin edilen debi hakk nda fiili ölçümlere güvenilir bilginin elde edilmi olmas gerekir. At ksu debisinin belirlenemedi i durumlarda debi, su sarfiyat, nüfus ve endüstri ile ilgili istatistikî bilgilere dayan larak hesaplan r Debi Ölçümleri At ksu ar tma tesislerinde at ksu debisinin rutin ölçümü, tesisin tasar m ve i letme kontrolünün sa l kl yap labilmesi için esast r. Ortalama ve günlük debi de i imlerinin bilinmesinin sa lad faydalar u ekilde özetlenebilir: Sisteme ilave edilecek günlük kimyasal madde miktar n n belirlenmesi. Sisteme verilecek hava miktar n n belirlenmesi. Çamur geri devir oran n n tespiti. Tesisin büyütülmesi söz konusu oldu unda mevcut debi kay tlar n n olu turulmas. Günlük kurak hava artlar nda belirlenen önemli debi art lar ; infiltrasyon veya kanalizasyon sistemine endüstriyel at ksu de arj ve nüfus art hakk nda bilgi edinilmesi. Ya l hava artlar nda ortaya ç kan önemli debi art ndan hareketle ya mur suyu katk s n n tahmini Debi Ölçüm Cihazlar n n Yerle tirilmesi At ksu ar tma tesislerinde uygun bir debi ölçüm cihaz n n konulabilece i yerler a a da s ralanm t r (1): kanal üstü ve kontrol bacas, ar tma tesisinin giri i, çubuk zgaran n, kum tutucunun veya ön çöktürmenin ç k, pompa istasyonunun ana terfi hatt, al c ortama de arj öncesi. Bu hususlardan her birinin fayda ve mahzurlar vard r. Bu yüzden, baz özel artlar göz önüne al narak ölçüm cihaz n n yerle tirebilece i konuma karar verilir. Genellikle farkl yerlere birden fazla debi ölçüm cihaz yerle tirilir. Tablo 2.1de ak m ölçüm cihazlar n n ar tma tesisindeki konumlar na göre i letme özellikleri kar la t r lm t r. 26

35 Tablo 2.1 Debi ölçüm cihazlar n n uygulama yerine göre i letme özelliklerinin k yaslamas (2) Debi ölçüm cihaz n n Konumu Kanallar n kesi me noktas veya kontrol bacas Ölçüm, ak mdaki dalgalanmalardan etkileniyor mu? Ölçüm, ar t lan ortalama debi miktar n temsil ediyor mu? Ölçüm, kat parçac klardan etkileniyor mu? Ölçüm, kum ve di er çökelebilen kat lardan etkileniyor mu? Ölçüm, tesis i letmesinde yararl m? Ölçüm, de arj n yap laca al c ortam için yararl m? Evet Hay r Evet Evet Evet Hay r Ar tma tesisinin giri i Evet Hay r Evet Evet Evet Hay r Kaba zgara mansab Evet Hay r Hay r Evet Evet Hay r Kum tutucu veya çöktürme ç k Hay r Hay r Hay r Hay r Evet Hay r De arj öncesi Hay r Evet Hay r Hay r Hay r Evet 27

36 Debi Ölçüm Yöntemi ve Ölçme Cihazlar At ksu de arj debisinin ölçümünde kullan lan yöntemler iki ana ba l kta toplan r: Bas nçl borularda Aç k kanallarda Tablo 2.2de ak kan n h z ölçümünde kullan lan farkl yöntemler ve ölçme cihazlar s n fland r lm t r. Tablo 2.2 Su ve at ksu debisi ölçümünde kullan lan cihazlar Debi ölçüm cihaz Ölçüm prensibi 1. Bas nçl borularda a. Venturi metre Bas nç de i imi ölçülür. b. Ölçüm a z (nozzle) Bas nç de i imi ölçülür. c. Orifis metre Bas nç de i imi ölçülür. d. Elektromanyetik metre Manyetik alan olu turulur voltaj ölçülür. e. Türbin metre Türbin kullan l r. f. Akustik esasl debimetre H z ve ak kan seviyesini ölçmede ses dalgas kullan l r. 2. Aç k kanallarda a. Kanal Kanalda kritik derinlik ölçülür. b. Savak Savak arkas ndaki su yüksekli i ölçülür. c. Derinlik ölçümü Ak m n derinli ini ölçmede yüzgeç kullan l r. g. Akustik esasl debimetre H z ve s v seviyesini ölçmede ses dalgas kullan l r. 3. Aç k ak l enjektör (Kennison enjektörü veya Kaliforniya boru yöntemi) Serbest dü me ucundaki ak derinli i ölçülür. Debi ölçüm yönteminin belirlenmesinde dikkate al nmas gereken hususlar u ekilde özetlenebilir: Ak m h z aral, Ak m artlar (sürekli veya kesikli), Maksimum i letme bas nc ve bas nç dü mesi, At k suyun yap s (kat, ya, a nd r c madde vb. içeri i), Bak m yöntemleri ve s kl, Ölçme yönteminin kolay ölçülebilir tek bir parametreye ba l olmas d r. Ölçümde kullan lan cihaz n özelliklerine ba l olarak debi hesab yap l r. A a da, bas nçl boru ve aç k kanal ak m nda debi ölçümünde kullan lan baz cihazlar n hesap esaslar hakk nda k saca bilgi verilmi tir. 28

37 Bas nçl Borularda Debi Ölçüm Cihazlar Venturi debi ölçer: Bas nç fark ölçme prensibine dayan r. ( ekil 2.1.a). ki musluklu bas nç ölçme birimini birle tiren daralm bir borudan olu ur. Bo aza giri ve bo az k sm ndaki bas nç fark ak katsay s ile orant l d r. Venturi kanal boyunca sürekli bas nç dü ü ünün, ölçülen fark n sadece %10u olmas Venturi debi ölçerinin kullan lmas n n temel nedenidir. Venturi metreler için ASME (3) taraf ndan önerilen oranlar: giri konik k s m için 1 = 21±2 o, ç k konik k s m için 2 = 5-15 o, bo az uzunlu u = bir bo az çap, bo az öncesi bas nç ölçme noktas = giri konisinin boru çap öncesidir. ekil 2.1. Bas nçl borular için debi ölçme cihazlar (a)venturi (b) Ölçüm a z. ASME Ara t rma Komitesinin ak kan h z ölçümü için uygulad pratik ba nt a a da verilmi tir (4): Q m 1 KYA2 2g ( p p1 ) Q c (2.1) 1 29

38 Burada; A : bo az k sm n n kesit alan, (uzunluk 2 ) g c : boyutsuz sabit K : ak katsay s, C / 1 4 C : de arj katsay s, boyutsuz p 1, p 2 : bo az öncesi ve sonras nda ölçülen statik bas nçlar, (kuvvet/uzunluk 2 ) Q : bo az öncesi bas nç ve s cakl ktaki hacimsel debi, (hacim/zaman) Q m : kütlesel debi, (kütle/zaman) Y : geni leme faktörü, boyutsuz (s v larda 1 al n r) ß : bo az çap n n boru çap na oran d/d, boyutsuz d : bo az k sm n n çap, (uzunluk) D : boru çap, (uzunluk) 1 : bo az öncesi bas nç ve s cakl ktaki yo unluk, (kütle/uzunluk 3 ) De arj katsay s C, Herschel tipi Venturi metrede Reynolds say s na ve Venturi boyutuna ba l d r. C sabitinin hesaplanmas nda kullan lan formüller bu bölümde verilmi tir. Sürekli bas nç kayb, Herschel tipi Venturi metrelerde çap oran (ß), ve ç k konisi aç s na ( 2 ) ba l d r: Küçük aç larda (5-7 o ) bas nç fark n n (p-p 1 ) %10-15i Büyük aç larda (15 o ) bas nç fark n n (p-p 1 ) %10-30u Piyasada k sa tüplü birçok Venturi metre mevcuttur, bunlar Herschel tipi Venturi metrelere k yasla daha küçük yerlere monte edilebilmesine ra men ayn zamanda bas nç kayb na da sebep olabilmektedir. De arj katsay s C, tipe göre çok farkl l k gösterir bu nedenle üreticinin kalibrasyonu mevcut de ilse tekil kalibrasyon önerilmektedir. Ölçüm a z (nozzle): Basit bir ölçüm a z ekil.2.1.bde verilmi tir. Ölçüm a z ani aç lan k sa bir silindirden meydana gelir. Aç lan k sm n kesiti eliptik veya silindirik olabilir. Bo az k sm n n düz bölümünün uzunlu u bo az çap n n yakla k yar s ; a z öncesi bas nç muslu u, a z n iç yüzeyinden bir boru çap uzakl kta; a z sonras bas nç muslu u ise a z n iç yüzeyinden yar m boru çap uzakl kta olmal d r. Sesten dü ük h zdaki ak larda 2 ve 3 noktalar ndaki bas nç pratik olarak e ittir. Ölçüm a z n n iç yüzü konik seçilirse, giri ve bo az k s mlar n n geometrisi Herschel tipi Venturi metre ile ayn al nabilir. Ölçüm a z nda kritik alt ak m artlar nda ak m h z, Venturi metreler için verilen ba nt ile (2.1) hesaplanabilir. Bu ba nt da de arj katsay s, C, Reynolds say s na ve çap oran ßya ba l d r. De arj katsay s n n hesaplanmas bu bölümde verilmi tir. Orifis metreler: Orifis metrelerde debi ölçme, aral kl plaka boyunca bas nç fark (p 1 -p 2 ) ölçme prensibine dayan r. ki boruyu ba layan flan lara monte edilir. Borunun büyüklü üne göre küçük çapl (D<5cm) ve büyük çapl (D>5cm) orifisler mevcuttur. Orifislerde bas nç musluklar n n yeri de arj katsay s n etkiler. Flan l orifislerde bas nç musluklar orifisden her iki tarafa do ru 2.54 cm uzakl ktad r. Kö eli orifislerde ise musluklar orifisin hemen yan ndad r. Büyük çapl orifislerde, bas nç ölçme musluklar n n, aral a D ve D/2 uzakl kta yerle tirilen tipleri de vard r ( ekil 2.2). 30

39 ekil 2.2 Orifis metrelerde bas nç ölçme musluklar n n yerle imi. Orifis metrelerde ak kan h z n n belirlenmesinde (2.1) ba nt s kullan labilir. Orifis metrelerde bu ba nt lar n kullan lmas nda Re say s n n üst limitinin olmamas bir üstünlük olmakla birlikte, bu sistemlerde Venturi metre ve ölçme a zlar na k yasla bas nç kayb n n yüksek olmas bir mahzur olarak görülmektedir. Statik bas nç kayb 2.2 ba nt s ile hesaplanabilir C C 2 2 ( p 1 p 2 ) (2.2) Burada; : orifisin D mesafe öncesinde ve 6D mesafe sonras nda olu an statik bas nç kayb (kuvvet/uzunluk 2 ) Orifisli boru sistemi tasar m nda yersel yük kayb n n hesaplanmas nda a a daki ba nt lar kullan l r: K = 2 m 2 V (2.3) Burada; K m V : yersel yük kayb katsay s, (boyutsuz) : borudaki ak m h z, (uzunluk/zaman) 2 h = K mv / 2g (2.4) h : yük kayb, (uzunluk) g : yerçekimi ivmesi, (uzunluk/zaman 2 ) Elektromanyetik debi ölçer: Elektromanyetik debi ölçerler (magmetre), fizikte Faraday n Elektromanyetik ndüksiyon prensibine göre çal r. Faraday kanununa göre herhangi bir iletici bir manyetik alandan geçerken olu an voltaj bu ileticinin h z ile orant l d r. Elektromanyetik debimetrelerde iletici at ksudur. 31

40 Manyetik debi ölçer, yal t lm manyetik olmayan bir tüp ve bunun üstüne kar l kl monte edilmi iki adet elektromanyetik sarg dan olu mu tur. Sarg dan geçen alternatif ak m, hareketli bir iletici gibi davranan ak kanda alternatif ak m voltaj olu turur. Elektrotlarda alg lanan alternatif ak m voltaj ak kan n ak m h z ile orant l d r. Burada ak kan elektrik ak m n n ta y c s olarak davrand ndan ta y c olmayan ak kanlar için elektromanyetik debi ölçer kullan lamaz. Elektromanyetik debi ölçer kullan m nda dikkate al nmas gereken hususlar unlard r: Boruda tam dolu ak gerçekle melidir; aksi takdirde ak m h z gerçek de erinden daha yüksek okunur, 0.3 m/snin alt ndaki ak m h zlar nda güvenilirlik azal r. Tam dolu ak halindeki bir boruda, boru çap mm ve ak m debisi m 3 /saat olarak al n rsa, borudaki ak m h z m/sn olarak a a daki ba nt yard m ile bulunabilir (8): V = 354 Q/D 2 (2.5) Burada; D Q V : Boru çap, uzunluk : Debi, uzunluk 3 /zaman : Ak m h z, uzunluk/zaman Elektromanyetik metrelerin güvenilirli i çok yüksektir. Bu nedenle, geni bir debi aral nda kullan labilir. Düz bir parça borudan ibaret oldu u için ilave bir yük kayb yoktur. Performanslar, s cakl k, iletkenlik, viskozite, türbülans ve ask da kat madde parametrelerinden etkilenmez. En büyük mahzurlar ise ilk yat r m maliyeti ile i letme ve bak m için e itimli bir personelin sürekli istihdam d r. Türbin metre: Türbin metrelerde dönme h z suyun ak h z na e it h zda dönen bir türbin vard r. Bu cihaz n kullan m, borunun tam dolu ve bas nç alt nda olmas ile s v da ask da kat madde içeri inin dü ük olmas ko ullar ile s n rl d r. Güvenilirli i ve ak aral yüksektir. Akustik esasl debimetre: Akustik esasl debi ölçerlerle ak m h z ses dalgas ile ölçülür. Akustik esasl debi ölçerler s v seviyesini, alan ve gerçek h z (ses dalgas n n ak m n iki noktas aras nda gitme süresi) belirlerler. H z ve alan yard m yla de arj debisi hesaplan r. Akustik esasl debi ölçerlerin üstünlü ü dü ük yük kayb, do ruluk, de i ik boru çaplar nda kullan labilirlik, kat larla t kanmama ve geni bir ak m h z aral nda kullan labilir olmas d r. De arj katsay s n n hesaplanmas : Debi katsay lar n hesaplanmas için literatürde birçok genelle tirilmi formül bulunmaktad r. Ancak her bir debi ölçme yönteminde imalatç firmalar n geli tirdi i de i ik tipleri oldu undan montaj ve hesaplamalarda imalatç firma katalog verileri en iyi kaynakt r. Tablo 2.3de de arj katsay s n n hesaplanmas nda kullan lan ba nt lar ve bu ba nt lar n kullan m artlar verilmi tir. 32

41 D ve d ye göre Reynolds say s a a daki ba nt lar yard m ile hesaplan r (9): V Re boru D D = (2.6) V bogaz d Re (2.7) d = Burada; V boru, V bo az v : boru ve bo az k s mlar ndaki h zlar, (uzunluk/zaman) : kinematik viskozite, (uzunluk 2 /zaman) 33

42 Tablo 2.3 De arj katsay s n n hesaplanmas Ölçüm cihaz Formül Geçerlilik artlar Venturi C= (d/D) 4.5 (2.8) d/d 0.775; 1.5x10 5 ReD 2x10 6 ISA 1932 ölçüm a z C= (d/D) 4.1 -[ (d/D) (d/D) 4.15 ][10 6 /ReD] 1.15 (2.9) 5cm D 50cm 6.5cm D 50cm; d 5cm; k/d 3.8x10-4 (5),(6) 0.3 d/d x10 4 ReD d/d 0.8 2x10 4 ReD 10 7 k/d 3.8x10-4 Uzun gövdeli ölçüm a z C= [(10) 6 (d/d)/red] 0.5 (2.10) 5cm D 63cm 0.2 d/d 0.8, 10 4 ReD 10 7 k/d 10-3 Küçük borulu orifis (D < 5cm) Kö e tipli: C={ { D D +( D )[(d/d) 4 +2(d/D) 16 ]} ( /D)[(d/D) 4 +4(d/D) 16 ]} 1_( d Re / D D ) 1 _( d / D 4 ) 4 (2.11) 1.2cm D 4 cm 0.1 d/d 0.8 Flan tipli: C={ [(d/D) 4 +10(d/D) 12 ]} 1 _( D 1_( d Re d / ) 4 +[ (d/D) 4 ] D / D ) 4 (2.12) 2.5cm D 4 cm 0.15 d/d 0.7 ReD >

43 Tablo 2.3 (devam ) Ölçüm cihaz Formül Geçerlilik artlar Geni borulu C= ß 2 - Kö e tiplide: L1 = L 2 =0 orifis(d>5cm) 0.261ß ( 10 Re 6 D ) Re / Re D L 1 _ 7 L e e / Re L /(1 ) 0.8 (2.13) 2 D< m ise: (0.75-ß).8 ( / ) 2 1 L 2 D bu terim ilave edilir. (2.14) D D ve D/2 tiplilerde: L1=1 and L 2 = 0.47 d 1.25 cm,5cm D 1m,0.1 d/d 0.75 Kö e tiplide veya D ve D/2 tiplilerde: 0.1 d/d 0.5 de ReD 4000, d/d 0.5 de ReD 000(d/D) 2 16 k/d 3.8x10-4 Flan tiplilerde: Re 4000 ve Re 170,000 D(d/D) 2 (D metre) Flan veya D ve D/2 tipliler için k/d 10-3 k: e de er pürüzlülük yüksekli i, mm, (boru malzemesinin cinsine, yenili ine göre çok pürüzsüz yüzeylerde k 0.03 olmak üzere mm aras ndad r.) 35 ' '

44 Aç k Kanallarda Debi Ölçümü Savak Kanallar Savak kanallar, aç k kanallarda debi ölçümünde kullan l rlar. Geni likleri birkaç cm ile 15m aras nda, daralma k sm nda ise su derinli i birkaç cm ile 2m aras nda olabilir. Savak kanallar n klasik savaklara k yasla daha dü ük yük kayb üstünlü ü yan s ra, kurulma ve hesaplamalar n daha karma k olmas gibi mahzurlar da vard r. Kanallarda su seviyesi, daralma bölümünde ölçülür. Parshall kanal nda ölçüm, daralma kanal n n 2/3 mesafesinde; dikdörtgen, trapez ve U kanallarda ise bo azdan ve beklenen maksimum savak yükünün 3-4 kat uzakl kta ölçülür. Bu üç kanalda savak yükü, pozisyonla fazla de i medi inden, Parshall kanal nda oldu u gibi tam bir ölçüm yerinin olmas fazla önem arz etmemektedir. Bu bölümde, uygulamada a rl kl olarak kullan lmakta olan Parshall, dikdörtgen, trapez ve U kesitli kanallar ile ilgili hesaplamalar verilmi tir. Bunlardan her birinin montaj, savak yükü ölçümleri, çökme ve analizleme ile ilgili fayda ve mahzurlar vard r. En yayg n olarak Parshall kanal kullan lmaktad r. Ancak son y llarda geli en yeni kanal tasar mlar, Parshall kanallar n n montaj zorluklar ve tortulanma e ilimi nedenleri ile daha fazla tercih edilmeye ba lanm t r. Bu bölümde verilen hesaplama yöntemleri ISO, ASTM ve USBR standartlar ndan al nm t r (10), (11), (12), (13). Bu ba nt lar teorik ba nt lar n deneysel gözlem sonuçlar na göre uyarlanmas yla olu turulmu tur. Parshall kanallar için batm ve batm olmayan artlar, dikdörtgen, trapez ve U kanallar için ise sadece batm olmayan artlar için ba nt lar verilmi tir. Batm olmayan durum bo az k sm nda su seviyesindeki dü ü ün gözle fark edildi i durumdur. Parshall(Venturi) kanal : Parshall kanal, bu tür savak kanallar aras nda en geni kullan ml olan d r ve 1930larda tasarlanmas ndan bu yana kanal ölçümlerinde standart olmu tur. Parshall kanal n n en önemli üstünlü ü yük kayb n n dü ük olmas ve kendi kendini temizleme kapasitesidir. Parshall kanal üç bölümden olu ur: daralma bölümü, bo az ve geni leme bölümü. Serbest ak l ve batm olmak üzere iki tipi mevcuttur ( ekil 2.3). Parshall kanal boyutland rmas ISO 9826(10) ve ASTM D1941 (1991)(11) standartlar nda verildi i gibi yap lmal d r. Kanallar s v ak n, kritik alt ndan süper kritik özelli ine geçirmek üzere tasarlanm t r. Parshall kanal durumunda ise bu geçi bo az k sm nda daralma ve dü ü ile sa lan r. Bu dönü üm ak m n kanal bo az nda kritik bir derinlikten geçmesine neden olur. Kritik derinlikte enerji minimuma iner. Kritik derinlik ak h z na ba l d r ve h z n kesin yerinin tespit zorlu u nedeniyle bu derinli in ölçümü fiziksel olarak çok zordur. Di er taraftan bo az öncesi derinlik kütle korunumu nedeniyle kritik derinlik ile ili kilidir. Bu nedenle ak h z bo az öncesi derinli in ölçümü ile hesaplan r. Serbest ak l Parshall kanal nda debi hesab : Bu halde bo az k sm nda hidrolik s çrama gözle net olarak fark edilir. Yani bo az sonras su seviyesi, bo az öncesi su seviyesinden belirgin derecede fark edilecek kadar dü ük seviyededir. 36

45 2.3. Parshall kanal n n ematik görünümü Serbest ak l Parshall kanal nda debi a a daki ba nt ile hesaplan r: Q = C h n (2.15) Burada; Q h C n b : Hacimsel h z, debi, m 3 /saniye : Bo az öncesi derinlik, m : Parshall kanal sabiti, ampirik : Parshall kanal üs sabiti, birimsiz : Bo az geni li i, m C ve n sabitleri ekil 2.4deki grafikten bulunabilir. 37

46 ekil 2.4. Parshall kanal sabitleri Batm ak l Parshall kanal nda debi hesab : Bu halde bo az k sm nda hidrolik s çrama gözle fark edilemeyecek, yani bo az sonras su seviyesinin, s çraman n fark edilemeyece i kadar yüksek oldu u ak artlar hakimdir. Batm ak l Parshall kanal nda debi a a daki ba nt ile hesaplan r: Q = C h n - Q e (2.16) Burada; Q e : batm l n debiyi azaltma pay, m 3 /sn b < 3.05 m için (2.16) ba nt s ndaki Q e için a a daki ba nt verilmektedir: H / h Q e = 0.07 b h 1.8 H / h H / h (2.17) Burada; H H/h : Bo az sonras ölçülen su seviyesi, m, (sadece kanal batm sa gereklidir) : Batm l k oran, (b < 3.05 için H/h > 0.6 veya b 3.05 için H/h>0.8 ise kanal batm t r) b 3.05 m için Q e : Q e = C s Q 3 (2.18) 38

47 C s = (0.3281) b (2.19) Burada; Q 3 : Q e yi hesaplamak için ak faktörü, m 3 /sn ( b 3.05 için). Batm Parshall kanal için C ve n sabitleri ekil 2.4deki grafikten, Q 3, ise H/hn n ve hn n fonksiyonu olarak ekil 2.5deki grafikten bulunabilir. ekil 2.5 Geni li i 3.05 mden büyük batm Parshall kanal için Q 3 sabiti Dikdörtgen kanal: Dikdörtgen en kesitli kanal n ematik görünümü ekil 2.6da verilmi tir. Hesaplamalar n s ras a a daki gibidir (ISO ): 0.006L L 3/ 2 C d ( 1 )( 1 ) (2.20) b h A = B (P+h) (2.21) C 2 / 3 v 1 2 bhcvc 3 3 A d buradan C v bulunur. (2.22) 2h 3/ 2 Q = bcdcv( ) g, (2.23) 3 Q V =, (2.24) A 39

48 V F = (2.25) gh C v sadece (h b C d /A<0.93) ise çözülebilir. Burada; A : Daralma k sm nda enine kesit alan, m 2 b : Bo az k sm taban geni li i, m B : Daralma k sm taban geni li i, m C d : Dikdörtgen, trapez ve U kanallarda de arj katsay s, birimsiz C v : Dikdörtgen, trapez ve U kanallar için daralma h z sabiti, birimsiz F : Daralma kanal ak için Froude say s, birimsiz F<1 yava veya kritik alt ak, F>1 h zl veya süper kritik ak g : Yer çekimi ivmesi, m/sn 2 h : Ölçülen su seviyesi, m, e ik varsa su yüzeyi ve e ik aras ndaki dikey mesafe L : Bo az k sm n n uzunlu u, m P : E ik yüksekli i, m Q : Kanal boyunca ak h z, m 3 /sn V : Daralma k sm nda h z, m/sn Bu hesaplamalar n için ISO 4359un önerdi i artlar unlard r: h 2m, 0.1m b B, F 0.5, h/b 3 (bh)/[b(p+h)] 0.7, h/l 0.5 h 0.05 veya h 0.05L (hangisi büyükse) 40

49 Trapez kanal Dikdörtgen kanal B b Q B b L Hidrolik atlama Q h L P Hidrolik atlama L h U kanal P L B b L Q 1.0 M, m B, b M, m 1.0 h Hidrolik atlama P L D, d ekil 2.6 Trapez, dikdörtgen ve U kanal n ematik görünümü 41

50 Yamuk (trapez) kesitli kanal: Trapez kanalda hesaplamalar n s ras a a daki gibidir (ISO 4359, 1983): k 2 1 m m (2.26) C d ( kL L 3/ 2 )( 1 ) b h (2.27) A = (P+h)[ B + M (P+h)] (2.28) T = B + 2M (P + h) (2.29) H = h al n r, Cs ise ekil 2.7deki grafikten bulunur. Bu grafik 0.02 < mh/b < 5 aral nda geçerlidir. ekil 2.7 Trapez kanalda C s nin bulunmas (0.02 < mh/b < 5) C 2 / 3 v 1 2 bhcvc 3 3 A s (2.30) bu ba nt da C v bulunur. Daha sonra, 2h 3/ 2 Q = bcdcscv( 3 ) g (2.31) Q V = A (2.32) F = V T ga (2.33) 42

51 Burada; 2/3 H :Toplam su seviyesi, m, H = h C v K : Trapez kanal hesaplar nda kullan lan bir sabit, boyutsuz, m : Trapez kanal bo az k sm e imi, (yatay/dikey) M : Trapez kanal daralma k sm e imi, (yatay/dikey) T : Daralma k sm tavan geni li i, m. C v sadece h b C s /A < 0.93 ise hesaplanabilir. C s ve C v H ve hn n fonksiyonu oldu undan H = h C v 2/3, C s, C v, ve Q tekrardan hesaplanmal d r. ISO 4359 Q yu üç defa hesaplamay önermektedir. Ancak trapez kanal üreticileri dördüncü haneye kadar Qnun hesaplanmas na devam edilmesini önermektedirler. Sonuç olarak Qdan V ve F hesaplan r. Bu hesaplamalar n için ISO 4359un önerdi i artlar unlard r: h 2m, 0.1m b < B, F 0.5, h/l 0.5 h 0.05 veya h 0.05L (hangisi büyükse) Dikdörtgen, trapez ve U kanallarda bo az k sm nda bir e ik oldu undan savak yükü ölçümü, daralma bölümünün dibinden de il, e i in tepesinden yap l r. U kanal: Bu tip savak kanallar yla debi ölçümü ve hesab a a daki gibidir. ( P+h ) < D/2, ise: 0.006L L 3/ 2 C d ( 1 )( 1 ) (2.34) d h D 2( P h [ ) ] 1 Cos (2.35) 2 D ( P+h ) D/2, ise: D A ( sin cos ) (2.36) 4 T 2 ( P h)( D P h) (2.37) D ( P h ) 2 2 D A D (2.38) 8 T=D H=h kabul edilir ve ekil 2.8deki grafikten C u bulunur. Bu grafik 0.1<H/d<3 için geçerlidir. Daha sonra a a da verilen (2.39) ba nt s ndan C v bulunur: 43

52 C 2 / 3 v 1 2 dhcvc 3 3 A u (2.39) 2h 3/ 2 Q = dcdcucv( ) g (2.40) 3 Q V = (2.41) A T F = V (2.42) ga Bu hesaplamalar için ISO 4359un önerdi i artlar unlard r: h 2m, 0.1m d/d F 0.5, h/l 0.5 h 0.05 veya h 0.05L (hangisi büyükse) ekil 2.8 U kanallar nda C u nun bulunmas C v sadece h d C u /A < 0.93 ise hesaplanabilir. C u ve C v, H ve hn n fonksiyonu oldu undan H = h C v 2/3, C u, C v, ve Q tekrardan hesaplanmal d r. ISO 4359 Qyu üç defa hesaplamay önermektedir. Ancak U kanal üreticileri dördüncü haneye kadar do ruluk sa lanana kadar Qnun hesaplanmas na devam edilmesini önermektedirler. Sonuç olarak Qdan V ve F hesaplan r Savaklar Savaklar aç k kanallarda debi ölçümünde kullan l rlar. Bu bölümde uygulamada en yayg n olarak kullan lan dikdörtgen, V, trapez savaklarla ilgili ba nt lar verilmi tir. Dikdörtgen savak: Dikdörtgen savaklarda temel prensip, debinin su derinli iyle (h, ekil 2.9da savak yükü) do rudan ili kili olmas d r. Dikdörtgen savaklar, bast r lm, k smen daralt lm veya tamamen daralt lm olabilirler. Bast r lm dikdörtgen savaklarda 44

53 daralma yoktur, bu savaklarda (b) = (B)dir. Di er bir deyi le çentik yoktur, savak dümdüzdür. Tamamen daralt lm savaklarda, (B-b) > 4h max (h max savakta beklenen en yüksek su seviyesidir) (13). K smen daralt lm savakta ise 0 < (B-b) < 4h max d r. Savaklarda daraltma, su ak n n sava a do ru s k t r lmas amac yla yap l r. ISO (1980), ASTM (1993) ve USBR (1997) bast r lm, k smen daralt lm veya tamamen daralt lm dikdörtgen savaklar için Kindsvater-Carter denklemini (13) önermektedirler (14), (15), (16): Q = C e 2 3 2g ( b + 3/ 2 + K b )( h K h ) (2.43) Burada; Q : debi, m 3 /sn C e : de arj katsay s, boyutsuz g : yerçekimi ivmesi, m/sn 2 b : çentik geni li i, m h : su seviyesi, metre K b ve K h : viskozite ve yüzey geriliminin etkisi, m (b+k b ) toplam etkin geni lik, (h+k h ) toplam ise etkin savak yükü olarak adland r l r. g= m/sn 2, K h = mdir. C e, b/b ve h/pnin fonksiyonu; K b, b/bnin fonksiyonudur. ekil 2.10da ISO (15) ve LMNO (9)un çe itli b/b de erlerinde h/p ye kar C e grafi i verilmi tir. Nümerik çözümler için çe itli b/b oranlar nda K b de erleri ise ekil 2.11de verilmi tir. 45

54 ekil 2.9. Dikdörtgen, V ve trapez savaklar n ematik görünümü 46

55 ekil Dikdörtgen savaklarda debi katsay s Önerilen montaj artlar ve denklemin uygulamas (15): h, savak öncesi, savaktan maksimum savak yükünün 4-5 kat uzakl kta ölçülmelidir, Sava n kal nl önemli de ildir, ancak e i in suyun geçti i bölümünün kal nl önemlidir ve 1-2 mmyi geçmemelidir. Savak sonras su yüzeyi, kretin (savak çenti i taban ) en az 6 cm alt nda olmal d r (13), Ölçülen su seviyesi, h 0.03 m olmal d r, P, savak öncesi kretten itibaren ölçülmeli ve P 0.1 m. olmal d r ( m), Çentik geni li i b 0.15m, ve savak geni li i B 0.15m ( ) olmal d r, 0 < b/b 1 ve 0 < h/p 2.5 olmal d r, b < B (daralt lm savaklarda) ise (B-b) 0.2 m olmal d r. ekil Dikdörtgen savaklarda K b katsay s 47

56 Üçgen (V- çentikli) savak: Üçgen savaklarda temel prensip, de arj n üçgenin taban ndan itibaren su yüksekli i ile orant l olmas d r. Bu mesafe su seviyesi (h) olarak adland r l r ( ekil 2.9). Üçgen savaklarda de arjdaki küçük de i imler derinlikte büyük de i imlere neden oldu undan dikdörtgen savaklara k yasla daha hassas savak yükü ölçümlerine olanak tan r. ISO (1980), ASTM (1993) ve USBR (1997) üçgen savaklar için Kindsvater-Carter denklemini önermektedirler (14), (15), (16): Q = C tan ( /2) (h+k) 5/2 (2.44) Burada; Q C h k : Debi, m 3 /sn : De arj katsay s, boyutsuz : Çentik aç s, derece : Savak yükü, m : Su seviyesi düzeltme faktörü, m C ve kn n aç ya kar çizilmi grafi i ekil 2.12deki grafikte verilmi tir. Otomatik hesaplamalar için geli tirilmi olan C ve k denklemleri 2.45 ve 2.46da verilmi tir (9): ekil Üçgen savaklarda C ve k sabitleri C = x (2.45) k (m) = x x x x (2.46) Önerilen montaj artlar ve denklemin uygulamas (15): h, savak öncesi savaktan 4h uzakl kta ölçülmelidir. Sava n kal nl önemli de ildir, ancak suyun e i in V k sm ndan geçti i bölümünün kal nl önemlidir ve V k sm n n kal nl mm aral nda olmal d r. Savak sonras su yüzeyi, Vnin alt k sm ndan en az 6 cm a a da olmal d r (böylece suyun serbest ak sa lan r). 48

57 Ba nt lar h < 38cm ve h/p < 2,4 için geli tirilmi tir. Ba nt lar tam daralt lm üçgen savaklar için geli tirilmi tir (h/b 0.2 olmal d r). Daralma bölümü ortalama geni li i (B) > 91 cm olmal d r. V nin taban savak öncesinin dibinden en az 45 cm yukar da olmal d r. E er savak yukar da belirtilen artlar n baz lar n kar lam yorsa söz konusu savak k smen daralt lm üçgen savak olabilir. Bu durumda h/b 0,4 olmas ; Vnin taban n n savak öncesinde dipten 10 cm yukar da olmas ; daralma bölümünün 61 cm geni li inde olmas ; h<38 cm yerine 61 cmye kadar olabilmesi yeterlidir. Bu durumda C için farkl grafik vard r (13). Trapez (Cipoletti) savaklar: Trapez savaklarda temel prensip, de arj n su yüksekli i (h) ile orant l olmas d r. Bu mesafe su seviyesi (h) olarak adland r l r ( ekil 2.9). Trapez savaklarda yan e imler dik/paralel = 4:1dir. Trapez savaklar tam daralt lm olarak kabul edilirler. De arj katsay s C = olup, dikdörtgen savaklar gibi L veya Pye ba l de ildir. U savaklar için USBR (1997) u ba nt y önermektedir (13): Q = 65.6 L h 3/2 (2.47) Burada; Q L h : debi,m 3 /sn : savak uzunlu u, m : su seviyesi, m L, su yüzeyi boyunca de il, sava n dibi boyunca ölçülür. Önerilen montaj artlar ve uygulama (13): Yanal yüzlerin e imi dik/paralel = 4:1 olmal d r. H, savak öncesi savaktan en az 4h uzakl kta ölçülmelidir. Sava n aç lma bölümünde kal nl mm aras nda olmal d r. Savak sonras su yüzeyi trapezin alt k sm ndan en az 6 cm a a da olmal d r. Ölçülen su seviyesi h> 6cm ve h< L/3 olmal d r. P, kanal öncesi kanal dibinden ölçülür ve P>2h max (h max =maksimum beklenen su seviyesi) olmal d r. b, kanal n yanlar ndan ölçülür ve b > 2h max olmal d r z Madde Enjeksiyonu Yöntemi ile Debi Ölçümü Türbülansl ak larda, çok yüksek veya dü ük h zlarda akan suda fazla kat madde hareketi olmas gibi durumlarda debi ani veya sürekli enjeksiyon yöntemleri ile ölçülür. Ani enjeksiyon yöntemi: Akan suya bir kesitten ani olarak bir iz maddesi (kimyasal tuz, floresan madde veya zarars z bir radyoaktif madde) kat l r. Ayn hat üzerinde ba ka bir kesitte bu iz maddesinin konsantrasyonunun zamanla de i imi ölçülür. Suya ilave edilen maddenin hacmi V 1, içindeki izleyici konsantrasyonu C 1, iz maddesi konulmadan önceki konsantrasyon C o ise, hat üzerindeki kesitte zamana göre ölçülen konsantrasyon de i imi C(t) oldu una göre akarsuyun debisi kütle korunumu prensibinden (2.48) formülü ile hesaplan r. 49

58 1 1 Q (2.48) 0 V C ( C C ) t 0 Konsantrasyon de i iminin yeterli hassasiyetle ölçülmesi zor oldu undan bu yöntemin uygulanmas nda zorluklarla kar la l r. Sürekli enjeksiyon yöntemi: Bu yöntemde iz maddesi enjeksiyonu sürekli olarak yap l r. Enjeksiyon süresi hattaki ölçüm istasyonunda ölçülen izleyici konsantrasyonunun sabit bir C 2 de erine eri mesine olanak verecek kadar uzun olmal d r. Akan suya birim zamanda kat lan kimyasal hacmi Q 1, çözeltideki izleyici konsantrasyonu C 1 oldu una göre yine kütle korunumu prensibinden akan suyun debisi hesaplan r (2.49). QC 0 + Q 1 C 1 = (Q+Q 1 ) C 2 Ba lang çtaki iz maddesi konsantrasyonu C 0 = kabul edilerek: C C C Q ( Q1 (2.49) C Q1 1) 2 C0 C2 Bu yöntemin uygulamas daha kolayd r. Bu yöntemler kullan l rken iki kesit aras ndaki uzakl n iz maddesinin tam olarak kar mas n sa lamaya yetecek kadar uzun olmas na dikkat etmek gerekir. Yanal do rultuda kar ma dü ey do rultudaki kar maya göre daha yava oldu undan enjeksiyonun kesitin çe itli noktalar nda birden yap lmas daha uygundur Yüzgeçlerle Debi Ölçümü Daha basit bir h z ölçme yöntemi de ak m taraf ndan sürüklenen yüzgeçlerin belli bir yolu almalar için geçen zaman n ölçülmesi ile gerçekle ir. Bu yöntemin kullan labilmesi için akan suda yeterli uzunlukta (en az kesit geni li inin 5 kat ) düz bir parça bulunmal d r (17). Su yüzünde hareket eden bir yüzgeç kullan l yorsa ortalama h z bulmak için yüzgecin h z 0,8-0,9 gibi bir katsay ile çarp l r. Ak m n derinli i boyunca uzanan yüzgeçlerle ortalama h z için daha güvenilir bir de er elde edilir. Çok say da yüzgeç kullan l p sonuçlar n ortalamas al narak daha sa l kl sonuçlar elde edilebilir. Ancak genellikle yüzgeçlerle elde edilen sonuçlar çok hassas de ildir. Ta k n vb. gibi sebeplerle di er yöntemlerin kullan lamad özel durumlarda bu yöntem kullan l r. 50

59 KAYNAKLAR (1) Wastewater Engineering, Treatment Disposal Reuse,Metcalf & Eddy. McGraw-Hill International Editions. Third edition. (2), Syed R. Kas m, 1985, Wastewater Treatment Plants, Treatment, Design, and Operation CBS Publishing Japan Ltd. (3) American Society of Mechanical Engineers ASME FED 01-Jan Fluid Meters, Their Theory and Application- Sixth Edition. (4) Robert H. Perry, Don W. Gren, 1997, Perrys Chemical Engineers Handbook, seventh edition,, McGraw-Hill International Editions. (5) American Society of Mechanical Engineers (ASME) Measurement of fluid flow using small bore precision meters. ASME MFC-14M (6) International Organization of Standards (ISO 1991). Measurement of fluid flow by means of pressure differential devices, Part 1: Orifis plates, nozzles, venturi tubes inserted in circular cross-section running full. Reference number: ISO :1991(E). (7) Engineering Data Book. Gas Processors Suppliers Association. Tulsa, Oklahoma 74103, ninth edition, 1972, revised, (8) UNIMAG Electromagnetic closed pipe flow meter. Application Guide, ISCO. (9) LMNO Engineering, Research, and Software, Ltd (10) International Organization of Standards (ISO 9826) Measurement of liquid flow in open channels- Parshall and SANIIRI flumes. (11) American Society for Testing and Materials (ASTM D ) Standard test method for open channel flow measurement of water with the Parshall flume. (12) International Organization of Standards (ISO 4359) Technical Corrigendum 1 for: Liquid flow measurement in open channels-rectangular, trapezoidal, and U-shaped flumes. Reference number: ISO 4359: 1983/Cor.1:1999(E). (13) USBR U.S. Department of the Interior, Bureau of Reclamation. Water measurement Manual ed. (14) Kindsvater, C.E. and R.W.Carter Discharge characteristics of rectangular thinplate weirs. Transactions, American Society of Civil Engineers. Vol.24. Paper No (15) International Organization of Standards ISO (1980) ISO 1438/1-1980(E). Water flow measurement in open channels using weirs and venture flumes-part 1: Thin plate weirs (16) American Society for Testing and Materials (ASTM (1993). ASTM D5242. Standard test method for open channel flow measurement of water with thin-plate weirs (17) Mehmetçik Bayaz t, 1995, Hidroloji, TÜ n aat Fakültesi Matbaas. 51

60 3. BORULAMA VE H DROL K HESAPLAR Bas nçl ortamda suyun iletilmesini sa layan atmosfere kapal yap lara borulu sistemler denir. Normal artlar alt nda suyu k smen dolu olarak geçiren yap lar ise aç k kanallard r. Boru ve aç k kanallarda cereyan eden ak mlarda ayn hidrolik prensipler geçerlidir, dolay s yla her iki ak ma ait hidrolik problemlerinin çözümünde ayn temel formüller kullan l r. Ar tma tesisi tasar m projesinde, ar tma üniteleri, ba lant borular ve di er detaylar yerle tirildikten sonra boru hatt boyunca sürtünme kay plar ve ar tma ünitelerindeki yük kay plar hesaplan r. Hidrolik profil, ar tma tesisindeki hidrolik seviye hatt n n su yüzeyi profili grafik olarak gösterilmesidir. Proje üzerinde ar tma ünitesi ve borular n, suyun cazibe ile akabilmesini sa lamak üzere gerekli hidrolik e imi vermek üzere konumlar belirlenir. At ksu ar tma tesisi planlan rken ba lang ç noktas arazi topografyas na göre seçilir. Yeterli e im varsa giri yap lar ndaki kay plar hesaplan r, a a mansaba do ru hareket edilerek uygun noktalarda hidrolik tahkikler yap l r. Yeterli e im yoksa projelendirmeye de arj noktas taraf ndan mansaptan ba lan r ve ters istikamette yukar ya (memba) do ru ç k l r. Yük kay plar hesaplanarak kontrol noktalar n n kotlar tespit edilir. Kontrol noktas olarak al c sudaki yüksek su seviyesi seçilerek hesaplamalar kayna a do ru ilerletilir veya ar tma tesisinin orta noktas ndan her iki tarafa do ru hidrolik profil ç kart l r. Yeterli hidrolik e im verilmedi inde birçok i letme problemi do abilir, hatta pik yüklemede kontrol d ta malar ya anabilir (1), (2) Tan mlar Laminer ak m: Ak kan n her taneci i sabit h zda, boru eksenine paralel hareket ederek boru içerisinde düzgün bir ak m n olu mas n sa lar. (Re<2000). Türbülansl ak m: Ak kan n her taneci i farkl h z ve yönde geli igüzel hareket eder ve girdap olu ur. Bu nedenle boru kesitinde düzgün olmayan bir ak m n olu mas na sebebiyet verirler. Ak m artlar n n belirlenmesinde Reynolds (Re) say s n n büyüklü ü önemli bir parametredir (Re>2000). Re, 2000e çok yak nsa sistem karas z olup, Laminer ve türbülansl ak aras nda sal n r. VD R e = (3.1) v Burada; V : ak kan n boru içindeki ortalama h z, m/sn D : borunun iç çap, m v : ak kan n kinematik viskozitesi, m 2 /sn (suyun çe itli s cakl klardaki kinematik viskozitesi Tablo 3.1de verilmi tir) Hidrolik yar çap (R): Dolu olarak su geçiren d çap ve r yar çap ndaki daire kesitli bir boruda r/2 veya d/4 al n r. Islak kesit (S): Ak kan n do rudan temas etti i boru kesiti. Islak çevre (P): Ak kan n temas etti i kanal veya boru duvar, slak kesitin çevresini olu turur. (Tam dolu olmayan kanal veya borudaki ak larda slak çevre tan m na hava ile temas eden kesit girmez.) 52

61 Tablo 3.1. Suyun farkl s cakl klarda kinematik viskozitesi (3) S cakl k o C Kinematik viskozite cst Borulama Ar tma tesisinde bir üniteden di erine ak n sa lanabilmesi için kanal, boru ve di er detaylar n yerlerinin ayarlanmas önemlidir. Borulama projesinin haz rlanmas nda üç temel unsur söz konusudur: Montaj ve i letmeye uygunluk, Bak m için kolay eri ilebilirlik, leride muhtemel ba lant veya yeni hatlar n ilave edilebilmesi Hidrolik Profil Hidrolik profil at k suyun de arj edilece i noktaya göre belirlenir. Bir tesiste hidrolik profil haz rlanmas nda göz önünde bulundurulmas gereken temel prensipler unlard r (4): Hidrolik profil, pik ve ortalama tasar m debisi ile minimum ba lang ç debisi için haz rlan r. Hidrolik profil, genellikle tesis içindeki tüm ana su hatlar için haz rlan r. Ar tma tesisindeki toplam yük kayb, ar tma üniteleri, ba lant borular ve di er detay k s mlardaki yük kay plar n n toplam d r. Ar tma ünitesindeki yük kay plar unlard r: a. At ksu giri yap lar ndaki yük kay plar, b. At ksu ç k yap lar ndaki yük kay plar, c. Ünitedeki yük kay plar, d. Di er kay plar. Ar tma tesisinde en büyük yük kayb, pik tasar m debisi artlar nda, en büyük ünite servis d kald nda, geri devirli durumda olu ur. Çe itli ar tma birimlerindeki yakla k yük kay plar Tablo 3.2 de verilmi tir. 53

62 Tablo 3.2. Ar tma birimlerindeki yük kay plar Ar tma birimi Toplam yük kayb (m) Izgara 0,02-0,3 Kum tutucu Havaland rmal kum tutucular 0,5-1,2 H z kontrollü kum tutucular 1,0-2,5 Ön çöktürme Havuzu 0,5-1,0 Havaland rma Havuzu 0,3-0,8 Damlatmal filtre Dü ük h zl ve dozlama tertibat 3,0-6,0 Yüksek h zl, tek kademeli 2,0-5,0 kinci (son) çöktürme Havuzu 0,5-1,0 Klorlama ünitesi 0,2-2,5 Ba lant borular ve kanallardaki toplam kay p a a dakilerin toplam d r: a. Giri yük kayb, b. Ç k yük kayb, c. Daralma ve geni leme yük kayb, d. Sürtünme (sürekli) yük kayb, e. Dirsek, ara ba lant lar, kapak, vana ve metrelerdeki yük kayb, f. Savak ve di er hidrolik kontroller için gereken yük, g. Serbest dü me için gereken (yük), h. Ar tma tesisinin ilerideki geni leme ihtimaline kar b rak lan yük. Boru ve mecralar n ba lant yerlerinde s v n n ak h z, kat lar n çökmesine meydan vermeyecek seviyede tutulur. Pik tasar m ko ullar nda minimum 0,6 m/sn h z yeterlidir. Minimum ba lang ç ak m nda ise 0,3 m/sn h z organik kat maddelerin sürüklenmesi için yeterli görülmektedir. Maksimum ve minimum debi oran çok büyük oldu undan ba lang ç artlar nda (projenin ilk y llar nda) kendi kendini temizleme h z sa lanamaz. Bu durumda temizleme ancak daha yüksek ak artlar nda sa lanabilir. Bu tür tasar mlarda temizlemenin s kl dikkate al nmal d r. Baz durumlarda kat lar ask da tutmak için havaland rma uygulan r. Aç k kanal ve mecralarda yersel yük kay plar h z yüksekli i (k.v 2 /2g) olarak hesaplan r. Yersel yük kay plar Bölüm 3.3.1de izah edilmi tir. Bas nçl borularda sürtünme kay plar Hazen-Williams veya Prandte-Colebrook ba nt lar ile bulunabilir. Bu konu 3.3.1de izah edilmi tir. Kanallarda ak m yüksekli i ak artlar na ba l d r. Bu yüzden aç k kanallarda derinlik, tasar m debi de erinde, su yüzeyi hidrolik profilini temsil edecek seviyede 54

63 tutulur. Aç k kanallarda ak düzenli veya düzensiz olabilir. Kesiti, debisi ve h z sabit olan kanallarda ak düzgün olur. Kanal tasar m nda genellikle pik tasar m de erinde ak n düzgün oldu u varsay l r. Kesit de i ken veya kanala giren at ksu debisi sabit de ilse ak düzensiz olur. Bu durumda sürtünme formülü geçerli olmaz. At ksu ar tma tesislerinde geçi ak lar ve düzensiz ak lar için yeterli tolerans sa lan r. Geçi için yük kayb genellikle enerji denklemi kullan larak hesaplan r. At ksu ar tma tesislerinde kullan lan debi ölçme cihazlar n n ço u yük kayb esas ile çal r. Hidrolik profil, debi ölçme cihazlar için uygun yük kayb hesaplamalar n da içermelidir. Hidrolik profil haz rlanmas nda y ekseni, ar tma ünitelerini ve su yüzeyindeki yükselmeleri göstermek üzere özellikle deforme edilir. Tesiste optimum yükselmeyi belirlemek ve hidrolik kontrolleri sa lamak üzere toprak seviyesi de belirtilmelidir. Boru hatlar nda sürtünmeden kaynaklanan yük kay plar boru çap ile ters orant l d r. Boru çap büyüdükçe terfi için gerekli enerji maliyeti dü er ancak bu durumda da boru hatt n n amortisman maliyeti yükselir. Bu iki giderin de minimum olaca ekonomik çap olarak adland r lan bir boru çap tan mlanm t r. Literatürde, ekonomik çap n hesaplanmas için geli tirilmi formüller bulunmaktad r (Vibert formülü,3.2). ne D = 1.456x ( ) xq (3.2) f Burada; D : borunun ekonomik çap, m n : günlük pompa çal ma saati (24e bölünmü ) e : kwsaat fiyat (Frans z Frang cinsinden) f : hatt n birim boy maliyeti (Frans z Frang /m boru) Q : debi, m 3 /sn Bu formülde 1,456 say s 50 y lda %8 y pranmay göstermektedir. Ancak bu de erler teorik olup piyasada sat lan ve ticari çap olarak tan mlanan de erlerle örtü mez. Bu yüzden pratikte ekonomik çap n hemen üstünde bir boru çap seçilir Yük Kay plar n n Hesaplanmas Boru veya kanal n geni ledi i veya ak m n do rultu de i tirdi i yerlerde h z n büyüklü ünün ve do rultusunun de i mesi nedeniyle enerji kay plar meydana gelir. Bunlar yersel (lokal) enerji (yük) kay plar d r. Sürekli yük kayb ise boru hatt boyunca ak uzunlu u ile orant l olan yük kay plar d r. Ak yolunun k sa oldu u durumlarda yersel yük kay plar daha fazla önem kazan r. At ksu ar tma tesislerinde boru ve kanallar n ço u oldukça k sa oldu undan yersel yük kay plar n n mertebesi önem kazan r. Enerji kay plar hesaplan rken yersel yük kay plar genellikle ihmal edilir. Bernoulli teoremi: Sürtünmesiz ak artlar nda (ideal ak kan hali), s k t r lamayan ak kanlar için ak kan taneci inin potansiyel, bas nç ve hareket (kinetik) enerjisi toplam 55

64 sabittir. deal ak artlar nda ak kan n mekanik enerji korunumu Bernoulli denklemi ile ifade edilebilir. Ak kan taneci inin a rl enerji ifadeleri (5):, g, v ile ifade edilebilir, Bu durumda Bernoulli denklemindeki Potansiyel enerji = g v z / g v = z Bas nç enerjisi = p v / g v = p / g Kinetik enerji = ( v V 2 /2) / g v = V 2 / 2g Netice olarak Bernoulli denklemi: z + p/ g + V 2 / 2g = C (3.3) olur. Burada, : ak kan n yo unlu u, kg/m 3 g : yerçekimi ivmesi, m/sn 2 v : ak kan n hacmi, m 3 z : ak kan n referans yatay bir düzleme göre konumu, m p : ak kan taneci ine uygulanan bas nç, pascal (Newton/m 2 ) V : ak kan taneci in h z, m/sn C : sabit Bir ak ta ak kan taneci inin P gibi bir noktaya p/ g kadar yükseltildi ini dü ünürsek, P noktas n n koordinat bas nç yüksekli ini, P noktas n n konumu ise hidrolik gradyan ifade eder. Ak kan taneci ini P noktas ndan C noktas na V 2 /2g de eri kadar yükseltti imizde C noktas n n konumu ak n enerji çizgisini belirler. deal ak artlar nda, di er bir deyi le sürtünmesiz ortamda, C noktas n n konumu sabit olup enerji çizgisi yatay durumdad r. Gerçek ak artlar nda, sürtünmenin sebep oldu u enerji kayb nedeniyle, ak kan içinde ve ak istikametinde farkl iki nokta aras ndaki enerji çizgisi azalan bir e ilim gösterir. Bu durumda iki noktadaki enerji çizgisi aras ndaki seviye fark yük kayb olarak tan mlan r Dairesel Kesitli Hatlarda Yersel Yük Kay plar n n Hesaplanmas Dairesel kesitli hatlardaki ak artlar nda yersel yük kayb hesaplamalar nda (3.4) formülü kullan lmaktad r. Bu formül, hatt n herhangi bir noktas nda mevcut geni leme ve daralma ile vana, dirsek ve benzeri ba lant lar n olmas durumunda, bu noktadaki bas nç kayb hesab nda kullan l r. Bu ba lant lar n cinsine ve niteli ine ba l olarak yerel yük kayb katsay lar (k) de i mekte olup k n n de eri yük kayb n etkiler. h= k V 2 /2g (3.4) Burada; h : yerel yük kayb, metre ak kan yüksekli i V : boru içinde ortalama ak kan h z, m/sn g : yerçekimi ivmesi, m/s 2 56

65 k : boyutsuz sabit, söz konusu yerin tabiat na ba l yük kayb katsay s Formül (3.4) borular n yap lara giri ve ç k lar nda, boru daralma ve geni lemelerinde, de i ik aç lardaki dirseklerde, boru hatt üzerinde mevcut olabilecek muhtelif tip vana, T ve Y ba lant lar nda ak n sebep oldu u yerel kay plar n hesaplamalar nda da kullan l r. A a da de i ik yap ve ba lant lar n sebep oldu u yük kayb hesaplamalar nda kullan lan yük kayb katsay lar (k) örneklerle verilmi tir: ÇIKI 1. Büyük tanklara boru ba lant s nda yük kayb katsay s a) Tanktan ç k -keskin aç ile b)ç k borusu tank n içinden (içeri giren k s m çap n 1-2 kat ) k=0.5; 2 V h = 0.5 k=1; 2g 2 V h = 2g c) Yuvarlat lm ç k k = 0.05 (bu ortalama bir de erdir, k profilin yuvarlat lma ekline ba l ); 2 V h = g 57

66 G R k = 1 ; 2 V h = 2g 2. Borularda dönü lerde yük kayb katsay s a) geni aç l (yumu ak) dönü (9) d d 3.5 k (3.5) 2r 180 Burada; k r d : yük kayb katsay s, : k vr m n yar çap, m : borunun iç çap, m : aç, derece h = k 2 V 2g k, 3.5 ba nt s ndan bulunabilir. Ayr ca Tablo 3.3de r, d ve n n fonksiyonu olarak verilmi tir. 58

67 Tablo 3.3. Borularda geni aç l dönü lerde çe itli r, d ve de erlerinde yük kayb katsay s r/d 1 1,5 2 2,5 ( o ) 11 o 25 0,037 0,021 0,018 0, o 5 0,074 0,043 0,036 0, ,098 0,057 0,048 0, ,147 0,085 0,073 0, ,294 0,170 0,145 0, ,588 0,341 0,291 0,275 b) keskin dönü k (3.6) k, (3.6) ba nt s ndan bulunabilir (9). k yük kayb katsay s, çe itli aç lar için Tablo 3.4de verilmi tir. Tablo 3.4. Borulardaki keskin dönü lerde çe itli de erlerinde k yük kayb katsay s ( o ) 22, K 0,07 0,11 0,24 0,47 1,13 59

68 3. T (Düz boru ile ayn çapta 90 o keskin aç l ) ba lant lar nda yük kayb katsay s a) gidi istikametinde dallanma Q t Q r =Q t -Q b Q b 2 Vt h = k (3.7) 2g k ve h n, düz borunun (k r ve h r ) veya dallanm k sm n (k b ve h b ) dikkate al nm olmas na göre iki er de eri vard r. Burada; V t : giri ak m h z, m/sn k r ve k b, Tablo 3.5 de Q t ve Q b nin fonksiyonu olarak verilmi tir Q t : toplam giri ak m debisi, m 3 /sn : dallanm k s mdaki debi, m 3 /sn Q b Tablo 3.5. Gidi istikametinde dallanma olan T ba lant lar nda Q t ve Q b ya göre k r ve k b, de erleri. Q Q b t k r k b

69 b) Giri ak m na ba lant Q r Q t =Q r +Q b 2 Vt h = k (3.8) 2g k ve h n, düz borunun (k r ve h r ) veya giri k sm n (k b ve h b ) dikkate al nm olmas na göre iki er de erleri vard r. Burada; V t : birle imden sonraki ak m n h z, m/sn k r ve k b, Tablo 3.6 da Q t ve Q b nin fonksiyonu olarak verilmi tir Q t : toplam birle imden sonraki ak m n debisi, m 3 /sn : dallanm k s mdaki (yan giri ) debi, m 3 /sn Q b Q b Tablo 3.6. Giri ak m na ba lant olan T ba lant lar nda Q t ve Q b ya göre k r ve k b, de erleri Q Q b t k r k b Konikliklerde (Redüksiyon) yük kayb katsay s a) Daralan koniklik Daralan konikliklerde yük kayb ihmal edilebilir. 61

70 b) Aç lan koniklik 2 D 1 D 2 1. Geni leme aç s 10 o 2 V1 h = k (3.9) 2g k, a a daki ba nt dan bulunabilir: D D k 3.2 ( tg / 2).1 (3.10) 2 Burada; V 1 : geni lemeden önceki ortalama h z, m/sn D 1 : geni leme öncesi borunun iç çap, m : geni leme sonras borunun iç çap, m D 2 2. Geni leme aç s > 10 o Yük kayb a a da ani geni lemeler için verilen ba nt ile bulunur (3.11). a) ani daralma 5. Çapta ani de i imlerde yük kayb katsay s D 1 D 2 2 V2 h = k (3.11) 2g Burada; V 2 : s k ma sonras ortalama h z, m/sn D 1 : s k ma öncesi borunun iç çap, m : s k ma sonras borunun iç çap, m D 2 62

71 k katsay s, (D 2 /D 1 ) 2 oran na ba l olarak Tablo 3.7den belirlenebilir. Özel hal için (tanktan D2 boruya giri halinde) 0 D 1 2 k = 0.5 al n r. Tablo 3.7. k katsay s n n (D 2 /D 1 ) 2 oran na ba l olarak belirlenmesi (8) (D 2 /D 1 ) k b) ani geni leme D1 D 2 2 V1 h = k (3.12) 2g D D k 1 (3.13) 2 Burada; V 1 : geni leme öncesi ortalama h z, m/sn D 1 : geni leme öncesi borunun iç çap, m : geni leme sonras borunun iç çap, m D 2 Bunlar n d nda hesaplamalarda gerekli olabilecek k smi yük kayb katsay lar Tablo 3.7de verilmi tir Tam Dolu Borularda Yük Kay plar Dolu borularda yük kay plar n n hesaplar için ampirik formüller kullan lmaktad r. Colebrook-White formülü her türlü ak kana uygulanabilirli i nedeniyle birçok ampirik formüle tercih edilir olmu tur. Ancak kompleks matematiksel yap s dolay s ile e de er baz ampirik formüller hala kullan lmaktad r. 1. Darcy-Weisbach formülü Bu e itlik ayn zamanda Darcy-Weisbach formülü olarak da bilinir. Ana iletim hatlar nda yük kayb hesab nda kullan l r: 63

72 J 2 V = (3.14) 2gD Tablo 3.8 Baz ara elemanlarda yük kayb katsay lar. Ekipman k Baca 0,05 Terminal baca 1 Tam aç k sürgülü vanalar 0,19 ¼ ü kapal sürgülü vanalar 1,15 ½ si kapal sürgülü vanalar 5,6 ¾ ü kapal sürgülü vanalar 24,0 Tam aç k kelebek vanalar 0,3 20 o kapal kelebek vanalar 1,4 40 o kapal kelebek vanalar o kapal kelebek vanalar 94 Sal n ml çek vanalar 0,6-2,3 Sal n ml tam aç k çek vanalar 2,5 Diyafram vanalar, tam aç k 2,3 Burada; J : yük kayb, (m su sütunu/m boru boyu), boyutsuz : yük kayb katsay s (sürtünme katsay s ), boyutsuz D : boru iç çap, m g : yerçekimi ivmesi, m/sn 2 2. Manning-Strickler formülü K smen dolu boru hatlar ndaki (ve aç k kanallarda) yük kay plar için: 1 n 2 / 3 1/ 2 V = R J (3.15) Tam dolu borularda yük kayb formülü: 2 _ 4 / 3 J = 6.35( nv ) D (3.16) 64

73 Burada; n : Manning formülünde pürüzlülük katsay s, boyutsuz V : ilgili bölümdeki ortalama s v ak h z, m/sn R : hidrolik yar çap, (S/P), m S : slak kesit, m 2 P : slak çevre, m Muhtelif borular için n de erleri Tablo 3.8 de verilmi tir. Tablo 3.9 Muhtelif borular için Manning formülü n katsay s de erleri (6) Boru cinsi N PVC-PRV 0,009-0,013 Yeni kaplanm demir 0,010-0,013 Eski kaplanm demir 0,015 Beton boru 0,012-0,015 Kaplanm çelik 0, Hazen-Williams formülü Hazen-Williams formülü de yük kayb hesaplar nda s kça kullan l r. Bu formülde yük kayb, yük kayb katsay s n n (C wh )nin fonksiyonu olarak tan mlan r. C wh, borunun çap ve iç yüzeyinin pürüzlülü üne göre de i ir. Temel ba nt : V = 0.849C wh R J (3.17) Tam dolu borularda ise: J V 6 ( ) D C _1.167 =.824. (3.18) wh Burada; C wh : Hazen-William formülünde pürüzlülük katsay s, boyutsuz Re : Reynolds katsay s (Re=VD/ ), boyutsuz : kinematik viskozite, m 2 /sn Muhtelif borular için C wh de erleri Tablo 3.10 da verilmi tir. Tablo Muhtelif borular için Hazen-Williams formülü C wh katsay s de erleri Boru cinsi C wh PVC-PRV Kaplanm çelik, yeni Kaplanm çelik, eski Beton, asbest, kaplanm çelik

74 Hazen-Williams formülü türbülansl ak artlar nda (Re 2000) her türlü s v ve gaz ak kanlar na uygulanabilir. Di er yandan, yüksek miktarda süspansiyon içeren s v ak kanlar n yük kay plar n n hesaplanmas için uygun de ildir. 4. Colebrook-White formülü 1 2log 10 k ( D Re ) (3.19) Burada; k : E de er pürüzlülük katsay s, metre Pürüzlülük katsay s (k) de erinin seçilmesi ile Colebrook formülünden katsay s n n hesab mümkün olmakta ve Darcy formülünden (3.12), J yük kayb belli ak artlar nda hesaplanabilmektedir. Tablo 3.11de çe itli pürüzlülük katsay lar (k=0,03 mm ve k=0,10 mm) ve D de erleri için Colebrook formülü kullan larak bulunan yük kay plar verilmi tir. Bu tablo kinematik viskozitesi suyun kinematik viskozitesine çok yak n olan s v lar için hiç hesap yap lmadan kullan labilir. Kinematik viskozitesi farkl olan ak kanlar için Colebrookun formülünü çözmeye gerek kalmadan haz r tablolar kullanmaya olanak sa layan prosedür a a da verilmi tir: Colebrook formülünde, k ve Dnin belli de erleri için, sadece V/ ye ba l d r. f b V f V b J f J b E er; : yük kayb bulunmas istenilen f s v s n n kinematik viskozitesi, m 2 /sn : kinematik viskozitesi 1.3x10-6 ya çok yak n olan (Tablo 3.11in haz rland s v ) referans s v s n n viskozitesi, m 2 /sn : f s v s n n söz konusu bölümdeki ortalama h z, m/sn : referans s v n n h z, (V/ oran her iki s v da ayn olacak ekilde) : f s v s n n yük kayb, (m s v /m boru) : referans s v n n V b h z ndaki yük kayb, (m s v /m boru) V f / f = V b / b, her iki s v için de de erleri e it olacakt r ve buradan: V b = V f ( b / f ) elde edilir. (3.20) V b ye tekabül eden J b tablodan (gerekirse interpolasyon ile) bulunur. Darcy formülü her iki s v için yaz larak a a daki ba lant bulunur: Buradan; J f /J b =V 2 f /V 2 b = 2 b/ 2 f J f = J b ( f / b ) 2 (3.21) 66

75 Tablo 3.11 Tam dolu borularda yük kayb (Colebrook formülü kullan larak hesaplanm t r) (2), (7). Q DN 40 DN 50 DN 60 J (m/km) * J (m/km) * J (m/km) * (l/sn) k=0,03mm k=0,1mm V(m/sn) k=0,03mm k=0,1mm V(m/sn) k=0,03mm k=0,1mm V(m/sn) 1,30 34,252 39,343 1,03 11,546 12,834 0,65 1,50 44,479 51,569 1,19 14,949 16,754 0,76 6,173 6,754 0,53 1,80 62,155 72,937 1,43 20,805 23,578 0,92 8,567 9,465 0,64 2,00 75,482 89,197 1,59 25,206 28,752 1,02 10,362 11,515 0,71 2,50 114, ,889 1,99 37,920 43,874 1,27 15,529 17,483 0,88 3,00 160, ,632 2,39 53,051 62,109 1,53 21,655 24,651 1,06 3,50 214, ,418 2,79 70,574 83,450 1,78 28,725 33,016 1,24 4,00 90, ,894 2,04 36,730 42,573 1,41 4,60 117, ,321 2,34 47,557 55,614 1,63 DN 65 DN 80 DN 100 2,60 11,289 12,597 0,78 4,121 4,48 0,52 4,00 24,781 28,377 1,21 8,978 9,984 0,8 3,039 3,289 0,51 4,60 32,050 37,023 1,39 11,581 12,981 0,92 3,911 4,261 0,59 5,00 37,385 43,413 1,51 13,487 15,191 0,99 4,547 4,975 0,64 6,00 52,421 61,575 1,81 18,842 21,455 1,19 6,331 6,993 0,76 6,60 62,600 73,971 1,99 22,456 25,719 1,31 7,531 8,362 0,84 7,00 69,866 82,859 2,11 25,032 28,772 1,39 8,385 9,341 0,89 9,80 131, ,041 2,95 46,742 54,849 1,95 15,547 17,660 1,25 13,00 79,354 94,716 2,59 26,230 30,302 1,66 DN 125 DN 150 DN 200 9,00 4,469 4,906 0,73 1,844 1,984 0,51 13,00 8,756 9,806 1,06 3,595 3,935 0,74 16,00 12,838 14,549 1,30 5,255 5,814 0,91 1,297 1,389 0,51 20,00 19,416 22,293 1,63 7,92 8,870 1,13 1,945 2,105 0,64 22,00 23,187 26,772 1,79 9,443 10,633 1,24 2,314 2,516 0,70 24,00 27,277 31,655 1,96 11,092 12,552 1,36 2,713 2,962 0,76 26,00 31,684 36,942 2,12 12,867 14,627 1,47 3,141 3,443 0,83 32,00 46,802 55,226 2,61 18,937 21,787 1,81 4,600 5,096 1,02 36,00 58,454 69,432 2,93 23,602 27,339 2,04 5,717 6,372 1,15 46,00 37,409 43,940 2,60 9,003 10,172 1,46 DN 250 DN 300 DN ,00 3,013 3,310 0,94 1,238 1,334 0,65 56,00 4,331 4,807 1,14 1,776 1,930 0,79 0,838 0,897 0,58 70,00 6,550 7,358 1,43 2,677 2,942 0,99 1,261 1,363 0,73 90,00 10,467 11,922 1,83 4,262 4,744 1,27 2,002 2,189 0,94 110,00 15,253 17,565 2,24 6,192 6,965 1,56 2,902 3,204 1,14 130,00 20,899 24,285 2,65 8,46 9,604 1,84 3,957 4,406 1,35 140,00 24,043 28,049 2,85 9,721 11,080 1,98 4,542 5,078 1,46 160,00 12,495 14,343 2,26 5,828 6,561 1,66 DN 400 DN 450 DN ,00 0,841 0,902 0,64 0,474 0,503 0,50 140,00 2,357 2,594 1,11 1,324 1,438 0,88 0,792 0,851 0,71 180,00 3,760 4,191 1,43 2,108 2,317 1,13 1,259 1,368 0,92 270,00 8,035 9,148 2,15 4,488 5,036 1,70 2,671 2,960 1,38 300,00 9,800 11,219 2,39 5,468 6,170 1,89 3,251 3,622 1,53 350,00 13,117 15,136 2,79 7,307 8,311 2,20 4,338 4,872 1,78 400,00 9,401 10,767 2,52 5,575 6,304 2,04 460,00 12,249 14,129 2,89 7,255 8,263 2,34 67

76 Q DN 600 DN 700 DN 800 J (m/km) * J (m/km) * J (m/km) * (l/sn) k=0,03mm k=0,1mm V(m/sn) k=0,03mm k=0,1mm V(m/sn) k=0,03mm k=0,1mm V(m/sn) 160,00 0,417 0,443 0,57 230,00 0,812 0,875 0,81 0,383 0,407 0,60 300,00 1,327 1,449 1,06 0,625 0,671 0,78 0,326 0,346 0,60 350,00 1,768 1,943 1,24 0,830 0,898 0,91 0,433 0,462 0,70 460,00 2,944 3,281 1,63 1,379 1,510 1,20 0,717 0,774 0,92 560,00 4,259 4,794 1,98 1,990 2,201 1,46 1,033 1,125 1,11 660,00 5,805 6,589 2,33 2,707 3,018 1,71 1,403 1,540 1,31 760,00 7,581 8,666 2,69 3,529 3,962 1,97 1,826 2,019 1,51 900,00 4,855 5,497 2,34 2,507 2,795 1,79 DN 900 DN 1000 DN ,00 0,403 0,431 0,72 0,241 0,255 0,59 520,00 0,506 0,543 0,82 0,303 0,322 0,66 0,190 0,201 0,55 620,00 0,701 0,758 0,97 0,419 0,448 0,79 0,263 0,279 0,65 720,00 0,925 1,007 1,13 0,552 0,595 0,92 0,347 0,370 0,76 950,00 1,552 1,712 1,49 0,925 1,008 1,21 0,579 0,626 1, ,00 2,406 2,685 1,89 1,431 1,578 1,53 0,895 0,977 1, ,00 3,666 4,135 2,36 2,176 2,425 1,91 1,359 1,499 1, ,00 4,909 5,580 2,75 2,910 3,268 2,23 1,816 2,018 1, ,00 5,739 6,549 2,99 3,400 3,834 2,42 2,120 2,365 2, ,00 4,885 5,559 2,93 3,042 3,425 2,42 DN 1200 DN 1400 DN ,00 0,162 0,171 0,53 850,00 0,308 0,329 0,75 0,145 0,153 0, ,00 0,584 0,632 1,06 0,275 0,293 0,78 0,196 0,208 0, ,00 0,886 0,968 1,33 0,416 0,447 0,97 0,297 0,317 0, ,00 1,246 1,374 1,59 0,584 0,633 1,17 0,416 0,449 1, ,00 2,142 2,394 2,12 1,001 1,099 1,56 0,712 0,777 1, ,00 2,867 3,228 2,48 1,337 1,480 1,82 0,951 1,045 1, ,00 3,917 4,444 2,92 1,813 2,033 2,14 1,296 1,435 1, ,00 2,750 3,099 2,66 1,952 2,184 2, ,00 3,179 3,599 3,00 DN 1600 DN 1800 DN ,00 0,166 0,176 0,65 0,094 0,098 0, ,00 0,244 0,260 0,80 0,137 0,145 0,63 0,082 0,086 0, ,00 0,369 0,397 0,99 0,208 0,221 0,79 0,124 0,131 0, ,00 0,788 0,863 1,49 0,441 0,478 1,18 0,263 0,282 0, ,00 1,418 1,576 2,04 0,793 0,870 1,61 0,472 0,512 1, ,00 2,065 2,315 2,49 1,152 1,276 1,96 0,685 0,750 1, ,00 2,920 3,301 2,98 1,627 1,816 2,36 0,966 1,066 1, ,00 2,549 2,877 2,99 1,510 1,686 2, ,00 2,083 2,343 2,86 * yük kayb, m s v /km boru 68

77 KAYNAKLAR (1) Y lmaz Muslu, 1996, At ksular n ar t lmas, Cilt II,.T.Ü. Matbaas. (2) Pont-a-Mousson, 1992, A comprehensive ductile iron pipeline system. (3) Robert H. Perry, Don W. Green, 1997, Perrys Chemical Engineers Handbook, seventh edition, McGraw-Hill International Editions. (4) Syed R. Kas m, 1985, Wastewater Treatment Plants, Treatment, Design, and Operation, CBS Publishing Japan Ltd. (5) R.E. Featherstone and C. Nalluri, 1982, Civil Engineering Hydraulics, Essential Theory with Worked Examples, Granada Publishing Limited. (6) Horace William King, Ernest F. Brater, 1959, Hidrolik el kitab, T.C.Nafia Vekaleti, Devlet Su leri Umum Müdürlü ü Ne riyat Say :70. (7) Biwater Industries, 1993, Water Industrial ManualWater Products and Services. (8) B. Mutlu Sümer, stemi Ünsal, Mehmetçik Bayaz t, 1985, Hidrolik, Birsen Yay nevi, (9) Cevat Erkek, Necati A ralio lu, 2002, Su Kaynaklar Mühendisli i Uygulamalar, 3. bask, Beta Yay nevi,. 69

78 4. F Z KSEL ARITMA At ksu ar tma tesisindeki ar tma üniteleri: ön ar tma, birinci kademe ar tma ve ikinci kademe ar tma olmak üzere üç ana grupta toplanabilir. Her bir grupta kullan lan elektromekanik ekipman genellikle farkl d r. Ar tma çamuru için kullan lan ekipmanlar çamur bölümünde ayr nt l olarak verilmi tir Ön Ar tma Ön ar tmada at ksudaki ka t, paçavra, plastik, metal gibi iri kat maddeler ile kum ve ya - gres gibi maddelerin ayr lmas i lemi uygulanmaktad r. Bu maddeler bu a amada uzakla t r lmad takdirde pompalar ve çamur giderme ekipman na, vanalara, borulara zarar vererek ar tmada problemlere yol açabilir. Ask da kat lar gidermek için de bazen ince zgaralar ve elekler kullan l r Eleme Kaba Izgaralar: Kaba zgaralar koruyucu ekipman olduklar ndan ilk ünite olarak kullan l rlar. En yayg n olarak kullan lan kaba zgaralar: çubuk zgaralar, elekler ve ö ütücülerdir. Çubuk zgaralar, elekler ve ö ütücülerle ilgili özet bilgi Tablo 4.1 de verilmi tir. Endüstriyel at ksu ar tma tesislerinde kaba zgaralara gerek olmayabilir. Çubuk zgaralar: Izgara aral mm mertebesinde olup evsel at ksu ile gelebilecek 40 mmden iri maddeler (çöp, naylon, ah ap malzeme v.b) zgarada tutulur ve zaman ayarl temizleme mekanizmas ile taranarak at ksudan uzakla t r l r. Bu maddelerin ar tma tesisinde mevcut mekanik ekipmanlara zarar vermemesi ve boru hatlar nda t kan kl k yaratmamas için mutlaka uzakla t r lmas gereklidir. Çubuk zgaralar için tasar m de erleri Tablo 4.2 de verilmektedir. Çubuk zgaralar n tasar m nda a a daki formül kullan l r: Q ( b + s) A = (4.1) V s Burada: A : gerekli zgara alan, m 2, Q : maksimum debi, m 3 /s, V : ak h z, m/s, (genellikle 1,0 m/s seçilir), b : zgara çubuk geni li i, mm, s : zgara çubuklar aras net aç kl k, mm, Çubuk zgaralarda elek bölümü dikdörtgen bir kanal içine kurulur. Kanal n zemini genellikle giri at ksu borusundan 7-15 cm a a dad r. Kanal zemini yatay olarak düz veya e imli olabilir. Izgara kanallar, kum ve di er a r parçac klar n burada birikmesini önlemek üzere tasarlan rlar. Izgara yakla m kanal, zgaraya dik ve tüm zgara yüzeyine üniform at ksu da l m sa layacak ekildedir. Ar tma tesislerinde zgara bölümünün herhangi bir nedenle devre d kalma durumunda pik debiye göre tasar m yap lm en az bir yedek zgara daha olmal d r. 70

79 Tablo 4.1. Kaba zgaralar n özellikleri (1), (2). Tip Yerle im Aç klama Çubuk zgaralar Pompalar n ve kum tutucular n önüne Elle temizlemeli veya mekanik temizlemeli olabilirler. Küçük ar tma tesislerinde elle temizlemeli olanlar kullan l r. Elekler Çubuk zgaran n önüne veya damlatmal filtrenin arkas na Ö ütücüler Kaba eleklerle birlikte Çubuk zgaraya göre daha küçük parçac klar n uzakla t r lmas nda kullan l r. Düz, sepet, kafes ve disk tiplileri vard r. Izgaralar kanaldan ç kart larak temizlenip yerine tak l r. Yeni tipleri hareketli eleklerdir. Tasar mlar ince zgaralara benzer. Kat lar sürekli ayr larak olu a bo alt l r. Uzakla t r lacak maddelerin boyutuna ba l olarak aral klar 3-20 mm aras ndad r. Ö ütücüler zgaralarda tutulan kat maddeleri ö ütür. Dönen veya titre en bir merdane üzerinde kesme di leri veya do rama k s mlar vard r. Ö ütücüler neredeyse tamamen batm konumdad r. Tablo 4.2. Elle ve mekanik temizlemeli çubuk zgaralarda tasar m de erleri Tasar m faktörü Elle temizlemeli Mekanik temizlemeli Izgarada h z (m/sn) 0,3-0,6 0,6-1,0 Izgara boyutu Geni lik (mm) Derinlik (mm) Izgara çubuklar aras net aç kl k (mm) Izgaralar n yatayla yapt aç (derece) Müsaade edilen yük kayb, kirli (k smen t kal ) zgara, (mm) Maksimum yük kayb, kirli zgara, (mm) Çubuk zgaralarda yük kayb : Kaba zgaralarda yük kayb hesaplar nda, zgaralar n temizli ine ba l olarak üç de i ik formül kullan lmaktad r (1). Temiz veya k smen t kanm zgaralarda (4.2), temiz zgaralarda ise (4.3) formülü kullan lmaktad r. (4.4) ise genel orifis formülü olup ince zgaralarda yük kayb hesaplar nda kullan l r. 2 2 V vv 1 hl. (4.2) 2g 0.7 W 3 h ( ) 4 / L = h sin (4.3) b v 71

80 Burada: h L : zgara boyunca yük kayb, m, V, v : zgara boyunca ve zgara öncesi kanalda h z (V>v), m/sn, g : yerçekimi ivmesi, 9,81 m/sn 2, W : zgara çubu unun ak nt ya dik istikametteki en büyük kal nl, m, b : zgara çubuklar aras en küçük mesafe, mm h v : zgara yakla m kanal ndaki h z yüksekli i, m, : zgara çubuklar n n yatay düzlemle yapt aç, ß : zgara ekil katsay s, temiz zgaralarda zgara ekil katsay lar Tablo 4.3 de verilmi tir. Tablo 4.3. Temiz çubuk zgaralarda zgara ekil katsay lar Izgara çe idi Keskin kenarl dikdörtgen 2,42 Yar dairesel yüzü yukar bakan dikdörtgen 1,83 Dairesel 1,79 Yar dairesel yüzü yukar ve a a bakan dikdörtgen 1,83 ki ucu inceltilmi çubuk eklinde 0,76 ß nce Izgaralar ve Elekler: Çubuk aral genellikle 2,3-6mm mertebesindedir. Bu tip zgaralar mekanik temizleme mekanizmalar na haiz olup zgarada tutulan kat maddeler zaman zaman otomatik olarak temizlenerek kat madde konteynerlerinde depolan r ve daha sonra uygun alanlara dökülür. nce zgaralar n amac ön ar tmad r. Son y llarda ikinci kademe ar t m ç k suyunu iyile tirmek amac yla mikro elekler de üretilmi tir. nce zgaralar, hareketli ve hareketsiz eleklerden olu mu tur. Hareketsiz veya statik elekler dik, e ik veya yatay olarak monte edilirler. Bunlar t rm k, di veya f rça ile temizlenirler. Hareketli elekler ise çal ma s ras nda sürekli olarak temizlenirler. Her iki tip ince elekte de % ask da kat madde ve BOI 5 giderimi sa lan r. Ayr ca bu sistemlerde ya giderimi ve çözünmü oksijen de erlerinde yükselme sa lan r. Hareketli eleklerde hareketsiz eleklere k yasla yük kayb daha dü ük fakat enerji gereksinimi daha yüksektir. Mekanik düzeneklere haiz ince eleklerde ortaya ç kabilecek ar zalara kar sistemde elle (manüel) temizlemeli zgara da dü ünülmesi acil durumlar için mutlaka gereklidir. Tablo 4.4te farkl tipte hareketli elek özellikleri verilmi tir. nce zgaralarda yük kayb : nce zgaralarda yük kayb hesaplamalar nda (4.4) ba nt s kullan l r. ( ) 2 1 Q h L = (4.4) 2g CA Burada: Q : ince zgara boyunca debi, m 3 /sn, A : suya dalm etkili alan, m 2, C : debi katsay s, (temiz çubuk için C=0,60 al n r) 72

81 Izgaralarda t kanmalardan dolay yük kay plar önemli mertebelere ula r. Bu nedenle zgaralar n periyodik olarak temizlenmesi gerekmektedir. Mekanik temizlemeli zgaralarda zgara yüzeyinin zaman ayarl otomatik çal an temizleme mekanizmalar ile temizlenmesi yük kay plar n n istenilen düzeyde tutulmas n sa layacakt r. Tablo 4.4. Hareketli elek tipleri Tip Aç klama Bant elekler Kanat veya kepçe elekler Kevgir veya merdane elek ki silindirin üstünden geçen sonsuz delikli bir banttan olu mu tur. Ele in üzerinde biriken maddeleri s y rmak için bir f rça düzene i vard r. Tutunan kumu uzakla t rmak için ise su jeti kullan l r. Yatay düzlemde yava ça dönen, dairesel olarak dizilmi delikli kepçelerden olu mu tur. Üstü elek kapl dönen bir silindirden olu ur. Su silindirin içine girer ve merkezden d ar do ru hareket eder. Biriken kat maddeler su jeti ile uzakla t r l r ve olukta toplan r. Elek aral klar 0,02-3mmdir. Ö ütücüler: Kaba zgaralar n alternatifi at ksudaki büyük boyutlu kat lar n sudan ayr lmadan ufalanmas d r. Ö ütücülerin fonksiyonu, kaba taneli kat lar parçalayarak sonraki ar tma i lemlerinde ve proseslerinde problem olu turmalar n önlemektir. Küçülen kat parçac klar ar tma tesisinde ar t l rlar. Ö ütücülerin kullan m özellikle pompa istasyonlar nda, pompalar n korunmas aç s ndan bir avantajd r. Ayr ca bir k s m kat maddelerin zgara ile toplanmas ar tma tesisine giren kat madde yükünü de azalt r. So uk iklimlerde ö ütücülerin kullan m donma tehlikesini önler. Ar tma konusunda iki farkl temel görü vard r. Bir görü e göre at ksudan ayr lan bir madde ne ekilde olursa olsun tekrar at ksuya verilmemelidir. Di er görü ise kat lar n boyutlar küçüldükten sonra ar tma tesisinin ilgili kademelerinde ar t lmalar n n kolay oldu unu savunmaktad r. Paçavralar n çalkalanma hareketinde (kum tutucu ve havaland rmada) ipliksi maddelerle tekrar birle erek pompa pervanelerinde, çamur borular nda, s de i tiricilerde ve difüzörlerde probleme neden olmalar, ö ütücüler için bir dezavantajd r. ekil 4.1 de bir ö ütücünün ematik görünümü verilmi tir. Ö ütücü, üstü b çakl dönen bir merdaneden (küçüklerde 6mm, büyüklerde 10mm aral kl ) olu mu tur. Kaba tanecikler merdane üstündeki b çakla parçalan r, alt k sma geçer buradan sifonla ç k borusuna geçer. 73

82 ekil 4.1. Ö ütücü ematik görünümü Kum Tutucular Burada kum olarak tan mlanan maddeler, kum, ta, cüruf gibi yo unlu u veya çökelme h z, biyolojik ar t mda parçalanabilen organik maddelere k yasla daha yüksek olan maddelerdir. Yumurta kabuklar, kemik parçac klar, tohumlar, kahve parçac klar ve yemek art klar gibi organik parçac klar da bu kapsama girmektedir. Kum olarak giderilen maddeler ço unlukla inert ve oldukça kurudur. Kum kompozisyonu çok farkl olabilir. Örne in rutubet %13-65 aras nda, uçucu k s m %1-56 aras nda de i ir. Yo unlu u genellikle 1600kg/m 3 dür. Bir miktar organik madde içerdi inden at ksudan ayr ld ktan sonra uygun ekilde bertaraf edilmezse kolayl kla çürür. 0,2 mm den daha büyük kum parçac klar n n ar tma tesisinin ileriki kademelerinde problem yaratt bilinmektedir. Baz durumlarda 0,15 mm çapl kumlar n kum tutucularda % 100 giderimi sa lanmakla birlikte, bazen kum boyutu çok daha küçük olabilmekte, 0,15 mmnin alt ndaki kumlar n kum tutucuda sadece %60 giderimi sa lanmaktad r. Hareketli mekanik ekipman n a nmas n önlemek, boru ve kanallarda birikintileri engellemek ve kum birikiminden dolay çamur çürütücünün temizlenme periyodunu azaltmak için santrifüj, s de i tirici ve yüksek bas nçl diyafram pompalardan önce kum tutucular n (kum ay r c ) kullan lmas artt r. Kum tutucular genellikle kaba zgaradan sonra ilk çöktürmeden önce kullan l rlar. Kum tutucular n zgara ve eleklerden sonra olmas, toplanan kumun temizlik ve bertaraf n kolayla t r r. Üç tip kum tutucu vard r: Yatay ak l, dikdörtgen veya kare planl Havaland rmal, Vorteks ak ml. 74

83 Yatay ak l kum tutucularda at ksu kum tutucuyu yatay do rultuda geçer, çizgisel h z, kum tutucunun boyutu, giri te da t m mekanizmas ve ç k ta çe itli savaklarla kontrol edilir. Havaland rmal kum tutucular spiral ak l havaland rma tank ndan olu ur. Spiral h z, tank boyutu ve verilen hava miktar ile kontrol edilir. Vorteks ak ml kum tutucular ise silindir bir tanktan olu ur. At ksu giri i te etsel olarak giri yaparak girdap olu turur. Santrifüj ve yerçekimi kuvvetleri kumun çökmesine neden olur. ekil 4.2 de tipik bir havaland rmal kum tutucu verilmi tir. ekil 4.2. Havaland rmal kum tutucu Kum tutucular n tasar m, özgül a rl 1,3-2,7 olan kum partikülleri içeren 15,5 o C s cakl ktaki at ksular için yap l r. Yatay ak l havaland rmas z kum tutucular için tipik tasar m bilgileri Tablo 4.5 de, havaland rmal kum tutucular için tasar m de erleri ise Tablo 4.6. da verilmi tir. Kum tutucularda toplanan kumu uzakla t rmak için kullan lan ekipmanlar n n pahal olmas ve yatay ak l kum tutucular n birço unda kum y kama ekipman gerekmesi, havaland rmal kum tutucular n popülerli ini artt rm t r. Havaland rmal kum tutucular, saatlik pik debilerde, 0,2 mm boyutunda partikülleri, 2-5 dakikal k kalma süresinde gidermek üzere tasarlanm lard r. Havaland rma difüzörleri taban n 0,45-0,60 m yukar s na oturtulur. Endüstriyel at ksular n da söz konusu oldu u havaland rmal kum tutucularda havaland rmadan dolay UOK (Uçucu Organik Karbon-VOC) olu umu dikkate al nmal d r. UOK olu umu, ar tma tesisi i letmecileri aç s ndan sa l k riski te kil eder. UOK olu umu önemli miktarlarda ise kum tutucu üzerine kapak yap lmal veya havaland rmas z kum tutucular tercih edilmelidir. 75

84 Tablo 4.5 Yatay ak l kum tutucular n tasar m kriterleri (3) De er Aral k Tipik Hidrolik kal süresi, sn Yatay h z, m/sn 0,24-0,40 0,31 Çökelme h z : 65 no.lu elekten geçen madde, m/dak 0,98-1,28 1, no.lu elekten geçen madde, m/dak 0,61-0,91 0,76 Kontrol bölümünde yük kayb (kanaldaki % derinlik) Giri ve ç k ta izin verilen türbülans 2D m -0,5L D m : kum tutucuda maksimum derinlik, L: komt hücresinin teorik uzunlu u. Tablo 4.6. Havaland rmal kum tutucularda tasar m kriterleri (1), (3). De er Aral k Tipik Pik debide hidrolik kal süresi, dak 2,5-5 3 Boyutlar: Derinlik, m 0,24-0,40 0,31 Uzunluk, m 0,98-1,28 1,16 Geni lik, m 0,61-0,91 0,76 Geni lik-derinlik oran 1:1-5:1 1,5:1 Uzunluk-geni lik oran 3:1-5:1 4:1 Verilecek hava, m 3 /dak.m uzunluk 0,19-0,46 Tutulan kum miktar, m 3 /10 3.m 3 0,004-0,2 0,015 Vorteks ak ml kum tutucular iki tiptir. Birinci tipte at ksu giri i ve ç k te etsel olarak gerçekle ir. Dönen bir türbin sabit ak h z sa lar. Ayarlanabilir b çaklar ise organiklerin kumdan ayr lmas n sa lar. Dönen türbin kum parçac klar için silindirik ak sa lar. Kum yerçekimi ile olu un içine çöker. Olukta biriken kum, kum pompas veya haval kald rmal (mamut) pompa ile uzakla t r l r ( ekil 4.3a) kinci tip Vorteks ak ml kum tutucular ise giri ak m n n ünitenin üst k sm ndan te etsel giri i ile serbest girdap sa lan r. At ksu tepeden dönen silindirin merkezinden ç k yapar ( ekil 4.3b). Silindirin içinde yerçekimi kuvveti yo unlu u 1 den büyük parçac klar n çökelmesini önler. Kum tutucunun dibine yerçekimi ile çökerken, santrifüj kuvveti ile kumdan ayr lan organikler de dahil olmak üzere tüm organikler at ksu ile birlikte sistemi terk ederler. Sistemde yük kayb giderilen partiküllerin boyutuna ba l olup çok ince parçac klar söz konusu oldu unda yük kayb miktar yükselir. Bu kum giderme üniteleri oldukça yeni olup her biri 0,3 m 3 /sn debiyi kald rabilir. Bu sistemler çok a r oldu undan ya derin temelli olmal veya toprak seviyesinin üstünde olacaksa terfi istasyonu yap lmal d r. Vorteks ak ml kum tutucular n tasar m kriterleri Tablo 4.7de verilmi tir. 76

85 ekil 4.3 Vorteks ak ml kum tutucu 77

86 Tablo 4.7. Girdap tipli kum tutucular için tipik tasar m kriterleri (1),(3). De er Aral k Tipik Pik debide hidrolik kal süresi, sn 30 Boyutlar: Çap Üst hücre, m 1,22-7,32 Alt hücre, m 0,91-1,83 Yükseklik, m 2, Giderim h z, % 50 no.lu elekten geçen (0,30mm) no.lu elekten geçen (0,24 mm) no.lu elekten geçen (0,15 mm) 65 Kum miktar : Tutulan kum miktar kanalizasyon sisteminin yerine, durumuna, yollar n buzlanmaya kar ne s kl kta kumland na, endüstriyel at ksu türüne, lavabo ö ütücüsü kullan m oran na, yöredeki kumlu toprak miktar gibi faktörlere ba l olarak de i ir. Tutulan kum miktar 0,004-0,21 m 3 /10 3 m 3 aral nda de i ir. Kum tutucu sisteminin performans, gerçek datalar kullan larak yeni bir kum tutucu sistemi tasar m yap ld nda yükseltilebilir. Tablo 4.8de muhtelif at ksu ar tma tesislerinde elek üstü ve kum miktarlar verilmektedir. At ksu karakterindeki ve ekipman verimlili indeki farkl l klar, ak h z ve toplanan zgara/elek üstü maddeler ile kum aras nda korelasyon yap lmas n imkans z k lmaktad r. Kum uzakla t r lmas : Baz büyük sistemlerde kum çamurla birlikte yak l r. Yürürlükteki yönetmeliklere de ba l olarak kireçle stabilize edilip düzenli çöp depolama alanlar nda bertaraf edilebilir. Baz ar tma sistemlerinde kum tutucular kullan lmaz, kum ön çöktürme tank nda çöktürülür. Kum giderimi, seyreltik birincil çamurun siklon tip kum tutucuya pompalanmas ile sa lan r. Siklon kum tutucu santrifüj ay r c s olarak görev yapar. Yani a r kum ve kat parçac klar girdap hareketi ile küçük parçac klardan ve s v k s mdan ayr l r. Bu sistemlerin faydas, kum tutucular n maliyetinden kurtulmakt r. Mahzurlar ise unlard r: Seyreltik çamurun pompalanmas çamur yo unla t r c gerektirebilir. Kumun birincil çamur ile pompalanmas, çamur kolektörlerinin ve çamur pompalar n n bak m gereksinimini ve çamur terfi maliyetini artt r r Dengeleme Ar tma sistemlerinde dengelemenin amac at ksu karakteristiklerindeki de i iklikleri minimize ederek ar t m kademelerinde optimum artlar sa lamakt r. Dengeleme ünitesinin boyutu ve tipi at k suyun miktar ve de i imi ile ilgilidir. Dengeleme tank, at ksu debisindeki farkl l klar ve üretimden dolay zaman zaman at lan veya istemeyerek dökülen 78

87 baz konsantre at ksu ak mlar n biriktirebilecek boyutta dizayn edilir. Endüstriyel at ksu ar tma tesislerinde dengelemenin amaçlar unlard r (4): Biyolojik sisteme ok yüklemeyi önlemek amac yla organik yük dalgalanmalar n yumu atmak, Yeterli ph kontrolü sa lamak veya nötralizasyon için gerekli kimyasal madde miktar n minimize etmek, Üretim olmad zamanlarda biyolojik sisteme sürekli at ksu sa lamak, Kanalizasyon sistemine daha kontrollü ve çok de i ken olmayan su de arj etmek, Biyolojik sisteme yüksek konsantrasyonda toksik maddelerin giri ini önlemek. Dengeleme ünitesinde, konsantrasyonun dengelenmesi ve çökelmenin önlenmesi amac yla kar t rma uygulan r. Buna ilaveten kar t rma ve havaland rma ile yükseltgenebilen maddelerin ve BOI n n k smi oksidasyonu gerçekle ir. Dengeleme tanklar nda kar t rma yöntemleri unlard r: Giri ak m n n da t m ve perdeleme Türbinlerle kar t rma Difüzörle havaland rma Mekanik havaland r c larla havaland rma Dengeleme ünitesi tasar m nda u hususlar irdelenir: Dengeleme ünitesinin ar tma tesisi içindeki yeri Dengelemenin hat üzerinde ya da hat d nda olmas Gerekli dengeleme havuzu hacmi Dengeleme Ünitesinin Yeri En uygun dengeleme tank yeri, ar tman n türü ile at ksu ve at ksu toplama sistemi özelliklerine ba l oldu undan de i ik dengeleme tank yerleri için detayl çal ma yap lmal d r. Dengeleme tank n n ön ar tmadan sonra, biyolojik ar tmadan önce bir yerde olmas uygundur. Ön ar tmadan hemen sonra dengeleme, çamur ve köpük problemlerini azaltacakt r. lk çöktürmeden ve biyolojik ar tmadan önce yap lacak dengeleme ünitelerinde, kat maddelerin çökmesini ve konsantrasyon dalgalanmalar n önlemek için yeterli kar m, koku problemine kar da yeterli havaland rma sa lanmal d r Hat Üstü veya Hat D Dengeleme Dengeleme havuzu at ksu hatt na yerle tirilebildi i gibi hat d na da yerle tirilebilir. Hat d dengelemede ortalama günlük debinin üzerindeki debi fazlas by-passa yerle tirilmi dengeleme havuzundan geçirilir, ortalama debi dü ünce suyu bo altmaya ba lar. At ksu hatt na yerle tirildi inde bütün debi bu havuzdan geçer. Bu yüzden konsantrasyon ve debi, hat d sisteme k yasla büyük ölçüde dengelenir Gerekli Dengeleme Havuzu Hacmi Debi dengelenmesinde gerekli hacim, toplam ak hacminin zamana kar çizilmesi ile hesaplan r. Ayn diyagrama ortalama günlük ak h z (orijin ile son noktan n birle tirildi i 79

88 düz çizgi) da çizilir ( ekil 4.4). Kütle ak e risine te et, ortalama günlük ak h z e risine paralel bir do ru çizilir. Gerekli dengeleme hacmi, te et çizilen noktan n ortalama günlük ak h z do rusuna dik do rultudaki uzakl d r. E er ak h z grafi i ekil 4.3-B deki gibi ortalama ak h z do rusunun üstüne ç k yorsa gerekli dengeleme hacmi, iki te et do ru aras ndaki dik uzakl kt r. Uygulamada dengeleme tank hacmi teorik olarak hesaplanan de erden daha büyük tutulur. ekil 4.4 Tipik iki ak h z nda gerekli dengeleme hacmi bulunmas nda kullan lan kütle diyagram (1) Dengeleme Havuzu n as Dengeleme tank in as nda dikkate al nacak hususlar, in aat n yap ld malzeme, tank ekli ve teçhizatt r. Mevcut bir havuz kullan lacaksa gerekli de i iklikler yap l r. Genellikle borulama ve yap sal de i iklikler gerekir. Dengeleme Havuzu Malzemesi: Dengeleme havuzlar toprak, beton veya çelikten in a edilebilir. Torak havuzlar n maliyeti daha dü üktür. Yerel artlara ba l olarak yanal e im 3:1 ve 2:1 olabilir. Tipik bir dengeleme tank kesiti ekil 4.5 de verilmi tir. Yeralt suyu kirlili ini önlemek için havuz geçirimsiz bir malzeme (liner) ile kaplan r. Havas z artlar n olu mas n önlemek için difüzyon haval havaland rma veya yüzer havaland r c lar kullan l r. Yüzer havaland r c kullan ld nda korozyona kar koruma sa lamak amac yla havaland r c n n alt na beton bir plaka yerle tirilir. Yüzer havaland r c larda havaland r c y korumak amac yla minimum çal ma seviyesi 1,5-2 metre olarak öngörülmektedir. 80

89 Havuz ekli: Havuz ekli hat üstü veya hat d dengeleme kullan lmas durumuna göre de i ir. Hat üstü dengeleme uyguland nda dengeleme havuzu mümkün oldu u kadar tam kar ml bir reaktör gibi çal acak ekilde tasarlanmal, giri ve ç k mekanizmalar k sa devreyi en aza indirecek ekilde olmal d r. Giri ak m n n kar t r c ya yak n bir yerde olmas, birçok noktadan giri ve ç k olmas, çoklu kompart man gibi uygulamalar gerekebilir. ekil 4.5 Tipik bir dengeleme havuzu kesiti (1) letme Teçhizat : Dengeleme tank tasar m na dahil edilmesi gereken i letme teçhizat öyle özetlenebilir: Havuz duvarlar nda birikebilecek kat lar ve ya temizle düzene i, pompa ar zas durumuna kar acil ta ma düzene i, yüzer madde ve köpük için yüksek ç k ve köpük problemi varsa havuzun kenarlar nda köpük birikimini önlemek üzere su spreyi Kar t rma ve Hava Gereksinimi Dengeleme tanklar n n düzgün çal mas için kar t rma ve havaland rma gerekmektedir. Kar t rma tank içeri inin kar mas n sa lamak ve tankta kat lar n çökmesini önleyecek düzeyde olmal d r. 220 mg/l ask da kat madde içeren orta kuvvette bir evsel at ksu için kar t rma gereksinimi 0,004-0,008 kw/m 3 dür. Haval artlar korumak için de 0,01-0,015 m 3 /m 3.dak debide hava verilmelidir. Ön çöktürme sonras ve k sa kalma süreli (iki saatten daha az) dengelemede havaland rma gerekmeyebilir Pompa ve Pompa Kontrolü Dengeleme, at ksu ar tma tesisine ilave bir su seviyesi fark gerektirdi inden pompalama gerektirir. Pompalama dengelemeye veya dengeleme ç k na uygulan r ancak ar tma tesisinin güvenilirli i aç s ndan dengeleme havuzuna pompalama tercih edilir. Minimum pompalama su seviyesi fark, dinamik kay plar ve yüzey seviyesindeki de i imlerin toplam d r. Baz durumlarda hem at ksu giri i hem de ç k için pompalama gerekebilir. 81

90 Ön Çöktürme Ön çöktürme, hareketsiz artlarda özel tasar m yap lm çöktürme tanklar nda çökebilen ve yüzebilen kat lar n ayr lmas d r. Ön çöktürme tanklar n n üç ana fonksiyonu vard r: Çökeltme ile s v dan kat lar (çamur) ay rma, Yüzdürme ile s v dan kat lar (köpük, ya, yüzen birikintiler) ay rma, Kat lar yo unla t rma. Tablo 4.8. De i ik at ksu ar tma tesislerinde kum ve elek üstü madde miktarlar (3). Debi, Kum Elek üstü Tesisin yeri m 3 /gün m 3 /10 3 m 3 m 3 /10 3 m 3 Uniontown, Pennsylvania 11,400 0,074 0,006 East Hartford, Connecticut 15,100 0,017 0,009 Duluth, Minnesota 45,400 0,006 0,004 Lamberts Point Water Pollution Control Plant, Norfolk, Virginia 75,700 0,034 0,009 Village Creek W.W. Treatment Plant, Ft. Worth, Texas ,009 0,005 County of Milwaukee, Wisconsin, South Shore ,003 0,004 Twin Cities Metro W.W Treatment Plant, Minnesota ,034 0,008 Chicago, Illinois ,003 0,006 Ham at ksudan kat lar n giderilmesi ile bir miktar ask da kat ve BOI 5 de giderilmi olur, böylece biyolojik ar tma ünitesinde ar t lacak organik yük azalt lm olur. Organik yükteki azalma biyolojik ar tma ünitesinde sisteme verilmesi gerekli oksijen miktar n n azalmas na, dolay s ile enerji gereksiniminin ve olu an fazla aktif çamur miktar n n azalmas na neden olur. Ham at ksudaki köpü ün giderilmesi ile de havaland rma tank ve çöktürme tanklar nda köpük olu umu azalm olur. Ön çöktürme tanklar n n bunlar n d ndaki yararlar Tablo 4.9 da verilmi tir. Ön çöktürme tanklar Tablo 4.9 da belirtilen i levlerin de sa lanmas için genellikle büyük kapasiteli (>3800 m 3 /gün) at ksu ar tma tesislerinde kurulur. Daha küçük tesislerde e er ikinci kademe ar tma ünitesi tüm yükü kald rabilecekse ve köpük, ya ve yüzen kal nt lar i letme problemi yaratmayacaksa ön çöktürme ünitesi kurulmaz. Damlatmal filtre, döner biyolojik disk ve batm biyolojik reaktör gibi ikinci kademe ar tma üniteleri mevcutsa ekipman n zarar görmemesi için mutlaka sistemin önüne ön çöktürme tank konulmal d r. Çöktürme tanklar ya dairesel veya dikdörtgen eklindedirler. Seçim, tesisin büyüklü ü, yerel arazi artlar, mevcut birincil ar tma ekipman, ilgili mühendisin karar, mal sahibinin tercihi, yat r m ve i letme maliyeti gibi faktörlere ba l d r. 82

91 Dairesel ön çöktürme tanklar : Dairesel ön çöktürme tanklar nda besleme merkezden yap l r. At ksu merkezden d duvarlara do ru hareket eder ve d çevre boyunca uzanan savaktan ç k yapar. Çöken çamur s y r c larla merkeze do ru itilir. Üstte toplanan yüzer maddeler döner bir s y r c ile toplanarak bir haznede birikir. Dairesel bir çöktürme tank ekil 4.6 da verilmi tir. Tablo 4.9. Ön çöktürme tanklar n n di er i levleri (5), (6). lev Ham at ksu kalite ve debisinin dengelenmesi Etki Sabit debi sa layarak ikinci kademe ar tma ünitesinin performans n n iyile mesi sa lan r. Kum tutucu Ayr bir ünite yoksa, çamur ve kum giderimini bir yerde toplar. at k suyun BOI 5 ve Ask da Kat Madde giderimini artt rmak ve besin elementi giderimi için ham at k suyun kimyasal ar t m Ön çöktürme tank na kimyasal madde ilavesi ile BOI 5 ve Ask da Kat Madde giderimi artt r l r ve besin elementi giderimi (genellikle fosfor) sa lan r. Dikdörtgen ön çöktürme tanklar : Dikdörtgen ön çöktürme tanklar nda at ksu beslemesi bir uçtan yap l r, at ksu uzun kenar boyunca hareket ederek öbür uçtan tank terk eder. Çöken çamur dip k s mda at k suyun ters yönünde hareket eden s y r c lar vas tas yla toplama bölümüne itilir. Tüm su yüzeyinde dola an köpük toplay c lar yüzeydeki köpü ü toplayarak at ksu ç k taraf ndaki köpük toplay c hazneye iter ( ekil 4.7). Ön çöktürme tanklar yüzey yüküne göre boyutland r l rlar. yi bir performans elde etmek için bunun d nda tank derinli i, kalma süresi, çamur s y r c ta ma kapasitesi gibi parametrelerin de dikkate al nmas gereklidir. Yüzeysel ta ma h z, tüm geri devir ak mlar da dahil, çöktürme tank na giri debisinin toplam tank alan na (ç k ak m toplama oluklar da dahil) oran d r. Ön çöktürme tanklar nda yüzeysel ta ma h z de erleri Tablo 4.10 da verilmi tir. 83

92 Köprü Köpük s y r c Köpük ç k At ksu ç k Çamur s y r c Çamur ç k At ksu giri i ekil 4.6 Dairesel çöktürme tank ematik görünümü Bu yükleme h zlar nda iyi tasar m yap lm ve düzgün i letilen bir ön çöktürme tank nda ham evsel at ksuda %30-35 BOI 5, % ask da kat madde giderimi sa lan r. Endüstriyel at ksu durumunda ise at ksudaki çözünmü BOI 5 miktar farkl oldu undan bu oranlar de i ir. Ön çöktürme tank na kimyasal ilavesi yap l rsa ar t m oranlar yükselir. Çöktürme tank nda hidrolik k sa devre, at ksu debisindeki a r de i iklikler, çok yüksek ya da dü ük at ksu s cakl klar, yüksek geri devir oranlar BOI 5 ve Ask da Kat giderimlerinin tipik de erlerin alt na dü mesine neden olur. Savak Köpük s y r c Ç k sava Yürüme yolu At ksu giri i Birincil çamur Ç k kanallar ekil 4.7 Dikdörtgen ön çöktürme tank Ön çöktürme tank n n iyi çal mamas veya a r yüklenmesi durumunda ön çöktürme tank yüklemesi de artm olacakt r. Ancak son çöktürme tank daha yüksek yüklemeleri kald racak ekilde tasarlanm sa bu durum bir problem olu turmaz. Ayn ekilde ön çöktürme tank yüzeysel ta ma h z n n önerilenin üstünde olmas durumunda, aktif çamur sistemi daha yüksek organik yükü kald racak ekilde tasarlanm sa problem olmayacakt r. Tablo Ön çöktürme tanklar nda tasar m bilgileri (1), (6). 84

93 Aral k Tipik Ön çöktürme (son çöktürme var): Kalma süresi, saat 1,5-2,5 2 Ta ma h z, m 3 /m 2 /gün Ortalama ak Pik saatlik debi Savak yükü, m 3 /m/gün Aktif çamur geri dönü lü ön çöktürme: Kalma süresi, saat 1,5-2,5 2,0 Ta ma h z, m 3 /m 2 /gün Ortalama ak Pik saatlik debi Savak yükü, m 3 /m/gün Savak yükünün ön çöktürme tank performans na etkisi çok azd r. Savak yükleme h z n n m 3 /m/gün aral nda olmas önerilmektedir. A r su h z n önlemek üzere yeterli tank derinli i ve ç k suyu oluklar aras nda yeterli mesafe olmas önerilmektedir. Böylece dipte toplanan çamurun hareketlenip ç k suyu ile sürüklenmesi önlenmi olur. Ortalama tasar m debisinde bekleme süresi 2,5 saati geçmemelidir. Uzun kalma sürelerinde septik artlar olu ur ki bu da çöktürme tank performans n n dü mesine (havas z çürüme artlar nda olu an gazlar çamurun çökmesini engeller) ve koku olu mas na sebep olur (havas z çürüme s ras nda ç kan gazlar). Uzun çamur ya ise çöken organik kat lar n çözünmesine neden olur bu da takip eden ar tma üniteleri için daha yüksek organik yükleme demektir. Düzgün tasarlanm çamur toplama üniteleri, toplanan çamurun uygun sürede nakli ile tank n dibinde çamur birikimini önleyecektir. Çamur kal nl, septik artlar n olu umunu ve uzun çamur kalma ya n önlemek üzere minimize edilmelidir. Çöktürme i lemlerinde çöken çamurun ak kan taraf ndan sürüklenmemesi için ak kan n yatay h z büyük önem ta maktad r. Ak kan n yatay h z n n belirli bir de erden büyük olmas durumunda ak kan n çökeltme tank taban nda birikmi çamuru sürükleme riski vard r. Kanalizasyon borular nda yatay h z, kat parçac klar n kanalda çökmesini önlemek için yüksek tutulur. Kritik yatay h z a a daki formülle hesaplan r (1),(7) k s 1 gd V H (4.5) f 85

94 Burada: V H : kritik yatay h z, m/sn, s : partikül yo unlu u, (kg/m 3 ), g : yerçekimi ivmesi, m/s 2, d : partikül çap, m, k : sabit (kum için 0,04, yap kan çamur için 0,06) f : Darcy-Weisbach sürtünme faktörü (0,02-0,03) Boyutland rma: Dikdörtgen ve dairesel ön çöktürme tanklar n n tipik boyutlar Tablo 4.11 de verilmi tir. Tablo Ön çöktürmede kullan lan dikdörtgen ve dairesel çöktürme tank tasar m de erleri. Aral k Tipik Dikdörtgen Derinlik, m 3-4,5 3,7 Uzunluk, m Geni lik, m S y r c h z, m/dak 0,6-1,2 0,9 Dairesel Derinlik, m 3-4,5 3,7 Çap, m Taban e imi, mm/m S y r c devir say s, dev/dak 0,02-0,05 0, At ksu Pompalar ve Pompa stasyonlar At ksu pompalama, at ksu, ya mur suyu, çamur ve ar t lm sular n uzakla t rma i lemlerini kapsar. Debilerdeki dalgalanmalar ve bir problem durumunda çevreyi kirletme riski dolay s yla kanalizasyon ve ya mur suyu pompa tesisleri, emniyetli ve bak m kolay olmal d r. Özellikle büyük pompa istasyonlar nda pompa verimi ve at ksu içindeki kat lar n çökmeden pompalanmas çok önemlidir. Do ru pompa ile ekipmanlar n n seçimi ve kullan m tecrübe gerektirir. Bu bölümde at ksu pompalar seçimine yard mc olacak temel bilgiler verilmi tir. Pompalar teorik olarak kinetik enerjili pompalar ve pozitif yer de i tirmeli pompalar olmak üzere iki ana grupta toplan r. Pompa istasyonlar ise slak ortaml ve kuru hazneli olmak üzere iki grupta toplan r. Islak hazneli pompalar dü ey milli ve dalg ç pompalard r. Islak hazneli dü ey milli pompalarda motor slak hazne s v seviyesinin üstünde monte edilir fakat pompa batm kal r ( ekil 4.8a). Dalg ç pompalar s v içinde çal maya uygun, özel izolasyonlu entegre motorludurlar ( ekil 4.8b). 86

95 Kuru hazneli terfi merkezleri kuru tip veya kendinden emi li santrifüj pompalard r. Pozitif emmenin mümkün olabilmesi için pompa ekseni slak taraftaki suyun alt seviyesi hizas nda olmal d r ( ekil 4.8d). Di er bir alternatif de kuru ekil 4.8c de görüldü ü gibi pompan n bir kademe te kili sonucu slak bölümün içinde olmas d r. Bunlar n d ndakiler vidal ( ekil 4.8e), hava yükseltmeli (mamut) ( ekil 4.8f), bas nçl haval ( ekil 4.8g) pompalard r. Çe itli pompa tipleriyle ilgili k sa aç klamalar ve uygulama alanlar Tablo 4. 12de verilmi tir. Yükseklik: Belirli bir seviyenin üstündeki belli yükseklikteki s v kolonuna e it hidrolik enerjiyi (kinetik veya potansiyel) tan mlar. Yükseklik ve bas nç birbirleri cinsinden ifade edilebilirler (1m su = 9,81 kpa). Terfili iletmede ad geçen ba l ca yükseklik tipleri, emme yüksekli i, basma yüksekli i ve geometrik yüksekliktir. Bir pompan n toplam terfi yüksekli i (Hm) ise geometrik yükseklik (H o ), toplam yük kayb (h f ) (yerel yük kay plar dahil), ve h z yüksekli i (h v ) toplam d r. Yük kayb borulardaki yük kayb olup (emme ve basma). Darcy-Weisbach veya Hazen-Williams formülleri ile hesaplanabilir. Yerel yük kay plar (h m ), ba lant lar, vana, dirsek, giri, ç k gibi yerlerde olu ur ve h z yüksekli i cinsinden hesaplan r. H m = H 0 + h f + h m + h v (4.6) Pompalarda enerji gereksinimi: Pompalarda enerji gereksinimi (4.7) formülü ile kw olarak hesaplan r (8).. g. Q. H P = (4.7) r Burada: Q : gerekli pompa debisi, m 3 /sn, r : pompa verimi (%) : pompalanacak s v n n yo unlu u, kg/m 3, H m : toplam terfi yüksekli i, g : yerçekimi ivmesi, m/sn 2, 87

96 ç k ç k a. Islak tipli santrifüj pompa b. Dalg ç pompa c.kuru tip kendinden emi li pompa de arj giri d.kuru tip santrifüj pompa e.vidal (salyangoz) pompa Bas nçl hava Bas nçl hava ç k giri Giri çek vana De arj çek vana kald rma Su yüzeyi Pompalama s ras nda bat kl k f.hava ile yükseltmeli (mamut) pompa g.bas nçl haval pompa ekil 4.8 Çe itli pompa ve pompa istasyonlar (1) 88

97 Tablo Pompa çe itleri ve at ksu ar t m nda uygulama alanlar (1),(2) Ana Pompa tipi K sa aç klama Ba l ca uygulamalar s n flama Kinetik enerjili Santrifüj Sürücü giri ve de arj ba lant lar ile bir haznede bulunur. Yük santrifüj kuvveti ile olu ur. Ham at ksu, biyolojik çamur geri devir ve atma, ön çöktürme çamuru, yo unla t r lm çamur, ç k. Vorteks Hücre içindeki sürücü, ak mdan ba ms z bir haznede bulunur. Köpük, kum, çamur ve ham at ksu Tork ak l Dönen element s v y kapal bir hazne içinde döndürerek de arj borusuna iter Ya lama ya lar, kimyasal çözeltiler, küçük debide su ve at ksu Pozitif yer de i tirmeli Vidal E imli bir hazne içinde spiral bir vidadan ibarettir. Kum, çöktürülmü ön ve biyolojik çamur, k vamla t r lm çamur, ham at ksu Diyafram Bir silindirin etraf na tutturulmu esnek bir diyafram veya disk Kimyasal çözeltiler Pistonlu Silindir içinde hareket eden bir piston veya r ngadan ibarettir. Her bir defada belirli miktar s v pompalar Hava ile yükseltmeli K smen batm dik bir tüpün içine hava gönderilir. Hava kabarc klar tüpün içindeki ak kan n birim a rl n dü ürür. Yüksek birim hacim a rl ndaki ak kan dü ü üyle yer de i tirerek onu tüp içinde yükselmeye zorlar. Köpük, ön, biyolojik ve çöktürülmü çamurlar. Kimyasal çözeltiler Biyolojik çamur geri devri ve de arj, kum Bas nçl haval Hava giri hücresine bas nçla gönderilir, bas nçl hava at ksuyu iter. Küçük tesislerde ( l/dak) ham at ksu 89

98 4.3. Kar t rma At ksu ar t m n n birçok kademesinde kar t rma gereklidir. Örne in: bir maddeyi di eri ile tamamen kar t rmak, s v süspansiyonlar n kar t rmak, flokülasyon, s transferi gibi. kinci kademe çöktürme tank ç k suyunun dezenfeksiyon için klor veya hipoklorit ile kar t r lmas gerekir. Aktif çamur prosesinde havaland rma tank muhteviyat n n kar t r lmas, sisteme mikroorganizmalar için hava veya oksijen verilmesi gerekir. Aktif çamur sistemlerinde havaland rma sistemi ayn zamanda kar m da sa lar. Çamurdan suyun ayr lmas n n kolayla mas için çamur baz kimyasallarla kar t r l r. Havas z ar t mda, biyolojik dönü ümün h zlanmas ve tüm reaktörün homojen olarak s nmas n n sa lanmas için kar t rma uygulan r. Kar t rma boru veya kanalda veya reaktörde olarak s n fland r l r. Boru veya kanalda kar mda amaç bir maddeyi di erinin içinde sürekli kar t rmakt r. Kar t rma süresi saniye mertebesindedir. Kimyasallar n bir s v da h zl kar t r lmas çe itli ekillerde yap labilir: Aç k kanallarda hidrolik s çrama Venturi kanallarda Borularda Pompalama ile Statik mikserlerle Mekanik mikserlerle Bunlardan ilk dördünde kar m türbülansla sa lan r. Statik mikserlerde türbülans enerji da lmas ile sa lan r. Mekanik mikserlerde ise türbülans, dönen bir çark vas tas yla enerji verilmesi ile sa lan r. Reaktörde kar t rmada ise amaç bir reaktör veya tanktaki muhtevay sürekli kar m halinde tutmakt r. Sürekli kar t rma çe itli ekillerde yap labilir: Mekanik mikserlerle Bas nçl haval (pnömatik) Statik mikserlerle Pompalama ile Bas nçl hava ile kar t rma biyolojik ar t mda havaland rmada uygulan r Kar t rmada Enerji Da l m Birim s v hacmine verilen enerji, kar t rman n etkinli i için yakla k bir ölçümdür. P G = (4.8) µ V Burada: G : ortalama h z gradyan, l/sn, P : enerji gereksinimi, W, µ : dinamik viskozite, N.sn/m 2, 90

99 V : reaktör hacmi, m 3. Bu ba nt da her iki taraf teorik hidrolik kalma süresi t d =V/Q ile çarp l rsa: 1 PV Gt d = (4.9) Q µ Burada: t d : kalma süresi, sn, Q : debi, m 3 /sn. Muhtelif kar t rma i lemleri için verilen G de erleri Tablo 4.13 de verilmi tir Kar t rmada Enerji Gereksinimi Kar t rma ekline göre enerji gereksinimi a a da verilmi tir. Pervane ve türbin kar t r c lar: Kar t rma h z ve türbülans ne kadar büyükse kar t rma da o kadar etkilidir. Laminer ve türbülansl artlar için a a daki formüller kullan l r. Laminer ak için (Re < 10): P = k µ n 2 D 3 (4.10) Tablo 4.13 At ksu ar tma proseslerinde tipik h z gradyan ve kalma süreleri De er aral Proses Kalma G, sn -1 süresi H zl kar t rma At ksu ar t m nda tipik h zl kar t rma i lemleri 5-20 sn 250-1,500 Temasl filtrasyon proseslerinde h zl kar t rma <1-5 sn 1,500-7,500 Yumakla t rma At ksu ar t m nda kullan lan tipik flokülasyon prosesleri dak Do rudan filtrasyon proseslerinde flokülasyon 2-10 dak Temasl filtrasyon proseslerinde flokülasyon 2-5 dak Türbülansl ak için (Re >10 000): P = k n 3 D 5 (4.11) Burada: P : Enerji gereksinimi, W, k : sabit, (Tablo 4.13), µ : s v n n dinamik viskozitesi, N.sn / m 2, : ak kan n kütle yo unlu u, kg / m 3, 91

100 D : kar t r c pervane çap, m, N : saniyede devir say s, dev/sn. Reynolds say s 4.12 formülü ile bulunabilir. D 2 n Re = µ (4.12) Burada: Re : Reynolds say s, D : pervane çap, m, N : dev/sn : s v n n yo unlu u, kg/m 3, µ : dinamik viskozite, N.sn/m 2. k de erleri Tablo 4.13 de verilmi tir. Havuzdaki girdap artlar n n, dört adet perde ile ortadan kald r ld kabul edilmektedir (perdelerin her biri tank çap n n %10 u geni li indedir). Pedall kar t r c lar: Pedall kar t r c lar genellikle yava dönerler. Fiziko-kimyasal ar t mda at ksuya alüminyum veya demir sülfat ve polielektrolit ilave edilirse pedallar flokla t r c olarak görev yapar. Flokülasyon yava hareket eden pedallarla ve hafif kar t rma ile h zlan r. Kar t rma h zl olursa olu an floklar parçalan r ve küçülür böylece çökmeleri zorla r. Flokla ma dakikada tamamlan r. 0,6-0,9 m/sn pedal ucu h z nda floklar k rmadan yeterli türbülans sa land bildirilmektedir. Pedall sistemlerde enerji gereksinimi pedallar n sürükleme kuvveti ile ili kilendirilir (4.14). 2 CDA vp F D = 2 (4.14) 3 CD A v p P = FDv p = 2 (4.15) Tablo Kar t rmada enerji gereksinimi k de erleri Sürücü Laminer ak m Türbülansl ak m Pervaneli, kare aral kl, 3 kanatl 41,0 0,32 Pervaneli, iki di aral, 3 kanatl 43,5 1,00 Türbin, 6 düz kanatl 71,0 6,30 Türbin, 6 e ik kanatl 70,0 4,80 Fan türbini, 6 kanatl 70,0 1,65 Türbin, 6 ok tipli kanatl 71,0 4,00 Düz kanatl, 6 kanatl 36,5 1,70 Kaplanm türbin, 2 e ik kanatl 97,5 1,08 Bobinli kaplanm türbin (perdesiz) 172,5 1,12 92

101 Burada: F D : sürükleme kuvveti, N, C D : ak kana dik yönde hareket eden pedal n sürükleme katsay s, A : pedallar n enine kesiti, m 2, : ak kan kütle yo unlu u, kg/m 3, v p : pedallar n ak kana k yasla rölatif viskozitesi, m/sn, genellikle pedal ucu h z n n 0,6-0,75 kat kabul edilir. P : enerji gereksinimi, W. Statik kar t r c lar: Statik kar t r c lar n hareketli parçalar yoktur. Tipik örnek boru hatlar ndaki statik kar t r c lard r. Hattaki statik kar t r c larda h zda ani de i iklikler olu turulur. Statik kar t r c lar, kimyasallar n kar t r lmas nda, a rtmal perdeliler ise flokülasyonda kullan l r. Statik kar t r c larda kullan lan enerji miktar (4.16) ile bulunabilir. P = Q h (4.16) Burada: : suyun özgül a rl, kn/m 3, Q : debi, m 3 /sn, h : yük kayb, m. Bas nçl hava ile kar t rmal : Kar t rma tanklar na, havaland rmal kanallara, flokülasyon tanklar na tank n dibinden hava verilerek kar t rma sa lan r. Kar t rma veya flokülasyon tanklar na hava verildi inde hava kabarc klar n yükselten enerji (4.17) formülü ile hesaplanabilir. P p c = pava ln (4.17) pa Burada: p a : atmosfer bas nc, kn/m 2, V a : atmosfer bas nc nda hava hacmi, m 3 /sn, p c : de arj noktas nda hava bas nc, kn/m 2. Atmosfer bas nc nda hava debisi m 3 /dak ve bas nç metre olarak al n rsa (4.17) a a daki gibi yaz labilir. ( ) h P = KQa ln (4.18) Burada: K : sabit (1,689), Q a : atmosfer bas nc nda hava debisi, m 3 /dak, h : de arj noktas ndaki hava bas nc, m. H z gradyan G, (4.18) den bulunan P de eri, (4.8) de yerine konularak bulunur. 93

102 4.4. Yüzdürme Yüzdürme s v fazda s v veya kat partiküllerin ayr ld bir i lemdir. Ay rma ince gaz kabarc klar n n (genellikle hava) s v faza verilmesi ile sa lan r. Hava kabarc klar partiküllere tutunur ve birlikte yüzeye yükselirler. At ksu ar t m nda yüzdürme, ask da maddeleri uzakla t rarak, biyolojik çamurun yo unla mas n sa lar. Yüzdürmenin çökeltmeye göre temel üstünlü ü, yava çöken çok küçük boyutlu ve hafif partiküllerin çok daha çabuk ve tamamen uzakla t r labilmesidir. Yüzeye ç kan partiküller yüzeyden s yr larak toplan rlar. Yüzdürme i leminde hava kabarc klar de i ik yöntemlerle olu turulur: S v bas nç alt ndayken hava enjekte edilir, sonra bas nç kald r l r ( ekil 4.9) (çözünmü -hava ile yüzdürme DAF), Atmosfer bas nc nda havaland rma (hava ile yüzdürme), Atmosfer bas nc nda hava ile doyurma, daha sonra s v ya vakum uygulama (vakum ile yüzdürme). Bu sistemlerin tümünde giderim verimi baz kimyasallar n kullan m ile artt r labilir. Kimyasal Giri besleme Koyula m ta ma Toplay c Savak Kar t rma Flotasyon tank Ç k suyu Kimyasal kar t rma tank Pompalar Hava Çöken çamur Dip çamuru toplama ekil 4.9. Çözünmü hava ile yüzdürme sistemi (DAF) ematik görünümü 4.5. Havaland rma Bas nçl tank Bas nç kontrol vanas at k suyun havaland r lmas nda iki temel yöntem vard r: hava veya saf oksijenin at ksuya batm difüzörlerle veya di er havaland rma cihazlar ile verilmesi veya at k suyun mekanik olarak kar t r larak havan n suda çözünmesinin h zland r lmas. 94

103 Difüzörlü hava sistemleri; at ksuya batm difüzörler ve üfleyiciden (blower) ibarettir. Çe itli havaland rma sistemlerinin üstünlük, k s t ve oksijen transfer de erleri Tablo 4.15A ve Tablo 4.15B de verilmi tir Difüzörler Önceleri difüzör sistemleri, ince kabarc kl ve kaba kabarc kl olarak iki grupta inceleniyordu. Ancak bu terimlerin tam tan m, ince ve kaba kabarc klar n boyutlar aç k olmad ndan son y llarda difüzörlü havaland rma sistemlerini, cihaz n fiziksel karakteristikleri ile ifade etmek tercih edilmektedir. Bu ekilde üç esas s n f belirlenmi tir: Gözenekli veya ince gözenekli difüzörler Gözenekli olmayan difüzörler Jet tipi, aspiratörlü ve U-tüpü havaland r c lar Oksijen transferi: At ksu ar t m nda gaz transfer h z, o andaki gaz n çözeltideki yo unlu u ve denge yo unlu u fark ile orant l d r. r m = K g A(C s -C) (4.19) Burada: r m : kütle transfer h z, K g : gaz difüzyon katsay s, A : gaz n difüze oldu u alan, C s : gaz n çözeltideki doygunluk konsantrasyonu, C : gaz n çözeltideki konsantrasyonu dc r m = V (4.20) dt dc rm A rc K g ( C s C) (4.21) dt V V A K g yerine orant faktörü K L a yaz larak: V dc rc K La( Cs dt C) (4.22) Burada: r C : konsantrasyon de i imi, mg/l.sn, K L a : toplam kütle transfer katsay s, sn -1, (4.22) Formülünün C=C o,c=c,t=0, t=t aral nda integrali al n rsa (4.23) elde edilir. C s Ct ( K La) t C s C o e (4.23) (C s -C t ) ve (C s -C o ) terimleri ba lang ç ve sonuçtaki doygunluk eksikli ini gösterir. 95

104 Tablo 4.15A. Çe itli havaland rma sistemlerinin üstünlük, k s t ve oksijen transfer de erleri (Bas nçl hava sistemleri) (2),(9). Havaland rma sistemi Aç klama Avantajlar Dezavantajlar Transfer verimi (%) Bas nçl hava sistemi Hava tank n dibine yak n bir yerden gözenekli veya gözeneksiz difüzörlerden verilir. Hava kabarc klar yüzeye ç karken oksijen transferi ve kar ma gerçekle ir. Transfer h z (standart kgo2/kw.h) nce kabarc kl Seramikten yap lm gözenekli plaka, tüp, kubbemsi difüzör veya lastik esnek membran yi kar t rma, hava debisini de i tirerek i letme esnekli i ve iyi oksijen transferi, enerji gereksinimi dü ük, membran tiplilerin bak m masraflar dü ük Yüksek yat r m ve bak m masraflar, hava filtresi gerekiyor ,2-2,0 Orta kabarc kl Üstü kaplanm delikli paslanmaz çelik tüp yi kar t rma, kaplama malzemesi de i tirilebildi inden bak m maliyeti dü ük Yat r m maliyeti yüksek, hava filtresi gerekebilir ,0-1,6 Iri kabarc kl Bas nçla da lan hava esnek diskin yerinden oynatabilir. T kanma olmaz, bak m dü ük, hava filtresi gerekmez, spiral ak için kullan l r lk yat r m masraf yüksek, oksijen transferi dü ük, enerji gideri yüksek 4-8 0,6-1,2 Jet Havaland r c Bas nçl hava ve s v kar t r l p öyle veriliyor. nce kabarc klar yükselirken kar ma ve oksijen transferi sa lar. Maliyet orta, derin tanklar için uygun, yüksek transfer verimi Üfleyici (blower) ve pompalama ekipman gerektirir, a zda (nozzle) t kanma ,2-1,4 96

105 Tablo 4.15B. Çe itli havaland rma sistemlerinin üstünlük, k s t ve oksijen transfer de erleri (Mekanik havaland rma sistemleri) (2),(9). Havaland rma sistemi Mekanik sistem Hava dolambaçl yoldan yukar do ru bir tüp içinden akar. Kar ma ve oksijen transferi sa lan r. Aç klama Avantajlar Dezavantajlar Transfer verimi (%) Yat r m maliyeti dü ük, transfer verimi yüksek Transfer h z (standart kgo2/kw.h) Kar m dü ük - 1,2-1,6 Radyal ak l dü ük h z dev/dak Dü ük h z, büyük çapl pervane kullan l r, yüzer veya sabittir, vites de i tirici kullan r. Tank ekli ve boyutu uyarlanabilir, iyi kar ma. lk yat r m yüksek, so uk iklimde buzlanma, vites dü ürücü bak m problemi yaratabilir. - 1,2-2,4 Eksenel ak l yüksek h zl dev/dak Yüksek h z, daha küçük çapl pervane kullan l r. Yüzer yap. lk yat r m dü ük, çe itli su seviyelerine ayarlanabilir, esnek i letme. So uk iklimde buzlanma, bak m zor, kar m yetersiz. - 1,2-2,4 Döner f rçal Havaland rma ve sirkülasyon sa lar, çevresinden çelik f rça ç kan silindir eklinde. Havaland rma ve sirkülasyon sa lar, oksidasyon hendeklerinde kullan l r, ilk yat r m orta, bak m kolay. Tank ekli limitli, verim dü ük. - 1,2-2,4 Batm türbin iddetli kar m sa lar, s k t r lm hava pervanenin alt ndan verilir. Sabit köprü gerektirir. Kar m iyi, birim hacim için kapasite yüksek, derin tanklar için uygun, i letme esnekli i, buzlanma ve s çrama yok. Üfleyici ve devir dü ürücü gerektirir, toplam enerji gereksinimi yüksek, ilk yat r m yüksek. - 1,0-1,5 97

106 Aktif çamur sisteminde K L a de eri, mikroorganizmalar n oksijen kullan m baz nda hesaplan r. Havuzda oksijen 1-3 mg/l mertebelerinde tutulur ve oksijen verilir verilmez mikroorganizmalar taraf ndan kullan l r. Bu ili ki denklem (4.24) de verilmi tir. dc dt K a( C C) r (4.24) L s M Burada: r M :mikroorganizmalar n oksijen kullan m h z, (2-7 go 2 /g uçucu ask da kat madde / gün), Oksijen seviyesi sabit tutulursa dc/dt 0 olur. Buradan 4.24 tekrar düzenlenirse: r M = K L a(c s -C) (4.25) Bu durumda C de sabit olur. Warburg cihaz nda r M bulunarak a a daki ba nt yard m ile K L a hesaplan r. K L a = C s r M C (4.26) Toplam kütle transfer katsay s, K L a, s cakl n, kar t rma h z n n (ayn zamanda havaland rma cihaz tipi ve kar ma hücresi ekli) ve sudaki maddelerin de fonksiyonudur. Bu faktörler a a da k saca anlat lm t r. S cakl n etkisi: (4.27) formülü ile ifade edilir. K L a (T) = K L a (20 o C) T-20 (4.27) Burada: K L a (T) : T s cakl nda oksijen kütle transfer katsay s, sn -1, K L a (20 o C) : 20 o C de oksijen kütle transfer katsay s, sn -1. : s cakl k-aktivite katsay s (1,015-1,040, difüzörlü ve mekanik havaland rma sistemleri için tipik de er 1,024 dür). Kar t rma ve tank eklinin etkisi: Kar t rma h z ve tank eklinin K L a ya etkisini teorik bazda bulmak çok zordur. Havaland rma sistemlerinde sistem seçimi verimle, verim de K L a ile ili kili oldu undan mutlaka bulunmas gerekmektedir. Havaland rma sistemlerinin genellikle musluk suyu kullan larak ve dü ük çözünmü oksijen seviyelerinde özellikleri belirlenir. Gerçek sistemde K L ay bulmak için faktörü kullan l r: = C s (at ksu)/c s (musluk suyu) (4.28) de eri havaland rma sistemi tipi, ekli, kar t rma ekli ve at ksu karakteristiklerine göre de i ir (0,3-1,2). Difüzörlü sistemlerde 0,4-0,8, mekanik havaland rmal sistemlerde ise 0,6-1,2 aras ndad r. Gerçek havaland rma tank geometrisi, deney için kullan landan çok farkl ysa uygun de erinin seçilmesine çok dikkat edilmelidir. 98

107 At ksu karakterinin etkisi: Üçüncü düzeltme faktörü ß, test sistemi oksijen transfer h z n, sudaki tuzlar n, partikül maddelerin ve yüzey aktif maddelerin oksijenin çözünürlü üne etkisini düzeltmek amac yla kullan l r: ß = C s (at ksu)/c s (çe me suyu) (4.29) ß 0,7-0,98 aras nda de i ir. At ksu için genellikle ß = 0,95 kullan l r. ßn n tayini, at ksu ar tma tesisi laboratuarlar nda kolayl kla yap labilece inden kullan lacak de erlerin laboratuarda do rulanmas önerilmektedir. Düzeltme faktörlerinin uygulamas : Yukar da bahsedilen düzeltme faktörlerinin kullan m na örnek olarak, deneysel ölçümler yard m ile mekanik yüzey havaland r c l arazi ölçekli sistemde oksijen transfer h z n n bulunmas örnek olarak verilmi tir. Cs Cw T OTR ( ) 20 f SOTR ( ) (4.30) C s 20 Burada: OTR f : gerçek i letme artlar nda gerçek oksijen transfer h z, g O 2 /kw.h, SOTR : 20 o C ve 0 çözünmü oksijen test artlar nda standart oksijen kullan m h z, go 2 /kw.h, C s : musluk suyu için arazi artlar nda oksijen doygunluk konsantrasyonu, mg/l, C w : i letme artlar nda at ksudaki oksijen, seviyesi mg/l, : çe me suyu için 20 o C de oksijen seviyesi, mg/l. C s20 Difüzörle havaland rmada (4.30)daki C s de erleri havan n, tank n dibinden sal verilmesi nedeni ile atmosferik doygunluk konsantrasyonundan daha yüksek olaca dikkate al narak düzeltilmelidir. Difüzörlerin performans : Oksijen transfer verimi u faktörlere ba l d r: difüzörün tipi, boyutu ve ekli hava debisi suya batma derinli i tank ekli (difüzörün yeri de dahil) at ksu karakteristikleri Havaland rma teçhizat önce temiz suda denenir, sonuçlar dönü üm faktörleri ile i letme artlar na uyarlan r. Tablo 4.16 da çe itli difüzörlerin temiz suda oksijen transfer verimleri ve hava debileri verilmi tir. Standart Oksijen Transfer Verimi (SOTE) de erleri 4,57 m difüzör derinli i, 20 o C s cakl k, 101,3 kn/m 2 bas nç ve 0mg/l ba lang ç çözünmü oksijen seviyesinde yap lm t r. Gözenekli difüzörlerde Oksijen Transfer Verimi (OTE), iç t kanmalar veya d köpürmeler nedeniyle dü ebilir. ç t kanmalar sistemde kullan lan bas nçl havadaki kirlili in hava filtresinde tutulmam olmas ndan kaynaklanabilir. D köpürmeler ise genellikle biyofilm veya inorganik çökelti olu umundan kaynaklan r. 99

108 Tablo 4.16 Çe itli difüzör sistemleri için temiz suda oksijen transfer verimleri Difüzör tip ve konumu Hava debisi m 3 /dak difüzör SOTE (%) (derinlik 4,57m) Seramik disk- zgara 0,011-0, Seramik disk- zgara 0,014-0, Seramik plaka- zgara 0,609-1,524 a Homojen gözenekli plastik tüpler Izgara 0,068-0, Çift tarafl spiral merdane 0,085-0, Tek tarafl spiral merdane 0,057-0, Homojen olmayan gözenekli plastik tüp Izgara 0,028-0, Tek tarafl spiral merdane 0,057-0, Delikli membran tüpleri Izgara 0,028-0, Çeyrek noktalar 0,057-0, Tek yönlü spiral merdane 0,057-0, Jet havaland rma Yan ba l kl 1,528-8, Gözeneksiz difüzörler Çift tarafl spiral merdane 0,093-0, Orta geni lik 0,0283-5, Tek tarafl spiral merdane 0,283-0, a birim: m 3 /m 2 difüzör.dak Üfleyiciler (Blower) Yayg n kullan lan üfleyici tipleri: santrifüj üfleyiciler, pozitif yer de i tirmeli üfleyiciler, santrifüj türbinleridir. Santrifüj tipliler 85 m 3 /dak n n üstündeki birim kapasitelerde kullan l rlar. De arj bas nc kn/m 2 aras ndad r. At ksu ar t m nda üfleyiciler geni hava debisi ve dü ük bas nç aral nda ve farkl çevre artlar nda çal abilmelidir. Üfleyiciler genellikle belirli i letme artlar nda çal rlar. At ksu ar tma tesisinde geni bir hava debisi ve bas nç aral gerekebilece inden üfleyicilerin i letme artlar ndaki de i ikli e ve yeni düzenlemeye uygun oldu u konusunda üreticiden onay al nmal d r. De i iklik ve düzenleme yöntemleri öyle s ralanabilir: Santrifüj üfleyicilerin i letme özellikleri dü ük devirli santrifüj pompalara benzer. Basma bas nc kapatma an nda kapasitesinin %50sinde maksimuma yükselir ve sonra dü er. Üfleyicinin i letme noktas santrifüj pompalar gibi basma yüksekli i kapasite e risi ile sistem e risinin kesi me noktas d r. Üfleyici özellikleri standart hava artlar na göre verilir (20 o C, 100

109 760 mm c va bas nc ve %36 nispi nem oran ). Standart havan n özgül a rl 1,2 kg/m 3 dür. Havan n yo unlu u santrifüj üfleyicinin performans n etkiler, giri hava s cakl veya barometrik bas nçtaki de i iklik, s k t r lm havan n yo unlu unu de i tirecektir. Gaz n yo unlu u ne kadar yüksek olursa bas nç da o kadar yüksek olur, bunun sonucu olarak s k t rma için daha fazla enerji gerekir. Üfleyici seçimi, s cak yaz günlerinde yeterli kapasiteyi sa layacak, so uk k günlerinde ise yeterli gücü sa layacak ekilde yap lmal d r. Adyabatik s k t rma için enerji gereksinimi (4.31) de verilmi tir wrt1 ( p2 ) P w = [ _ 1] (4.31) 29.7ne p1 Burada: P w : her bir üfleyici için enerji gereksinimi, kw, w : akan havan n a rl, kg/sn, R : havan n ideal gaz sabiti, 8,314 kj/k mol o K, T 1 : giri s cakl, o K, p 1 : giri bas nc, atm, p 2 : ç k bas nc, atm, n : hava için (k-1)/k = 0,283 k : hava için 1,395, e : verim (s k t rma için 0,70-0,90) Basma bas nc 55 kn/m 2 'nin üstünde ve serbest hava birim üniteye 85 m 3 / dakn n alt nda ise pozitif yer de i tirmeli üfleyiciler kullan l r. Pozitif yer de i tirmeli üfleyiciler su seviyesinde önemli de i iklikler beklendi inde de kullan l rlar. Bunlar sabit kapasitede de i ken bas nçta çal r Mekanik Havaland r c lar Mekanik havaland r c lar yatay milli ve dü ey milli olmak üzere iki grupta toplan r. Her iki grup kendi aralar nda tekrar yüzeysel ve batm havaland r c lar olarak iki gruba ayr l r. Yüzey ve batm havaland r c larda oksijen atmosferden al n r, fakat baz batm tiplerde hava veya saf oksijen tanka dipten verilir. Her iki durumda da pompalama ve havaland rma hareketi kar m sa lar Dü ey Milli Yüzey Havaland r c lar Yüzer ya da sabit motora tutturulmu batm veya k smen batm pervaneden olu mu tur. Yüzeysel havaland r c lar pervane tipine ba l olarak (santrifüj, dönel) veya pervanenin dönü h z na (dü ük h zl, yüksek h zl ) ba l olarak s n fland r labilir. Santrifüj tipliler ayn zamanda dü ük h zl kategorisine girer. Dönel ak tipliler ise yüksek h zda çal r. Dü ük h zl havaland r c larda pervane elektrik motoruna ba l devir dü ürücü ile çal r. Motor ve di li kutusu platforma veya yüzen k sma monte edilir. Yüksek h zl havaland r c larda pervane motorun döner parças na tutturulur ve mutlaka yüzen k sma monte edilirler. Bu sistemler su yüzeyi de i iminin çok de i ken oldu u veya sabit bir yerin uygun olmad gölet ve lagünlerde kullan lmak üzere geli tirilmi tir. Yüzeysel havaland r c lar n gücü 0, kw aral ndad r. 101

110 Dü ey Milli Batm Havaland r c lar Mekanik havaland r c lar n ço u oksijen transferini sa lamak üzere su yüzeyini hava ile iddetli kar t rma prensibine dayan r. Batm mekanik havaland r c larda pervanenin alt ndan hava veya saf oksijen de verilebilir. Pervane hava kabarc klar n da t r ve tank içeri inin kar mas n sa lar. Batm mekanik havaland r c lar n gücü 0, kw aral ndad r Yatay Milli Döner Mekanik Havaland r c lar Yatay milli mekanik havaland r c lar yüzeyde ve batm olmak üzere iki grupta toplan r. F rça tipli havaland r c lar, su seviyesinin tam üstünde olacak ekilde f rçal (çelik f rçal, plastik çubuklu veya b çakl ) yatay bir silindirden ibarettir. Çal ma s ras nda motora ba l silindir h zla dönerken suyu tank boyunca spreyler ve at k suyun içine hava al r. Oksidasyon hendeklerinde kullan l r. Batm Yatay milli mekanik havaland r c lar prensip olarak yüzeysel tiplere benzer. Ancak farkl olarak batm tiplerde, döner afta tutturulmu pedal veya diskler vard r. Disklerin, çap n 1/8-3/8 i kadar suya batm t r ve sürekli ekilde suya girerler. Disklerin durmas, disk döndü ünde su yüzeyinin alt nda hava s k mas na yol açar. Disklerin yerle tirilmeleri oksijen ve kar ma gereksinimine ba l olarak de i ir. Tipik enerji gereksinimi 0,1-0,75 kw/disktir Havaland r c Performans Mekanik havaland r c lar standart artlarda kgo 2 /kw-h olarak belirtilen oksijen transfer h z na göre de erlendirilirler. Standart artlar, 20 o C s cakl k, 0,0 mg/l çözünmü oksijen (Ç.O), ve test suyu çe me suyu durumudur. Test ve de erlendirme karars z-durumda oksijeni sodyum sülfit ile giderilmi temiz su ile yap l r. Ticari boyutlu yüzey havaland r c lar n verimi 1,2-2,4 kgo 2 /kw-h aral ndad r. Çe itli mekanik havaland r c lar n oksijen transfer de erleri Tablo 4.17 de verilmi tir. Üretici firma taraf ndan havaland r c performans olarak verilen verim de erleri, söz konusu havaland r c n n gerçek model ve boyutunda yap lan test sonuçlar ile do ruland nda kabul edilmelidir. Tasar mda ise standart performans verileri, arazi artlar na uyarlanmal d r. Bu uyarlama a a da verilen (4.32) ba nt s ile sa lan r. Parantez içindeki terim düzeltme faktörüdür. CWalt C L T 20 N N o ( ) (4.32) C S 20 Burada: N : arazi artlar nda transfer edilen kgo 2 /kw-h, N o : 20 o C, Ç.O.=0, artlar ndaki suda transfer edilen kgo 2 /kw-h, ß : tuzluluk yüzey gerilimi düzeltme faktörü, genellikle 1, C Walt : verilen s cakl k ve rak mda çe me suyunun oksijen doygunluk konsantrasyonu, mg/l, C S20 : çe me suyunun 20 o C de oksijen doygunluk konsantrasyonu, mg/l, C L : gerçek i letme halinde oksijen konsantrasyonu, mg/l, T : s cakl k, o C, : at ksu için oksijen transferi düzeltme faktörü (Tablo 4.18) 102

111 Tablo Çe itli mekanik havaland r c lar için oksijen transfer de erleri (1). Transfer h z Kg O 2 /kw-h Havaland r c tipi Standart a Arazi b Yüzey, dü ük-h zl 1,22-3,04 0,73-1,46 Yüzey dü ük-h zl, tüplü 1,22-2,80 0,73-1,28 Yüzey, yüksek-h zl 1,22-2,19 0,73-1,22 Yüzey, a a do ru türbinli 1,22-2,43 0,61-1,22 Batm türbin, serpme cihazl 1,22-2,01 0,73-1,09 Batm pervaneli 1,22-2,43 0,73-1,09 Yüzey, f rça ve b çakl 0,91-2,19 0,49-1,09 a standart artlar, musluk suyu,20 o C s cakl k, 101,3 kn/m 2 bas nç, Ç.O.=0,0 mg/l. b Arazi artlar, at ksu, 15 o C s cakl k, 152,4m yükseklik, = 0,85, ß = 0,9, i letme Ç.O =2mg/l. Tablo 4.18.Dü ük h zl yüzeysel havaland r c larda baz at ksular için tipik de erleri (1). BOI 5, mg/l faktörü a At ksu Giri Ç k Giri Ç k Evsel at ksu ,82 0,98 Ka t ve ka t hamuru ,68 0,77 Ambalaj ka d ,48-0,68 0,7-1,1 A art lm ka t ,83-1,98 0,86-1,0 laç üretimi 4, ,65-2,15 0,75-0,83 Sentetik elyaf üretimi 5, ,88-3,25 1,04-2,65 a Son ara t rmalar de erinin daha dü ük ve de i ken olabilece ini göstermi tir Kar t rma çin Enerji htiyac Etkin bir kar t rma için havaland rma tank ekil ve boyutu çok önemlidir. Havaland rma tanklar kare veya dikdörtgen planl olabilir. Havaland rma tank nda birden fazla havaland r c bulunabilir. Mekanik yüzey havaland r c lar durumunda havaland rma tank n n derinlik ve geni li i havaland r c boyutuna ba l d r (tipik de erler Tablo 4.19 da verilmi tir). Batm tip kar t r c l lar için derinlik 10,7 mye kadar ç kabilir. 103

112 Tablo Mekanik yüzey havaland r c lar için tipik tank boyutlar Tank boyutu, m Havaland r c gücü, kw Derinlik Geni lik 7,5 3,0-3,7 9,1-12,2 14,9 3,7-4,3 10,7-15,2 22,4 4,0-4,6 12,2-18,3 29,8 3,7-5,2 13,7-19,8 37,2 4,6-5,5 13,7-22,9 55,9 4,6-6,1 15,2-25,9 74,6 4,6-6,1 18,3-27,4 Büyük kabarc kl difüzörlü havaland rma sistemlerde yeterli kar m n da garantili olabilmesi için, hava gereksinimi, 1 m 3 tank hacmi için L/dak. (spiral döner havaland rma düzene i için), ince kabarc kl lar için 7-10 L/dak. d r (10). Difüzörlerin havaland rma tank n n dibine üniform olarak dizildi i havaland rma sistemlerinde havaland rma h z 1 m 3 tank hacmi için L/dak. olarak önerilmektedir. Mekanik havaland r c larla tam kar m n sa lanabilmesi için enerji gereksinimi havaland r c tasar m ve tank ekline ba l olarak W/ m 3 aral ndad r. Evsel at ksular için havaland rmal lagün tasar m nda kar t rma için gerekli enerji ihtiyac n n kontrol edilmesi çok önemlidir çünkü ço u durumda belirleyici faktördür. 104

113 KAYNAKLAR (1) Metcalf & Eddy, 2000, Wastewater Engineering, Treatment Disposal Reuse,. McGraw- Hill International Editions. (2) Syed R. Kas m, 1985, Wastewater Treatment Plants, Treatment, Design, and Operation, CBS Publishing Japan Ltd. (3) Environmental Protection Agency, EPA, 2003, Wastewater Technology Fact Sheet, Screening and Grit Removal, 832-F (4) W.Wesley Eckenfelder,Jr. 1989, Industrial Water Pollution Control,,McGraw-Hill International Editions. (5) Water Environment Federation and American Society of Civil Engineers, 1991, Design of Municipal Wastewater Treatment Plants. Manual of Practice No.8, Chapter 10. (6) Water Environment Federation, 1996, Operation of Municipal Wastewater Treatment Plants, Manual of Practice No. 11, Chapter 19. (7) Biwater Industries & Services, 1993, Water Industries Manual. Walker & Connell Ltd. (8) Pont-a-Mousson, 1992, A Comprehensive Ductile Iron Pipeline System. (9) Environmental Dynamics inc., 2003, Energy Consumption and Typical Performance of Various Types of Aeration Equipment, (10) USPA., (1989), Design Manual- Fine Pore Aeration Systems, Center for Environmental Research, Cincinnati, Ohio. 105

114 5. B YOLOJ K ARITMA H zl nüfus art ve endüstrile me sonucunda olu an at ksular do an n özümleyebilece i miktar a m ve al c ortamlar kirlenme tehlikesi ile kar kar ya b rakm t r. Do adaki ekolojik dengeyi olumsuz yönde etkileyebilecek ve di er faydal kullan mlar n engelleyecek bu durumun önüne geçebilmek için at ksular uzakla t rmadan önce ar tma zorunlulu u do mu tur. At ksular n özellikleri kaynaklar na ba l olarak önemli farkl l klar gösterir ve bu farkl l klara göre ar tma yöntemleri de de i ir. At ksular n genellikle %99undan daha yüksek bir k sm su ve yaln z geri kalan k sm kirletici maddelerden olu maktad r. Kirleticiler suyun içinde çözünmü halde bulunabilecekleri gibi, kat madde olarak ask da da bulunabilirler. Bu maddelerin özelliklerine göre uzakla t r lmalar için kullan labilecek ar tma yöntemi de de i ir. Örnek olarak organik kirleticilerin uzakla t r lmas için en etkin yöntemin biyolojik ar tma oldu u söylenebilir. Biyolojik ar tma at ksuyun içinde bulunan ask da veya çözünmü organik maddelerin bakterilerce parçalanmas ve çökebilen biyolojik floklarla s v n n içinde kalan veya gaz olarak atmosfere kaçan sabit inorganik bile iklere dönü mesidir. Biyolojik ar tman n esas organik kirleticilerin do ada yok edilmeleri için yer alan biyoflokülasyon ve mineralizasyon proseslerinin kontrolü ile çevrede ve optimum artlarda tekrarlanmas d r. Böylece do adaki reaksiyonlar n h zland r larak daha k sa bir sürede, emniyetli ortamda gerçekle tirilmeleri sa lanmaktad r. Biyolojik ar tma sistemleri de i ik ekillerde s n fland r labilirler. Ortamda oksijen varl na göre haval (aerobik) ve havas z (anaerobik) olarak s n fland r lan bu sistemler kullan lan mikroorganizmalar n sistemdeki durumuna göre ask da ve sabit film (biyofilm) prosesleri olarak da s n fland r labilirler. 5.1 Biyolojik Ar tma Sistemleri At ksu ar t m nda biyolojik ar t m n fonksiyonu ve mikroorganizmalar n rolü bu bölümde verilecektir Biyolojik Ar tman n Amac Biyolojik ar tman n amac, at ksudaki çökelmeyen kolloidal kat lar p ht la t rarak gidermek ve organik maddeleri kararl hale getirmektir. Evsel at ksu ar t m nda organik madde içeri inin yan s ra azot ve fosfor gibi besi maddeleri de biyolojik ar t mda giderilir. Ço u kez durumda toksik olabilecek eser (iz) miktardaki organik maddeleri gidermek de önemlidir. Tar m alanlar ndan geri dönen sularda önemli olan azot ve fosforun ar t lmas kritik önem ta r. Endüstriyel at ksular için, organik ve inorganik bile iklerin ar t m önemlidir. Bu bile iklerden ço u mikroorganizmalar üzerinde toksik etki yapt klar için genellikle özel zaman ön ar tma gerekebilir Biyolojik Ar tmada Mikroorganizmalar n Rolü At ksudaki BOInin giderimi, çökmeyen kolloidal kat lar n p ht la t r lmas ve organik maddelerin kararl hale gelmesi, ba ta bakteriler olmak üzere çe itli mikroorganizmalar taraf ndan gerçekle tirilir. Mikroorganizmalar, kolloidal ve çözünmü karbonlu organik maddeleri çe itli gazlara ve yeni hücrelere dönü türerek kullan rlar. Hücre dokusunun özgül a rl sudan daha fazla oldu undan ar t lm sudan çökerek ayr l r. Bu 106

115 mikrooganizmalar ortamdan ay rmad kça ar t m tamamlanm olmaz. Mikroorganizmalar organik yap da olduklar ndan at ksuda BOI veya KOI cinsinden ölçülürler ve suya bir miktar kirlilik verirler. 5.2 Mikrobiyolojik Metabolizman n Tan m Biyolojik ar tma sistemlerinin tasar m nda ve sistem seçiminde, mikroorganizmalar n biyokimyasal aktivitelerinin iyi anla lmas gerçekle tirir. Bu bölümde iki önemli konudan bahsedilecektir. Bunlar, at ksu ar t m nda kar la lan mikroorganizmalar n besi maddesi ihtiyac ve moleküler oksijen ihtiyac na dayal mikrobiyal metabolizmalar n yap s d r Mikroorganizma Ço almas nda Besi Maddesi htiyac Mikroorganizmalar, üremelerini ve di er hayati fonksiyonlar n devam ettirmek için, enerji kayna na, yeni hücre sentezi için karbona, azot, fosfor, sülfür, potasyum, kalsiyum ve magnezyum gibi inorganik elementlere ihtiyaç duyarlar. Organik besi maddeleri de hücre sentezi için gereklidir. Mikrobiyal faaliyetler için gerekli karbon ve enerji kaynaklar na substrat ad verilir Karbon ve Enerji Kaynaklar Mikroorganizmalar için en önemli karbon kaynaklar organik madde ve karbondioksittir. Hücre dokusu olu turmada organik karbon kullanan organizmalar heterotrof, yaln zca karbondioksit kullanan organizmalar ise ototrof olarak adland r l rlar. Karbondioksitin organik hücre dokusuna dönü ümü, enerji girdisi gerektiren bir indirgeyici prosestir. Bu nedenle Ototrofik organizmalar, hücre sentezi için Heterotroflardan daha çok enerji harcad klar ndan daha dü ük büyüme h z na sahiptirler. Hücre sentezinde gereken enerji k veya kimyasal oksidasyon ile sa lan r. I enerji kayna olarak kullanan bu organizmalar, fototrof olarak adland r l rlar. Fototrofik organizmalar, heterotrofik (baz sülfür bakterileri) veya ototrofik (alg ve fotosentetik bakteri) olabilirler. Enerjilerini kimyasal reaksiyonlardan kar layan organizmalar, kemotrof olarak bilinirler. Fototrof ve kemotroflar, heterotrof (protozoa, fungi ve bakterilerin ço u) veya ototrofic (nitrifikasyon bakterisi) olabilirler. Kemototroflar, indirgenmi amonyak, nitrit ve sülfit gibi inorganik bile iklerin oksidasyonundan olu an enerjiyi kullan rlar. Kemoheterotroflar ise organik bile iklerin oksidasyonu sonucu aç a ç kan enerjiyi kullan rlar. Mikroorganizmalar n s n fland r lmas a a daki tabloda verilmektedir. 107

116 Tablo 5.1. Enerji ve karbon kaynaklar na göre mikroorganizmalar n genel s n fland r lmas (1). S n fland rma Enerji kayna Karbon kayna Autotrophic: Fotoototrofik I k CO 2 Kemoototrofic norganik reaksiyonu yükseltgeme-indirgeme CO 2 Heterotrofic: Kemoheterotrofik Organik reaksiyonu yükseltgeme-indirgeme Organik karbon Fotoheterotrofik I k Organik karbon Nütrient ve z Element htiyac Besi maddeleri, karbon ve enerji kayna olmaktan ziyade hücre sentezi ve büyümesinde k s tlay c rol oynarlar. Mikroorganizman n ihtiyaç duydu u ba l ca inorganik besi maddeleri; N, S, P, K, Mg, Ca, Fe, Na ve Cldur. kinci derece önemli besi maddeleri ise; Zn, Mn, Mo, Se, Co, Cu, Ni, V ve Wdir. norganik besi maddelerine ilave olarak baz organizmalar için organik besi maddeleri de gerekebilmektedir. Büyüme faktörü olarak bilinen bu organik besi maddeleri, organizmalar n ihtiyac olan ve yaln zca hücre sentezinde kurucu olan maddelerdir. Büyüme faktörü bir organizmadan di erine farkl l k gösterse de temel büyüme faktörleri üç temel grupta s n fland r labilirler: aminoasitler purinler ve pirimidinler vitaminlerdir. 5.3 Biyolojik Ar tmada Önemli Mikroorganizmalar Hücre yap lar ve fonksiyonlar dikkate al n rsa mikroorganizmalar a a daki ekilde s n fland r l rlar: Eucaryotes Eubacteria Archaebacteria Prokaryotik grup (eubacteria ve archaebacteria) ar t mda birincil derecede önemli olup k saca bakteri olarak bahsedilir. Ökaryotik grup bitki, hayvan ve protistleri içerir. 108

117 5.3.1 Bakteri Bakteriler tek hücreli prokaryotic organizmalard r. At ksu ar tma ünitelerinde oldukça yayg n olarak bulunurlar ve karbon, azot, fosfor ve kükürt bile iklerinin giderilmesinde kullan l rlar. Bakteri hücrelerinin büyüklükleri 0,5-3 µm (10-6 ) aral ndad r ve ekillerine göre de i ik isimler al rlar Bakterilerin Hücre Kompozisyonu Bakterilerin incelenmesi sonucu %80inin su ve %20sinin kuru maddeden meydana geldi i bulunmu tur. Kuru maddenin de %90 organik ve %10u inorganiktir. Bakteri hücresinin bile iminin tipik de erleri Tablo 5.2 de verilmektedir. Tablo 5.2. Tipik bir bakteri hücresi bile imi (1). Elementler Kuru madde yüzdesi Aral k Tipik de erler Karbon Oksijen Azot Hidrojen Fosfor Sülfür Potasyum Sodyum Kalsiyum Magnezyum Klorür Demir Di erleri ,8-1,5 0,8-1,5 0,5-2 0,4-0,7 0,4-0,7 0,4-0,7 0,1-0,4 0,2-0, ,5 0,5 0,5 0,2 0,3 5.4 Bakteri Büyümesi Organizmalar, büyüme ortam na konduklar nda ortamdaki besi maddelerini (C, N, O, H, P, S, mineral vd.) kullanarak büyürler. Kesikli beslenen reaktörde büyümede hemen hemen dört dönem gözlenir. 1. Adaptasyon dönemi (lag faz ): organizmalar n yeni ortama uyum için geçirdikleri bekleme dönemidir. Bu dönemde, besi ortam n n bile imine ve artlara göre organizmalar n iç yap s nda baz de i iklikler olur. Organizmalar n yeni çevreye uymalar ve daha sonra bölünmeleri için belli bir zaman gerekecektir. 2. Logaritmik büyüme dönemi: Ortama adapte olan organizmalar, bu dönemde maksimum h zla büyürler. Bu döneme kararl büyüme dönemi de denir. 3. Kararl büyüme dönemi: Bu dönemde hücre konsantrasyonu sabit kal r. Net büyüme h z n n s f r oldu u bu dönemde, büyüme h z ölüm h z na e ittir. Net büyüme s f r olmakla birlikte, hücreler metabolik olarak aktiftirler ve ikincil 109

118 ürünleri üretirler. Bu dönemde hücreler, ortamda büyüme için gerekli olabilecek substrat ve besi maddelerini tüketmi tirler. 4. Ölüm dönemi: Bu dönemde bakteri ölüm h z yeni hücre üreme h z n n üzerindedir ve hücre konsantrasyonu zamanla dü er. Ölüm h z çevre artlar ve canl popülasyonun fonksiyonudur. ekil 5.1. Bakteri büyüme e risi (1.al ma faz, 2. büyüme faz, 3. durgun faz, 4. ölüm faz ) (1). 5.5 Biyolojik Büyüme Kineti i Mikroorganizmalar n büyümesi için uygun çevresel artlar, ph ve s cakl k kontrolü, besi maddesi ve eser element ilavesi, oksijen ilavesi veya ortamdan uzakla t r lmas ve uygun kar t rmad r. Bu çevre artlar n n kontrolü, mikroorganizmalar n büyümesi için gerekli uygun çevre ortam n sa lar Hücre Büyümesi Kesikli ve sürekli beslenen sistemlerde bakteri hücresi büyüme h z a a daki e itlikle ifade edilir: r g =µx (5.1) r g = bakteri büyüme h z, kütle/hacim.zaman = Birim zamanda özgül ço alma h z katsay s,zaman -1 X = mikroorganizma konsantrasyonu, kütle/hacim. Kesikli beslenen ar tma sisteminde, bakteri büyüme h z, dx/dt = r g oldu undan bu tür reaktörler için a a daki e itlik yaz labilir. (5.2) 110

119 5.5.2 Substrat Limitli (k s tl ) Büyüme Kesikli sistemlerde büyüme için gerekli, substrat veya besi maddesinden yaln zca birisinin limitli olmas durumunda önce konsantrasyon dü er ve büyüme durur. Sürekli beslemeli sistemlerde, büyüme limitlidir. Deneysel olarak limitli substrat veya besi maddesinin etkisi a a daki Monod e itli i ile belirlenir. Burada, µ = Birim zamanda özgül büyüme h z, zaman -1 S= Substrat konsantrasyonu, kütle/hacim K s = (µ=µ max /2) iken substrat konsantrasyonu (yar h z sabiti), kütle/hacim µ max = Substrat s n rl de ilken, verilen artlarda maksimum de eri (5.3) Substrat konsantrasyonunun özgül büyüme h z na etkisi ekil 5.2 de verilmektedir. µ de eri e itlik 5.1 deki yerine konulacak olursa, büyüme h z a a daki gibi olur. (5.4) ekil 5.2. Besi maddesinin büyüme h z na etkisi Hücre Büyümesi ve Substrat Kullan m Biyolojik oksidasyon proseslerinde BOI giderim mekanizmas n n aç klamas nda birkaç matematik model önerilmi tir. Ancak bütün modellerin gösterdi i ortak bir sonuç vard r. Yüksek BOI konsantrasyonlar nda birim hücrenin giderdi i BOI giderim h z sabit kalmaktad r. Bu durumda h z konsantrasyona ba l olup dü ecektir. 111

120 Ortamda tek bir substrat varsa reaksiyon h z s f r nc derece olup son derece dü ük seviyelere kadar substrat ar t l r. Birden fazla substrat olmas durumunda substratlar farkl h zlarda ortamdan ar t l rlar. Substatlardan bir tanesi tamamen ortamdan giderilene kadar sabit maksimum giderim h z hakim olacakt r. Di er substratlar s rayla giderildikçe, toplam reaksiyon h z dü ecektir. Kesikli ve sürekli sistemlerde, substrat n bir k sm yeni hücrelere dönü türülürken, bir k sm da inorganik ve organik son ürünlere oksitlenir. Substrat kullan m h z ile hücre büyüme h z aras ndaki ili ki a a daki e itlikle verilebilir; r g = -Y r su (5.5) Burada, r g = bakteri büyüme h z, kütle/hacim.zaman Y= maksimum verim (biyokitle dönü üm) katsay s, kütle/kütle r su = substrat kullan m h z, kütle/hacim.zaman Laboratuar çal malar sonucunda, ürünün karbon ve besi elementinin oksidasyonuna, substrat polimerizasyon derecesine, metabolizma safhalar na, büyüme h z na ve bu mekanizman n çe itli fiziksel parametrelerine ba l oldu u bulunmu tur. (5.6) Yukar daki ba nt da (µ max /Y) teriminin yerine a a da verilen k terimi konulabilir. Bu yeni terim, birim zamanda maksimum substrat kullan m n ifade eder. Tipik olarak BOIµ ( KOI) esas na göre k=8 gün -1 dir. (5.7) Ar tma kinetikleri, K s ve Snin göreceli de erlerinden etkilenirler. E itlikte iki s n r art belirlenebilir: 1. S K s için, r su k.x (5.8) 112

121 Bu durumda giderim, substrat konsantrasyonundan ba ms zd r ve giderim h z, sistemdeki mevcut biyokitle konsantrasyonuna ba l d r. 2. S K s için, r su k.x ( S/K s ) k XS (5.9) Burada, k = k / K s = Özgül substrat kullan m h z, (mg/l) -1 (t) çsel Solunum Metabolizmas n n Etkileri At ksu ar t m nda kullan lan biyolojik sistemlerde, hücre ya da l m nda, mikroorganizmalar hep büyüme faz nda de ildirler. Büyüme h z, hücre için gerekli enerjinin hesaplanmas nda kullan l r. Ölüm gibi di er faktörlerde, hesaplamalarda dikkate al nmal d r. Genellikle bu faktörlerin hepsi göz önüne al n r ve hücre kütlesindeki azalman n ortamdaki mevcut organizma konsantrasyonu ile orant l oldu u dü ünülür. Literatürde bu azalma içsel solunum olarak tan mlan r ve a a daki gibi formüle edilir; Burada, r d (içsel solunum) = - k d X (5.10) k d = Birim zamanda içsel solunum h z katsay s. Gözlemlenen tipik k d de erleri 0,07-0,1 gün -1 dür. X = mikroorganizma konsantrasyonu, kütle/hacim Bakteri büyüme h z, r g ile r d (e itlik 5.4 ve 5.5) birle tirilirse, a a daki net büyüme h z elde edilir; (5.11) r g = - Yr su - k d X (5.12) r g = net bakteri büyüme h z, kütle/hacim.zaman Özgül net büyüme h z a a daki gibidir; µ = net özgül büyüme h z, zaman -1 (5.13) 113

122 çsel solunumun, gözlenen verime etkisi a a daki gibidir; (5.14) Tablo 5.3. At ksular n ar t m nda kullan lan tipik kinetik katsay de erleri (3). At k Kaynak verim K d µ max K s k k (gün -1 ) (mg/l) (gün -1 ) Evsel BOIu 0,57 0,052 0, ,0234 Evsel KOI 0,4 0,09 3, Evsel BOI 5 0,37 0, ,35 - Evsel * BOI 5 0,73 0, ,017-0,03 Petrokimyasal BOI 5 0,31-0,72 0,05-0,18 *Giren at ksudaki ask da kat lar da dahildir ,003-0, Çevre Ko ullar n n Biyolojik Reaksiyona Etkisi Çevre ko ullar n n (s cakl k, ph, çözünmü oksijen, çözünmü karbondioksit, redox potansiyeli, toksisite vb.) organizmalar üzerine etkileri önemlidir. Mikroorganizmalar n metabolizmalar (özellikle büyüme faaliyetleri) kendilerini çevreleyen fiziksel ortam n özelliklerine geni ölçüde ba ml d r S cakl n etkisi Mikroorganizmalar n metabolizma ile ilgili faaliyetlerinin tümü kimyasal reaksiyonlara dayanmaktad r. Kimyasal tepkimeler gibi, mikroorganizmalar n meydana getirdi i tepkimeler de s cakl a ba l d r. S cakl k yaln z metabolik aktiviteleri etkilemekle kalmaz biyolojik çamurun çökme özelli i, gaz transfer h z gibi faktörleri de etkiler. Biyolojik proseslerin reaksiyon h z üzerindeki s cakl k etkisi a a daki e itlikle ifade edilebilir. r T = r 20 (T-20) (5.15) Burada; r T = T o C deki reaksiyon h z, r 20 = 20 o Cdeki reaksiyon h z, = s cakl k aktivite katsay s T = s cakl k, o C Biyolojik prosesler için de eri Tablo 5.4 ve 5.5de verilmi tir. 114

123 Tablo 5.4. Çe itli biyolojik sistemler için s cakl k aktivite katsay lar (1). Sistemler de eri Aral k Tipik Aktif çamur Havaland rmal lagün Damlatmal filtre 1,00-1,04 1,06-1,12 1,02-1,14 1,02 1,08 1,08 Tablo 5.5. Evsel ve Endüstriyel at ksular için s cakl k aktivite katsay lar (3). Sistem ve at ksular de eri Aktif çamur (evsel at ksu) 0,6 kg BOI/kg MLSS 1,0-1,01 0,6 kg BOI/kg MLSS 1,01-1,04 Aktif çamur (çözünmü endüstriyel at k ar t m ) Havaland rmal lagünler, stabilizasyon havuzlar Evsel at ksu Endüstriyel at ksu 1,04-1,10 1,035 1,035-1,10 S cakl k aral klar na göre organizmalar üç gruba ayr l rlar: ph Psikofilik; dü ük s cakl kta (T < 20 o C) büyürler. Mesofilik; orta s cakl kta (20 o C <T < 50 o C) büyürler. Termofilik; yüksek s cakl kta ( T > 50 o C) büyürler. Hidrojen iyonu konsantrasyonu (ph), organizmalar n aktivitelerini ve büyümelerini önemli ölçüde etkiler. Bu özellik hidrojen iyonunun enzim faaliyetine etkisi ile aç klanabilmektedir. Her organizman n maksimum aktivite gösterdi i bir optimum ph aral vard r. Genellikle bakteriler ph = 3-8, mantarlar ph=3-6, küfler ph= 3-7, bitki hücreleri ph=6,5-7,5, aras nda optimum aktivite gösterirler. Organizmalar n aktivitelerini maksimize edebilmek için ortam n ph asit/baz ilavesi ile kontrol edilebilir. Ortam n phs ayn zamanda organizmalar n aktiviteleri ile de de i ir. Örne in amonyum (NH 4 + ) azot kayna olarak kullan ld nda ortama H + verildi inden ph dü er. Çünkü nitrifikasyon s ras nda NH 4 + iyonlar NO 3 - e dönü erek ortama H + iyonlar vermektedir. Nitrat iyonlar (NO 3 - ) azot kayna olarak kullan ld nda ise denitrifikasyon olu ur. Burada NO 3 -, N 2 gaz na dönü tü ü için ortamdan H + uzakla r ve ph yükselir Çözünmü Oksijen Çözünmü oksijen (ÇO), haval ar tma sistemlerinde önemli bir parametredir. Suda çözünürlü ü az olan (ÇO =7-8 mg/l, 25 o C, 1 atm.) oksijenin sürekli sa lanmas ve oksijen s n rlamas n n önüne geçilebilmesi için oksijen transfer h z n n oksijen kullanma h z ndan daha büyük olmas gerekir. Kritik oksijen konsantrasyonu, bakteri ve mantarlar için 115

124 doygunluk konsantrasyonunun %5-10u aras ndad r (1-2 mg/l), küfler için ise doygunluk konsantrasyonunun %10-50si aras ndad r (1-5 mg/l). Ortamda oksijen s n rlamas n gidermek için saf oksijen kullan labilece i gibi, sistem yüksek bas nç alt nda (2-3 atm) da çal t r labilir Çözünmü Karbondioksit Çözünmü karbondioksit (ÇCO 2 ) de organizmalar n aktivitelerini etkiler. Yüksek konsantrasyonlar toksik, dü ük konsantrasyonlar da s n rlay c etki yapar. Baz organizmalar (ototrofik) CO 2 i karbon kayna olarak kullan rlar yon Konsantrasyonu Ortam n iyonik kuvveti (iyon konsantrasyonu) de organizmalar n metabolik fonksiyonlar n, O 2 /CO 2 nin çözünürlü ünü ve iyonlar n hücre içine ve d na aktar m n etkileyen önemli bir faktördür Büyüme ve Substrat Giderim Kinetiklerinin Biyolojik Ar t ma Uygulanmas Ar tmada kullan lan biyolojik proseslerden tek tek bahsetmeden önce biyolojik büyüme ve substrat giderim kinetiklerinin uygulama esaslar ndan bahsedilecektir. Bunun amac ; mikroorganizma ve substrat dengesini olu turmak, ar t lm suda mikroorganizma ve substrat konsantrasyonlar n tahmin etmektir. Burada tam kar ml, çamur geri devirsiz haval ar tma prosesleri esas al nacakt r Mikroorganizma ve Substrat Kütle Dengesi Mikroorganizma kütle dengesi a a daki gibi ifade edilir: 1. Genel tan m : 2. Basitle tirilmi tan m : ( 5.16) Birikim = Giri Ç k + Net büyüme (5.17) 116

125 3. Sembolik gösterim: (5.18) Burada, dx/dt = reaktörde mikroorganizma konsantrasyonu de i im h z, kütle UAKM (uçucu ask da kat madde) /hacim.zaman V r = Reaktör hacmi Q = Debi, hacim/zaman X o = Giri ak m ndaki mikroorganizma konsantrasyonu, kütle UAKM/hacim X = Reaktördeki mikroorganizma konsantrasyonu, kütle UAKM/hacim r g = net mikroorganizma büyüme h z, kütle UAKM/hacim x zaman E er 5.11 e itli inden r g de eri yerine konursa a a daki e itlik elde edilir: Burada S = Reaktör ç k ndaki substrat konsantrasyonu, mg/l (5.19) Ç k ak m nda mikroorganizma konsantrasyonu ihmal edilir ve kararl artlar sa lan rsa (dx/dt = 0), 5,19 e itli i sadele erek a a daki ekilde yaz labilir: (5.20) Burada = Hidrolik kal süresi, V/Q 1/ net özgül büyüme h z na kar gelir. 1/ ayn zamanda 1/ cye de kar gelir. Bu durumda çamur ya e itli i de a a daki gibi yaz labilir: (5.21) Substrat kütle dengesi de mikroorganizma kütle dengesine benzer ekilde yaz lacak olursa a a daki denklem elde edilir: 117

126 (5.22) Kararl durumda, (ds/dt = 0) oldu undan e itlik a a daki ekilde yaz labilir: (5.23) Burada = V r /Qdur Ar t lm At ksuda Mikroorganizma ve Substrat Konsantrasyonlar Kararl haldeki mikroorganizma (biyokitle) konsantrasyonu a a daki ifadeden bulunur: Benzer tarzda, ç k substrat konsantrasyonu da a a daki ifadeden bulunur; (5.24) (5.25) Böylece, kinetik katsay lar da bilinirse, ekil 5.3den ç k suyundaki mikroorganizma ve substrat konsantrasyonlar tahmin edilebilecektir. Burada önemli bir husus, yukar daki e itlikle tahmin edilebilen ç k substrat (BOI 5, KOI) konsantrasyonu çözünmü formda olup giri at ksuyunda bulunabilecek ask da kat lar hesaba katmaz. Ar tma sisteminden gerçekte ç kan substrat ve ask da kat konsantrasyonlar çöktürme tank verimlili ine ba l d r. Gözlenen verim, Y göz, a a daki e itlikle verilmektedir; Y göz Y = (5.26) 1 + k d c ekil 5.3. Tam kar ml geri dönü ümsüz reaktörde, çamur kalma ya na kar ç k at k konsantrasyonu ve ar t m verimi (1). 118

127 5.6 Biyolojik Ar tma Prosesleri Burada at ksu ar t m için geli tirilen biyolojik ar tma proseslerinin prensiplerinden bahsedilecektir Baz Tan mlar Haval (aerobik) Prosesler: Oksijenin bulundu u ortamda faaliyet gösteren biyolojik ar tma sistemidir. Havas z (anaerobik) Prosesler: Oksijenin olmad ortamda faaliyet gösteren biyolojik ar tma sistemidir. Anoksik Denitrifikasyon: Oksijenin olmad ortamda nitrat azotunu biyolojik olarak azot gaz na çeviren prosestir. Bu proses havas z denitrifikasyon olarak ta bilinmektedir. Biyolojik Besi Maddesi Giderimi: Biyolojik ar tma prosesinde azot ve fosforun giderilmesidir. Fakültatif prosesler: Organizmalar n moleküler oksijenin bulundu u veya bulunmad ortamlarda fonksiyon gösterebildi i biyolojik ar tma prosesleridir. Karbonlu BOI giderimi: At ksudaki karbonlu organik maddelerin yeni hücrelere ve çe itli gaz formundaki son ürünlere biyolojik olarak dönü ümüdür. Bu dönü ümde, çe itli bile iklerde bulunan azot amonyuma dönü türülür. Nitrifikasyon: prosestir. Amonya n önce nitrit daha sonra nitrata dönü türüldü ü biyolojik Denitrifikasyon: Nitrat azot ve di er gaz formundaki son ürünlere dönü türen biyolojik prosestir. Substrat: Biyolojik ar t mda dönü türülen organik madde veya besi maddesi anlam nda kullan l r. Ask da Büyüyen Prosesler: Biyolojik ar tma sisteminde organik ve di er maddeleri dönü türmekten sorumlu mikroorganizmalar n s v ortamda ask da bulunmas halidir. Tutunarak Büyüyen Prosesler: Biyolojik ar tma sisteminde organik ve di er maddeleri dönü türmekten sorumlu mikroorganizmalar n ta, cüruf veya özel tasarlanm seramik veya plastik dolgu malzemelerinin üzerine tutunarak s v ortamda bulunmas d r. Bu ar tma sistemleri sabit-film prosesleri olarak da bilinirler Biyolojik Ar tma Prosesleri At ksu ar t m nda kullan lan önemli biyolojik prosesler Tablo 5.6da verilmektedir. Ar tmada be önemli grup bulunmaktad r, bunlar; haval prosesler, anoksik prosesler, havas z prosesler, birle ik haval, anoksik ve havas z prosesler ve lagün prosesleridir. Her bir proses ask da, tutunarak büyüyen veya birle imi olacak ekilde alt gruplara bölünebilir. 119

128 Tablo 5.6 At ksu ar t m nda kullan lan önemli biyolojik ar tma prosesleri(1). Tipi Genel Ad Kullan m Haval Prosesler: Ask da-büyüyen Aktif çamur prosesleri Konvansiyonel(piston ak ml ) Tam kar ml Kademeli havaland rmal Saf oksijenli Ard k kesikli reaktör Kontakt stabilizasyonlu Uzun havaland rmal A.Ç Oksidasyon hende i Derin aft A.Ç. sistemi Karbonlu BOI giderimi ve nitrifikasyon Yüzeyde büyüyen (Biyofilmli) Birle ik ask da ve tutunarak büyüyen sistemler Ask da-büyüyen Nitrifikasyon Havaland rmal lagün Haval çürütme Konvansiyonel haval Saf oksijenli Damlatmal Filtre Dü ük h zl Yüksek h zl Kaba Filtre (roughing) Döner biyolojik disk Dolgulu kuleler Aktif çamur biyofiltre prosesleri biyofiltre prosesleri aktif çamur, Nitrifikasyon Karbonlu BOI giderimi (nitrifikasyon) Stabilzasyon, karbonlu BOI 5 giderimi nitrifikasyon Karbonlu BOI giderimi nitrifikasyon Karbonlu BOI giderimi karbonlu BOI giderimi ve nitrifikasyon Anoksik Prosesler: Ask da büyüyen Tutunarak büyüyen Havas z Prosesler: Ask da büyüyen Ask da büyüyen denitrifikasyon Sabit-film denitrifikasyon Havas z çürütme Standart h zl, tek kademeli Yüksek h zl, tek kademeli iki kademeli Havas z kontakt prosesler Denitrifikasyon karbonlu BOI giderimi karbonlu BOI giderimi 120

129 Havas z çamur yatakl reaktör karbonlu BOI giderimi Tutunarak büyüyen Birle ik haval, havas z ve anoksik prosesler Ask da büyüyen Havas z filtre Genle mi yatakl reaktör Tek veya çok basamakl, çe itli özel prosesler karbonlu BOI giderimi, at k stabilizasyonu, denitrifiaksyon. karbonlu BOI giderimi, at k stabilizasyonu Karbonlu BOI giderimi, nitrifikasyon, denitrifikasyon P giderimi Birle ik ask da ve tutunarak büyüyen Tek veya çok kademeli prosesler Karbonlu BOI giderimi, nitrifikasyon, denitrifikasyon,pgiderimi Lagünler Haval havuzlar, Olgunla t rma havuzlar Fakültatif havuzlar Havas z havuzlar Karbonlu BOI giderimi Karbonlu BOI gid.(nitr.) Karbonlu BOI giderimi Karbonlu BOI giderimi (at k stabilizasyonu) Biyolojik Ar tma Proseslerinin Uygulamalar Bu proseslerin temel uygulamalar ; At ksuda özellikle BOI, TOK (toplam organik karbon) veya KOI olarak ölçülen karbonlu organiklerin gideriminde, Nitrifikasyon, Denitrifikasyon, Fosfor giderimi ve At k stabilizasyonudur. Bu kitapta nitrifikasyon, denitrifikasyon ve fosfor giderimi ileri ar t m metotlar, kat faz stabilizasyonu da çamur ar t m ve uzakla t r lmas bölümlerinde detayl olarak aç klanm t r. 5.7 Biyolojik Ar tma Sistemlerinin Tasar m Biyolojik prosesler, at ksudaki biyolojik olarak parçalanm ve çözünmü organik maddeleri çöktürme havuzunda çöktürerek gidermek üzere, çökebilen biyolojik ve inorganik floklara dönü türmek amac yla kullan l rlar. Bir çok durumda ikinci kademe prosesler olarak tan mlanan biyolojik prosesler, fiziksel ve kimyasal proseslerle birlikte 121

130 çal t r l r. Birinci kademe ar tma (ön çöktürme), çökebilen kat lar ay rmada etkin olmas na kar l k, biyolojik prosesler koloidal veya çözünmü haldeki organik bile ikleri gidermede etkindirler. Bu proseslerden, havaland rmal lagünler, stabilizasyon havuzlar ve uzun havaland rmal sistemler ön çöktürmeye tasarlan rlar. Çok s k kullan lan biyolojik prosesler; Aktif çamur prosesleri, Havaland rmal lagünler, Damlatmal filtreler, Döner biyodiskler ve Stabilizasyon havuzlar d r. Aktif çamur prosesleri veya onun modifikasyonlar daha çok büyük tesislerde, stabilizasyon havuzlar ise küçük tesislerde kullan lmaktad r Aktif Çamur Prosesleri Aktif çamur prosesleri orjinal ve de i tirilmi formlar nda yayg n olarak kullan lan proseslerdir. Bu proseslerin mikrobiyolojisi, reaksiyon kineti i ve baz i letme özelliklerinden Biyolojik Prosesler bölümünde detaylar yla bahsedilmi tir. Bu proseslerin pratik uygulamalar na bu bölümde yer verilecektir Proses tasar m Yakla mlar Aktif çamur prosesi tasar m nda göz önünde bulundurulmas gereken kriterler: Reaktör tipinin seçimi, Yükleme kriterleri, Çamur üretimi, Oksijen ihtiyac ve transferi, Besi maddesi ihtiyac, Filament (ipliksi) organizmalar n kontrolü, Ç k suyu özellikleri (de arj standartlar ). Reaktör Tipinin seçimi: Herhangi bir biyolojik prosesin tasar m nda en önemli ad mlardan biri kullan lacak reaktör veya reaktörlerin seçimidir. letme faktörleri; Ar t m prosesine hakim olan reaksiyon kineti i, Oksijen transfer ihtiyac, Ar t lacak at ksuyun özellikleri, Yerel çevresel ko ullar, n aat, i letme ve bak m maliyetlerini içerir. Bu faktörlerin önemi her uygulama için de i ecektir. Bunlar n aktif çamur prosesi için önemin k saca a a daki gibi aç klanabilir. 122

131 Birinci faktör; reaksiyon kineti inin reaktör seçimi üzerine etkisidir. Çok s k kullan lan iki reaktör tipi vard r. Bunlar tam kar ml ve piston ak ml reaktörlerdir. Her iki tip reaktör için de pratik aç dan bak ld nda hidrolik kal süreleri hemen hemen ayn d r. kinci önemli faktör ise oksijen transfer ihtiyac d r. Konvansiyonel piston ak ml ar tma sistemlerinde, reaktör sonunda ihtiyac kar layacak oksijen konsantrasyonlar na ula man n imkans z oldu u bulunmu tur. Bu nedenle aktif çamur proseslerinde çe itli modifikasyonlara gidilmi tir. Bunlar; kademeli havaland rma, kademeli beslemeli prosesler, at ksuyun reaktör boyunca da t ld prosesler ve tam kar ml proseslerdir. Havaland rma reaktörün her yerinde ayn d r ve gerekli oksijen ihtiyac veya fazlas sa lan r. Üçüncü faktör, at ksuyun yap s d r. Örne in, gelen at ksu az veya çok tam kar ml reaktörde takriben e it olarak da l r. Piston ak l reaktöre k yasla mikroorganizmalar ok yüklemelere daha kolay kar koyabilece inden al c ortama organik ve toksik madde de arj bu sistemlerde sözkonusu olmayacakt r. Bu nedenle tam kar ml reaktörler daha s k kullan l rlar. Dördüncü faktör, yerel çevresel ko ullard r. Bunlar n aras nda s cakl k, ph ve alkalinite belki de en önemlileridir. At ksudaki s cakl k de i imi do rudan biyolojik reaksiyon h z n etkilemektedir. Örne in s cakl ktaki 10 o Clik dü me reaksiyon h z n yar yar ya dü ürür. At ksu s cakl nda önemli bir de i im bekleniyor ise, seri halinde tam kar ml veya piston ak l reaktörler kullanmak etkili olacakt r. Alkalinite ve ph özellikle nitrifikasyon proseslerinde oldukça önemlidir. Dü ük ph nitirifikasyon bakterilerinin büyümesini engeller (ipliksi organizmalar n büyümesine neden olabilir). Dü ük alkaliniteli at ksular azda olsa bir tampon kapasitesine sahiptirler ve kar m phs, bakteri solunumu sonucu ortama verilen CO 2 nedeniyle dü er. Be inci faktör, ilk yat r m, i letme ve bak m maliyetleri reaktör tipi ve büyüklü ü seçimi aç s ndan son derece önemlidir. Yükleme Kriteri: Aktif çamur prosesinin kontrolü ve tasar m nda uzun zamand r deneysel ve rasyonel parametreler kullan lm t r. En çok kullan lan iki parametre, mikroorganizma oran (F/M) ve çamur ya d r ( c ). mikroorganizma oran a a daki gibi tan mlan r: F/M = mikroorganizma oran (çamur yükü), gün -1 S o = Giri at ksudaki BOI veya KOI konsantrasyonu, mg/l = havaland rma havuzunun hidrolik kal süresi = V/Q, gün V= havaland rma havuzu hacmi, m 3 (5.28) 123

132 Q = at ksu ak debisi, m 3 /gün X = havuzdaki uçucu ask da kat madde (UAKM) konsantrasyonu, mg/l Özgül substrat (besin maddesi) kullan m h z U a a daki gibi ifade edilir: (5.29) E = proses verimi, % Verim yerine S 0 S / S0 100 ve F/M yerine 5.28 denklemi konulursa yukar daki e itlikteki U a a daki gibi ifade edilir, (5.30) S = Ç k at ksuyu BOI veya KOI konsantrasyonu, mg/l Çamur ya a a da verilen her iki denklemle de ifade edilebilir. Havaland rma tank hacmine göre tan mlama: c = çamur ya, gün V r = havaland rma havuzu hacmi, m 3 X = havaland rma havuzundaki uçucu ask da kat konsantrasyonu, mg/l Q w = at lan at kçamur debisi, m 3 /gün X w = at k çamurdaki uçucu ask da kat konsantrasyonu, mg/l Q e = ç k suyu debisi, m 3 /gün X e = Ç k at ksuyunda uçucu ask da kat konsantrasyonu, mg/l Toplam sistem hacmine göre tan mlama: (5.31) ct t = (5.32) Q w X X + Q X w e e ct = toplam sisteme ba l olarak hesaplanmas çamur ya X t = sistemde toplam uçucu ask da kat kütlesi, havaland rma havuzu, son çöktürme havuzu ve geri dönü hatt ndaki çamuru içerir. 124

133 Tasar m çal mas nda 5.31 e itli i esas al n r, buna göre bütün substrat n havaland rma havuzunda ar t ld kabul edilir. Sistemdeki toplam çamurun büyük bir k sm çöktürme tank ve geri dönü hatt nda bulunur e itli i at lacak çamur miktar n n hesaplanmas nda kullan l r. Çöktürme tank ndaki çamur miktar, çamur kütlesinin % KM oran ve geri dönü hatt ndaki çamur konsantrasyonu kullan larak hesaplanabilir. Çamur ya c, besi-mikroorganizma oran F/M ve özgül substrat kullan m h z U aras ndaki ba nt a a daki gibi gösterilebilir; Y = verim katsay s, kütle/kütle E = proses verimi, % k d = içsel bozunma katsay s, zaman -1 (5.33) F/M in tipik literatür de eri 0,05-1 aras nda de i ir. yi kalite ç k suyu, iyi çökme özelli ine sahip çamur ve kararl bir sistem için 3-15 gün çamur ya uygulan r. Havaland rma tank nda tipik hidrolik kal süresi 4-8 saat aras nda de i ir. Günlük BOI yükleme h z da 0,3 3 kg/m 3.gündür. Çamur Üretimi: At lacak çamuru belirlemek ve çamur yo unla t r c tasar m n yapabilmek için günde üreyen çamur miktar n bilmek önemlidir. Üreyen çamur miktar a a daki e itlikte verilmektedir. P x = Y göz. Q (S o S) (10 3 g/kg) -1 (5.34) P x = at lan fazla aktif çamur, kg/gün Y göz = gözlenen verim, g/g Y göz a a daki gibi hesaplan r: (5.35) c veya ct nin kullan laca, havaland rma tank ndaki veya sistemin tamam ndaki çamur konsantrasyonuna ba l d r. Yüksek konsantrasyonda çamur, çöktürme tank ve geri dönü hatt nda kal yor ise ctnin kullan m uygundur. Bu durumda haval (veya havas z) ortamda içsel solunum ihmal edilmi olur. Oksijen htiyac ve Transferi: Teorik oksijen ihtiyac, at n BOIsi ve sistemden günde at lan çamur miktar ndan belirlenir. Bütün BOI son ürüne dönü üyorsa toplam oksijen ihtiyac, uygun dönü üm faktörü kullanarak BOI U ye dönü en BOI 5 den hesaplanabilir. At n bir k sm n n sistemden at lacak yeni organizmalara dönü tü ü bilinmektedir. Bu 125

134 nedenle, at lan çamurun BOI L i toplamdan ç kar l r ise kalan miktar sisteme verilmesi gereken oksijen miktar n gösterir. A a daki e itlikte de görülece i gibi çamurun (hücrenin) 1 molünün BOI U si ( KOI) hücre konsantrasyonunun 1,42 sine e ittir. C 5 H 7 NO 2 + 5O (32) hücre 1 1,42 5CO 2 + 2H 2 O + NH 3 + enerji Bu nedenle, aktif çamur sistemi için at ksudaki organik maddenin giderimi için gereken teorik oksijen ihtiyac a a daki gibi hesaplanabilir.; kg O 2 /gün = (kullan lan BOI L nin top.kütlesi, kg/gün) 1,42 (at lan çamur miktar, kg/gün) f = BOI 5 den BOI L ye dönü üm faktörü (5.36) Nitrifikasyon reaksiyonunun da sistemde gerçekle mesi durumunda, toplam oksijen ihtiyac a a da gösterildi i gibi karbon gideriminde kullan lan oksijen ile azot dönü ümü (amonyaktan nitrata) için gereken oksijen ihtiyac n n toplam d r. (5.37) N o = Giri at ksuyundaki TKN, mg/l N = ç k suyundaki TKN, mg/l 4,57 = TKNnin tam oksidasyonunda gereken oksijen ihtiyac için dönü üm faktörü. Sistemin oksijen transfer verimi biliniyorsa verilmesi gereken hava miktar da belirlenir. Verilen hava; at ktaki BOI ar t m n, çamurun içsel solunumunu, ortam için gerekli kar m, havaland rma tank nda minimum çözünmü oksijen konsantrasyonunun 1-2 mg/l olmas n sa layabilmelidir. F/M oran >0,3 ise, hava gereksinimi iri kabarc kl difüzör kullan ld nda m 3 /kg giderilen BOI, ince kabarc kl difüzör kullan ld nda m 3 /kg giderilen BOIdir. Dü ük F/M oranlar nda içsel solunum, nitrifikasyon ve uzun havaland rma süresinden dolay hava ihtiyac ar tt ndan önerilen de er m 3 /kg giderilen BOIdir. Aktif 126

135 çamur proseslerinde, hava ihtiyac 93,5 m 3 /kg BOI 5 ; uzun havaland rmal sistemlerde ise 125 m 3 /kg BOI 5 dir. Tablo 5.7. F/Me ba l olarak hava ihtiyac (1). Gerekli hava, m 3 /kg BOI 5 F/M>0,3 ri kabarc kl (gözeneksiz) ince kabarc kl (gözeneksiz) F/M< 0,3 Aktif çamur Uzun havaland rma ,5 125 Besi maddesi ihtiyac : Azot ve fosfor bile ikleri besi maddeleri olup at ksuda yüksek konsantrasyonda bulunmalar biyolojik reaksiyon için inhibisyon, dü ük konsantrasyonda bulunmalar ise s n rlama yapar. Organizma hücresinin bile imi C 5 H 7 NO 2 olarak al n rsa, a rl n n %12,4ü kadar azot gerekecektir. Bu de er tipik olup sabit de ildir. Çevre artlar ve organizma (çamur) ya na ba l olarak hücredeki azot ve fosfor da l m de i ebilmektedir. Birçok biyolojik sistem için gerekli di er besi maddeleri Tablo 5.8de verilmektedir. Tablo 5.8. Birçok organizma için gereken inorganik iyonlar(1). Fazla miktarlar Eser miktarlar Sodyum Potasyum Kalsiyum Fosfat Klorür Demir Bak r Manganez Bor Molibden (baz protist ve hayvanlar için) Sülfat Vanadyum ( ) Bikarbonat Kobalt ( ) yot (baz hayvanlar için) Selenyum (baz hayvanlar için) Tablo 5.9da E. Colinin inorganik kompozisyonu verilmektedir. Biyolojik büyüme için gerekli eser elementler yakla k olarak buradan hesaplanabilir. Toplam besi miktar üreyen net mikroorganizma miktar ile ilgilidir ve besi maddesi gereksinimi çamur ya n n uzun olmas ile azalacakt r. Örne in, iki sistem ayn olmas na ra men farkl çamur ya lar nda çal t r ld nda farkl karakterde at ksu ç kacak olmas n n nedeni bundan kaynaklanmaktad r. 127

136 Tablo 5.9. E.colinin inorganik bile imi(1). Elementler % Kuru hücre a rl Potasyum 1,5 Kalsiyum 1,4 Sodyum 1,3 Magnezyum 0,54 Klorür 0,41 Demir 0,2 Manganez 0,01 Bak r 0,01 Alüminyum 0,01 Çinko 0,01 pliksi (filament) Organizmalar n Kontrolü: Aktif çamur proseslerinde ipliksi organizmalar n büyümesi çok s k rastlanan bir i letme problemidir. Sistemde ipliksi organizmalar n bulunmas çamurun çökelme özelli ini zay flat r ve bulking (kabarma) olay meydana gelir. Tek basamakl tam kar ml reaktörler dü ük substrat seviyelerinden dolay ipliksi organizmalar n büyümelerine çok uygundurlar. Baz piston ak l reaktörlerde de benzer olayla kar la lmaktad r. Son ara t rmalar, ipliksi organizmalar n büyümesini engelleyen faktörleri bulmak ve pratik kontrol metotlar geli tirilmek üzerine yo unla m t r. pliksi organizmalar n kontrol ve önlenmesi için bir yakla m, ham su ile aktif çamur geri dönü ünün kar t ilk temas bölgesi için ayr bölüm veya selektör kullanmakt r. Selektör, tam kar m veya piston ak l reaktörlerde, ayr bir tank veya portatif bir bölme olabilir. Selektör kavram biyolojik prosesin yüksek F/M oran n n bulundu u ilk safhas nda çözünmü oksijen konsantrasyonunu kontrol ederek flok formundaki organizmalar n büyümesini sa lamakt r. Yüksek substrat oran nedeniyle çözünmü organik madde h zl bir ekilde flok formundaki organizma taraf ndan adsorplan r. Çözünmü organiklerin ortamdan h zl adsorplanmas sayesinde, ortamdaki ipliksi organizmalar için daha az kullan labilir substrat kalm olur. Bu metodun iyi sonuçlar verdi i görülmü tür. Yeterli bir kar m için havaland rma sa lanmal veya mekanik kar t r c lar kullan lmal d r. Selektördeki temas süresi oldukça az olup, genellikle 10 ile 30 dakika aras ndad r. Tasar m parametrelerinin tespiti için pilot çal malar n yap lmas tavsiye edilmektedir. Selektörün çok küçük olmas durumunda, önemli miktarda çözünmü substrat havaland rma tank na geçebilece i gibi, çok büyük olmas durumunda da seyrelmeyle dü ük F/M oran olu umu söz konusudur. Ç k At ksuyu Karakteri: Ç k at ksuyu kalitesinin en önemli parametresi organik madde içeri idir. Biyolojik ar tma proses ç k n n organik madde içeri i a a daki üç bile enden olu maktad r: Çözünmü organikler o Biyolojik ar t mdan kaçan organikler. o At n biyolojik parçalanmas nda olu an ara ürünler. o Hücresel bile imler (mikroorganizma ölümü sonucu). Ask da organik maddeler o Ar t m s ras nda olu an ve son çöktürme tank ndan kaçan biyolojik kat lar. 128

137 o Ar t mdan ve çöktürmeden kaçan giri at ksuyundaki koloidal organik kat lar. Biyolojik olarak parçalanamayan organikler o Bunlar orijinal olarak ham at ksuda bulunurlar. o Biyolojik parçalanman n ürünleridirler. Daha önceki bölümde bahsedilmi olan ç k at ksuyu kalitesi için geli tirilmi kinetik e itlikler teorik olarak biyolojik ar tmadan kaçan çözünmü organik at klara uygulan r Proses Kontrolü Aktif çamur proseslerinin kontrolü yayg n i letme artlar alt nda yüksek ar t m verimine ula mak için önemlidir. Proses kontrolünde kullan lan temel faktörler; Havaland rma tank nda istenen çözünmü oksijen seviyesini sa lamak, Aktif çamur geri dönü ünü (AÇG) düzenlemek, At k aktif çamuru kontrol etmektir. Daha önce yükleme kriterleri konusunda da bahsedildi i gibi aktif çamur prosesinde kullan lan en önemli parametreler F/M oran ve ortalama çamur ya, cd r. Havaland rma havuzundaki ask da kat madde (biyokütle) konsantrasyonu da kontrol parametresi olarak kullan lmaktad r. Belli bir ask da kat konsantrasyonunu sa lamak için çamur geri dönü ü, at lacak çamur için de cyi kontrol etmek önemlidir. Oksijen tüketim h z n n (OTH) kullan m, aktif çamur sisteminin kontrolü ve izlenmesinde önemli parametrelerden biridir. Çözünmü Oksijen Kontrolü: Aktif çamur sistemi havaland rma tank ndaki teorik oksijen miktar ; mikroorganizma faaliyetleri, organik maddenin oksidasyonu ve sistemi belli bir çözünmü oksijen konsantrasyonunda tutmak için gerekli olan miktarlar n toplam na e ittir. Oksijenin mikroorganizma büyümesini s n rlad durumda, ipliksi (filament) mikroorganizmalar bask n duruma geçerek aktif çamurun kalitesini ve çökebilme özelli ini zay flat rlar. Pratikte, havaland rma tank nda çözünmü oksijen konsantrasyonu 1,5-4 mg/l aral nda tutulmal d r ancak genel olarak 2 mg/l yeterlidir. 4 mg/lnin üzerindeki de erler i letme artlar n önemli ölçüde iyile tirmez, yaln z havaland rma maliyetini önemli miktarda artt r r. Aktif Çamur Geri Devri Kontrolü: Sistemde çamur geri dönü ünün nedeni, istenen ar t m derecesine ula abilmek için havaland rma tank nda yeterli çamur konsantrasyonunu tutabilmektir. Burada ç k suyunda çamur kaç n önlemek önemlidir. Kat lar çöktürücünün taban nda çamur örtüsü olu tururlar. Çamur örtüsünün kal nl zamana göre de i ir, çamur pompalama kapasitesinin yetersiz olmas durumunda pik ak larda çöktürücünün derinli i kadar kal nl a ula abilir. Büyük sistemler için çamur pompalama kapasitesi at ksu debisinin %50 ile100si, küçük sistemlerde ise %150sidir. stenen çamur geri dönü h z n hesaplamada birkaç teknik kullan lmaktad r. Buna göre, kontrol stratejisi ya havaland rma sisteminde belli bir ask da kat konsantrasyonu sa lamay yada son çöktürme tank nda çamur örtüsü derinli ini belirtilen düzeyde tutmay esas almal d r. En çok kullan lan teknikler; 129

138 Çökebilirlik, Çamur örtüsü seviye kontrolü, kinci çöktürme tank nda kütle dengesi, Havaland rma tank nda kütle dengesi, Çamur kalitesidir. ki kütle dengesi için uygun limitler ekilde gösterilmi tir. Çöktürme tank ndaki çamur battaniyesi örtüsü sabit kald faz edilir ve çöktürme tank ç k suyundaki kat konsantrasyonu ihmal edilirse, çöktürme tank çevresindeki kütle dengesi a a daki gibi yaz labilir: Birikim = Giri ak m Ç k ak m (5.38) 0 = X(Q + Q r ) X r Q r + X r Q w (5.39) Burada X = Havaland rma havuzundaki ask da kat konsantrasyonu, mg/l Q = Giri debisi, m 3 /gün Q r = Çamur geri dönü debisi, m 3 /gün X r = Geri dönü teki ask da kat konsantrasyonu, mg/l Q w = At k çamur debisi, m 3 /gün Çamur geri dönü debisi a a daki formülden elde edilir. (5.40) Yüksek organik yüklemelerde bu yakla m yanl olabilir. Havaland rma tank na kat, çamur geri dönü ü ve ham at ksu beslemesi ile girer. Ancak giri teki kat konsantrasyonu ihmal edilirse, havaland rma tank çevresinde kütle dengesi a a daki gibi yaz labilir: Birikim = Giri ak m ç k ak m (5.40a) 0 = X r Q r X(Q + Q r ) (5.41) Q r için e itlik çözülürse, 130

139 (a) (b) ekil 5.4. Çamur geri dönü kontrolü için tipik ask da kat kütle dengesi: a) Çöktürme tank nda kütle dengesi, b) Havaland rma tank nda kütle dengesi (1). Çamur Atma: Sistem içinde belli F/M oran n veya çamur ya n sürdürebilmek için üreyen fazla çamurun sistemden uzakla t r lmas gerekmektedir. Bilinen en pratik yol, daha konsantre oldu u ve küçük hacimde çamur atmak gerektirdi i için çamur dönü hatt ndan çamurun uzakla t r lmas d r. At k çamur ön çöktürme havuzuna yo unla t r c ya veya çürütücüye de arj edilir. Proses kontrolünde çamur ya esas al n rsa, geri dönü hatt ndan çamur at l r ve atma h z a a daki gibi hesaplan r; Burada Q w = Geri dönü hatt ndan çamur atma h z, m 3 /gün X r = Geri dönü hatt ndaki çamur konsantrasyonu, mg/l (5.42) 131

140 Çöktürme tank ç k nda kat madde konsantrasyonu çok dü ükse e itlik k salt larak a a daki gibi yaz l r; ve (5.43) Çamur atma h z n belirlemek için havaland rma tank ve geri dönü hatt ndaki kat konsantrasyonunun bilinmesi gerekmektedir. (5.44) Çamur ya proses kontrolünde kullan l yorsa havaland rma tank ndan at lacak çamur debisi ç k taki AKM ihmal edilerek; veya (5.45) ifadesinden hesaplanabilir. (5.46) Burada Q w = havaland rma tank ndan at lan çamur debisi, m 3 /gün F/M oran proses kontrolünde esas al nm ise, geri dönü hatt ndan çamur uzakla t rma h z a a daki e itlikle verilir; P x = Q w X r (5.47) Burada P x = At k aktif çamur, kg/gün Q w = At k çamur debisi, m 3 /gün X r = Geri dönü hatt ndaki kat konsantrasyonu, mg/l Bu durumda, çamur geri dönü hatt ndaki kat madde konsantrasyonunun (X r ) bilinmesi gerekmektedir. 132

141 5.8 Ask da Büyüyen Haval Ar tma Sistemleri Karbonlu organik maddelerin gideriminde kullan lan ask da büyüyen biyolojik ar tma prosesleri, aktif çamur prosesleri, havaland rmal lagünler (Bölüm 6.10), ard k kesikli reaktörler (Bölüm 6), haval çürütme prosesleridir. (Bölüm 8) Aktif Çamur Prosesi Aktif çamur prosesi ngilterede 1914de Arden ve Lockett taraf ndan geli tirilmi tir. Bu orijinal prosesin birçok çe itleri geli tirilerek kullan lmaktad r. Bütün haval (aerobik) at ksu ar tma proseslerinde at klar a) sentez ve b) oksidasyon yolu ile yok olurlar. Di er bir deyimle organik maddelerin bir k sm yeni hücrelere dönü ürken (sentez) geri kalan k sm gerekli enerjiyi üretmek için oksidasyona tabi tutulurlar. Organik maddeler yok olmaya ba lay nca biyolojik hücrelerin bir k sm gerekli enerjiyi sa lamak amac yla kendi kendini oksitler (içsel solunum). Haval biyolojik oksidasyon reaksiyonlar genel olarak a a daki edilebilmektedir: ekilde ifade Organik madde (BOI, KOI) + O 2 + N+ P parçalanamayan çözünebilir maddeler Hücre +CO 2 +H 2 O + biyolojik yolla Hücre + O 2 CO 2 + H 2 O + N + P + parçalanmayan hücresel kal nt lar Bu biyolojik parçalanma olay tüm haval biyolojik ar tma sistemlerinde yer almaktad r. A a da biyolojik reaksiyon 3 ad mda gösterilmektedir. 1. Ad m: Biyokütlenin üretimi ve organik maddenin oksidasyonu 8 (CH 2 O) + NH O 2 C 5 H 7 NO O H 2 O + Enerji 2. Ad m: Biyokütlenin solunumu C 5 H 7 NO O 2 5CO 2 + NH 3 + H 2 O + Enerji 3. Ad m: Nitrifikasyon NH O 2 HNO 3 + H 2 O + Enerji Haval biyolojik art ma yöntemleri genellikle iki büyük s n fa ayr labilirler: Ar tmay yapan bakterilerin ask da bulundu u sistemlerdir. Buna örnek olarak aktif çamur sistemi ve çe itleri (türevleri) gösterilebilir. 133

142 Ar tmay yapan bakterilerin sabit bir yüzey üzerine tutunarak büyüdü ü sistemler. Bunlar n ba l ca örnekleri damlatmal filtreler ve dönen biyodisklerdir. Proses Analizi: Tam Kar ml Geri Devirli Reaktör: Tam kar ml ve geridevirli sistem ekil 5.5 de gösterilmi tir. Reaktör giri inde mikroorganizma olmad farzedilmektedir. Sistemin tamamlay c ünitesi çökeltme olup, burada mikroorganizmalar sistemden ayr lmakta ve tekrar sisteme geri döndürülmektedir. Burada kat ayr lma ünitesi de oldu u için, kinetik modeli geli tirmede iki yakla m kullan lmal d r. Biyolojik ar tma taraf ndan at k stabilizasyonu yaln zca reaktör ünitesinde meydana gelmektedir. Bu yakla m koruyucu bir modeldir ( baz sistemlerde çöktürme ünitesinde at k stabilizasyonu vard r). Tüm sistem için, çamur ya hesab nda yaln zca reaktör hacmi kullan l r. Gerçekte burada çöktürme tank n n, havaland rma tank ndaki kat at k seviyesini belli aral kta tutmada kullan lan bir hazne vazifesi gördü ü kabul edilir. Örne in saf-oksijenli aktif çamur sisteminde, sistemdeki toplam AKMnin %50sinin çöktürme tank nda tutuldu u bulunmu tur. Bu durumda sistem için ortalama hidrolik kal zaman s a a daki gibi ifade edilebilir; Burada, s = reaktör ve çöktürme tank hacmi toplam Q = at ksu giri debisi V r = reaktör hacmi V s = çöktürme tank hacmi (5.48) Reaktör için ortalama hidrolik kal süresi, (5.49) Sistem için çamur ya c, reaktördeki organizma kütlesinin sistemden her gün at lan kütleye bölünmesiyle ifade edilir; (5.50) Q w = sistemden at lan mikroorganizma içeren s v (fazla çamur ) debisi Q e = çöktürme tank ç k suyu debisi X e = çöktürme tank ç k suyundaki mikroorganizma konsantrasyonu 134

143 ekil 5.5. Tam kar ml ve geri devirli aktif çamur sistemi. (Çamur reaktör içinden at lmaktad r). Fazla çamurun geri devir hatt ndan at lmas durumunda, hesaplan r; c, çamur ya a a daki gibi X r = geri devir hatt ndaki çamur konsantrasyonu Q w = geri dönü hatt ndan at lan çamur debisi (5.51) ekil 5.6. Tam kar ml ve geri devirli aktif çamur sistemi. (Çamur, geri dönü üm hatt ndan at lmaktad r). 135

144 c nin hesaplanmas nda reaktördeki ve çöktürme tank ndaki çamur kütlelerinin toplam gözönüne al n r ve 5.51 denklemlerine bak ld nda c nin teorik olarak ve s den ba ms z oldu u görülür. Ancak bunun pratikte tam do ru oldu u söylenemez. Tüm sistemde mikroorganizma için kütle dengesi a a daki ekilde yaz labilir; Birikim = giren mikroorg. ç kan mikroorg. + net büyüme Sembolik olarak gösterimi: (5.52) 5.11 e itli i hücre büyümesi yerine konur, ç k taki hücre konsantrasyonu s f r kabul edilir ve kararl durumda (dx/dt = 0) al n rsa; e itli in sol taraf 1/ c oldu undan, e itlik a a daki gibi tekrar yaz l r, (5.53) (5.54) (S o S) = kullan lan (giderilen) substrat konsantrasyonu, mg/l S o = giren at ksudaki substrat konsantrasyonu, mg/l S = ç kan at ksuda substrat konsantrasyonu, mg/l = hidrolik kal süresi, gün (5.55) 5.54 ve 5.55 e itlikleri birle tirilip X, mikroorganizma konsantrasyonu a a daki gibi belirlenir. (5.56) 136

145 Substrat dengesinden ç k at ksuyundaki S, substrat konsantrasyonu, (5.57) Y göz. A a daki e itlikle verilir; (5.58) Proses Tasar m ve Kontrol li kileri: Çe itli sistem de i imlerinin etkilerini tahmin etmede 5.56 ve 5.57 e itli inin kullan m faydal olacakt r. Bunun yan s ra farkl di er proses tasar m e itlikleri de geli tirilmi tir. Bunlar özgül substrat kullan m h z, ortalama çamur ya, ve F/M oran d r. E itlik 5.54daki (-r su /X), U substrat kullan m h z olarak bilinmektedir. 5.55deki r su denklemi kullan larak özgül substrat kullan m h z a a daki gibi hesaplan r: 6.54 e itli inde (-r su /X) yerine U konuldu unda, (5.59) (5.60) 5.59 e itli inden de görüldü ü gibi, 1/ c, net özgül büyüme h z ile U, özgül substrat kullan m h z birbiriyle do rudan ili kilidir. Uyu belirlemek için substrat kullan m ve mikroorganizma kütlesini bilmek gerekir. cnin biyolojik ar tmada kontrol parametresi olarak kullan m amac, mikroorganizma büyüme h z n ve at k stabilizasyon ar tma derecesini kontrol etmek ve sistemden at lacak günlük mikroorganizma kütlesini belirlemektir. Örne in cnin 10 gün bulunmas durumunda, sistemden günlük at lmas gereken çamur miktar, sistemdeki toplam mikroorganizman n %10u kadar olacakt r. Tam kar ml reaktörde, fazla çamur at m reaktörden veya geri dönü hatt ndan yap labilir. Çamur uzakla t rma do rudan reaktörden ve ç k hatt ndaki kat madde konsantrasyonu X e ihmal edilebilecek kadar az ise 5.50deki e itlik a a daki gibi yaz labilir: 137

146 (5.61) Pratikte, yo unla t r c ya sevk edilen çamuru belirlemek için, uzakla t rma geri dönü hatt ndan çamur almakla sa lan r. Bu durumda tam kar m ve geri dönü hatt ndaki çamur konsantrasyonunu bilmek gerekir. F/M, özgül substrat kullan m h z ile do rudan ilgili olup pratikte en çok kullan lan tasar m ve kontrol parametresidir. U ve F/M proses verimlili i ile ilgilidir. (5.62) E proses verimi a a daki gibi yaz labilir. (5.63) (5.64) E = proses verimi, % S o = giri substrat konsantrasyonu, S = ç k substart konsantrasyonudur. Bu proses tasar m ili kilerinin uygulamas Bölüm sonundaki örnek problem ile verilmektedir. Ar tma sistemi tasar m nda çe itli modelleme çal malar yap lmakta olup bu kitapta incelenmemi tir (6,7). Proses Verimlili i ve Stabilitesi: Kinetiklerin sistem verimi ve at k stabilizasyonu üzerine etkisi burada daha detayl olarak verilecektir. E itliklerden 1/ c, net mikroorganizma büyüme h z, ve U, özgül substrat kullan m h z do rudan birbirleriyle ilgilidirler. Her iki e itli in birle tirilmesi sonucunda a a daki e itlikler bulunur; 138 (5.65)

147 (5.66) Organik at klar için, verilen biyolojik ortam ve çevresel artlar alt nda, kinetik katsay lar, Y, k, K s ve k d sabittir. Katsay lar n verilen de erleri için, reaktör ç k konsantrasyonu c veya Unun do rudan fonksiyonudurlar. Tam kar ml ve geri devirli sistemlerde özgül büyüme için e itlik 5.56 ve 5.57 ekil 5.7de çizilebilir. ekilden görüldü ü gibi ç k konsantrasyonu S ve ar t m verimi E, do rudan c ile ilgilidirler. ekil 5.7. Tam kar ml ve piston ak ml reaktörlerin ar t m verimi ve ç k at k konsantrasyonlar n n çamur ya yla de i imi (1). ekilden cnin belli de erlerinde at k ar t m n n olmad görülmektedir. cnin bu kritik de erine minimum çamur ya c M denir. Fiziksel olarak c M nin anlam, mikroorganizman n sistemden at lma h z n n üreme h z ndan daha fazla olmas anlam na gelmektedir. Minimum çamur ya 5.53 ve 5.6dan türetilen a a daki e itlik yard m yla hesaplan labilir. (5.67) At ksu ar t m nda birçok durumda, S o, K s den çok büyük oldu undan, 5.60 e itli i tekrar a a daki gibi yaz labilir: 139

148 c M yi hesaplamak için gereken tipik katsay lar Tablo 5.10da verilmektedir. (5.68) Tablo 5.10, Aktif çamur prosesi için tipik kinetik katsay lar (1). Katsay lar Birim De erler aral k k K s gün -1 mg/l BOI 5 mg/l KOI tipik Y mgvss/mg BOI 5 mgvss/mg KOI 0,4-0,8 0,25-0,4 0,6 0,4 K d gün -1 0,04-0,075 0,06 Biyolojik ar tma sistemlerinin tasar m nda cnin c M e e it al nmayaca son derece aç kt r. Genellikle tasar m ve i letme çal malar nda c M nin 2 ile 20 kat al n r. Gerçekte, cnin c M e oran proses emniyet katsay s (SF) olarak kabul edilir. (5.69) Aktif Çamur Prosesi Modifikasyonlar : Aktif çamur prosesi, haval biyolojik ar tma metotlar aras nda geni uygulama alan bulmaktad r. Bu metot y llar nda geli tirilmi ve karma k biyolojik mekanizmas nedeni ile ara t rmac lar n di er proseslere k yasla daha fazla ilgisini çekmi tir. Bu sebeple aktif çamur prosesinin y llar içerisinde birçok çe idi (modifikasyonu) geli tirilmi tir. Klasik aktif çamur sistemi ve farkl tiplerinin ak m emalar ekil 5.8 de gösterilmektedir. Sistem birinci kademe ar tma, zgara, kum tutma ve çökeltme i lemlerinden olu maktad r. Evsel at ksularda birinci kademe ar tma ile at ksudaki BOInin %30-35i giderilmektedir. Ön çökeltmeden sonraki ar tmaya ikinci kademe ar tma denir. kinci kademe ar tma, biyolojik havaland rma i leminin safhas d r. Bu i lem s ras nda çözünmü organik madde, çökelebilen biyokütle haline dönü türülür ve son çökeltme tank nda çamur olarak tutulur. Daha önceden havaland r lm olan bu çamura aktif çamur denir. Aktif çamurun bir bölümü havaland rma tank na geri döndürülür. Geride kalan k s m ise ço alan çamura kar gelen çamur olup sistemden d ar al narak birinci kademe ar tma s ras nda ç kan çamurla kar t r l r. Kar k çamur daha sonra yo unla t r l r ve en sonunda daha ileri stabilizasyon sa lamak amac yla çamur çürütücülere gönderilir. Aktif çamur prosesi ile %90 n üzerinde BOI giderimi sa lan r. 140

149 (a) Klasik bir Aktif çamur sisteminin ak m diyagram. (b) Piston ak ml aktif çamur sistemi 141

150 (c) Kademeli beslemeli aktif çamur sistemi (d) Temas stabilizasyonlu aktif çamur sistemi ekil 5.8 Klasik aktif çamur sistemi ve farkl tiplerinin ak m emalar Uzun Havaland rmal Aktif Çamur Prosesi Uzun havaland rmal A.Ç prosesi, yayg n kullan ml bir aktif çamur çe ididir. Bu prosesin Avrupada Pasver tipi oksidasyon hendekleri ve Amerikada paket tesisler eklinde çe itli uygulamalar vard r. 142

151 Uzun havaland rma sistemlerinde ön çökeltme havuzu ve çamur çürütücüler yoktur. Bundan dolay, bu tip tesislerin in aat ve i letmesi konvansiyonel aktif çamur tesislerine göre çok daha kolayd r. Bu sistemde ham at ksu zgara ve kum tutuculardan sonra do rudan do ruya havaland rma havuzuna verilir. At ksuyun havaland rma havuzunda kald sürenin uzun olmas ndan dolay bu ad verilmi tir. Bu sistem her ne kadar enerji tüketimi fazla olan bir proses olsa da, i letme kolayl klar yüksek enerji bedelini dengelemektedir. Konvansiyonel aktif çamur sistemine göre bir di er avantaj da %97-98 mertebesinde BOI giderim kapasitesidir. At ksu üçüncü kademe ar t mdan sonra tekrar kullan lacak ise, bu proses özellikle tercih edilen prosestir Oksidasyon Hende i ekil 5.9. Uzun havaland rmal sistemin ak m diyagram Oksidasyon hendekleri dairesel ya da oval ekilli hendekler olup mekanik yöntemlerle (rotor ya da yüzey havaland r c ) havaland r l rlar. Izgaradan geçirilerek veya çökeltilerek kat lardan ar nd r lm at ksu hendek içinde 0,3-0,4 m/s yatay h zla hareket ederken havaland r larak sistemdeki mikroorganizmalar taraf ndan ar t l r. Oksidasyon hendekleri genellikle uzun havaland rmal aktif çamur sistemi özelli indedir. Hendek ç k nda di er biyolojik sistemlerde oldu u gibi bulunan çökeltme tank kat lar n (çamurun) çökmesini sa lar. Dü ük at ksu debileri için uygun olup, di er sistemlere k yasla daha az teknoloji gerektiren ve fazla i letme becerisi gerektirmeyen sistemlerdir. 143

152 ekil 5.10 Oksidasyon Hende i Tablo Aktif çamur prosesleri için tasar m parametreleri (1). Proses çe itleri c, gün F/M,kgBOI/ kgboi/ TAKM, kgtakm.g m 3.g mg/l Konvansiyonel ,2-0,4 0,32-0, V/Q, saat 4-8 Q r /Q 0,25-0,75 Tam kar ml ,2-0,6 0,8-1, ,25-1 Kademeli besleme ,2-0,4 0,64-0, ,25-0,75 De i tirilmi havaland rmal 0,2-0,5 1, ,2-2, ,5-3 0,05-0,25 Temas stabilizasyonu Uzun havaland rmal ,2-0,6 0,05-0,15 0,96-1,2 0,16-0,4 ( ) a ( ) b (0,5-1) a (3-6) b ,5-1,5 0,5-1,5 Yüksek-h zl havaland rma ,4-1,5 1, Kraus prosesi ,3-0,8 0,64-1, ,5-1 Saf oksijenli ,25-1,0 1,6-3, ,25-0,5 Oksidasyon hende i ,05-0,3 0,08-0, ,75-1,5 AKR 1 0,05-0,3 0,08-0,24 ( ) d Derin shaft reaktörü 2 0, ,5-5 2 Tek kademeli nitrifikasyon ,1-0,25 (0,02-0,15) 3 0,08-0, ,5-1,5 ki kademeli nitrifikasyon ,05-0,2 (0,04-0,15) 4 1 uygulanamaz 2 bilgi yok a kontakt birimde, b kat stabilizasyon birimi 0,05-0, ,5-2,0 144

153 5.9 Yüzeyde Büyüyen (Biyofilmli) Haval Sistemler Damlatmal Filtreler Damlatmal filtreler üzerinde mikroorganizmalar n biyofilm halinde büyüdü ü kat tanecikler içeren bir dolgulu sistemdir. Bu birim içinde 0,1-10 cm büyüklü ünde dolgu malzemesi (k rma ta, plastik, sert kömür, özel dolgu maddeleri vs.) bulunan bir tanktan olu ur. Tipik bir damlatmal filtre sistemi ak m emas ekil 5.13te verilmektedir. Bu tank n üzerine ilk ar tmaya (birinci kademe) tabi tutulmu at ksu belirli bir debi ile verilir. Bu i lem genellikle tank n merkezi etraf nda yava ça hareket eden delikli bir borudan olu an bir düzenekle (at ksu da t m sistemi) sa lan r. Bu ekilde filtreye verilen at ksu filtre dolgu malzemesinin üstünden süzülerek akmakta, bu arada, filtre yata ndaki bo luklar n tamam at ksu ile dolmad ndan haval artlar devam etmektedir. Ta lar n üzerinde ince bir tabaka meydana getiren bakteriler at ksudaki organik kirleticileri önce adsorplamakta ve daha sonra biyolojik ar t m reaksiyonu meydana gelmektedir. Biyofilm tabakas zamanla kal nla makta, oksijen ve organik maddeler tabakan n iç k s mlar na ula amamaktad r. Filtre dolgu maddesi yüzeyine yak n bu kesimde havas z artlar olu makta, burada olu an gazlar n yard m ve s v hareketinden olu an kesme kuvveti ile biyofilm dolgu malzemesinden ayr l p ç k suyu ile birlikte d ar akmaktad r. Temizlenmi biyofilmden ta n üzerinde k sa bir zaman içinde yeniden biyofilm tabakas olu makta ve döngü bu ekilde devam etmektedir. Damlatmal filtreden ç kan at ksu son çökeltme tank na verilir. Çökeltme tank ç k ndan belli oranda su damlatmal filtreye, gerekli hidrolik yükü sa lamak üzere geri verilir. Damlatmal filtreler ak h zlar na göre yava ve h zl olmak üzere ikiye ayr l rlar. Yava filtrelerde m 3 /m 2 -gün, h zl filtrelerde ise m 3 /m 2 -gün at ksu verilmektedir. Dü ük h zl filtrelerin i letmeleri daha kolayd r ve küçük nüfuslar için kullan l rlar. Bu tip filtreler, ta ve çak l gibi do al malzemelerle kolayca yap labilirler. Gerekli ekipman, sadece bir dozlama sifonu ve da t c d r. Filtre ortam, 2-3 m derinliktedir. Filtre giri i ve ç k aras nda 2,5-3,5 mlik bir yük kayb olur. Genellikle geri devirsiz olarak düzenlenirler. Bu nedenle bu tip filtrelerde pompa gerekmeyebilir. Arazi ihtiyac, 0,5-0,7 m 2 /ki i aras nda de i ir. Tablo 5.12de damlatmal filtrelerle ilgili projelendirme kriterleri verilmektedir. Tablo 5.12 Evsel at ksular n damlatmal filtrelerle ar t m nda tasar m kriterleri (3). Konu Dü ük h zl filtreler Yüksek h zl filtreler (ta ortam) Hidrolik yük (m 3 /m 2.gün) a Yüksek h zl filtreler (plastik ortam) a Kaba filtreler a Organik yük (kgboi/m 2.gün) 0,1-0,3 0,3-1,2 b 1,2-3 a 2-6 b Geri devir oran - 0, Derinlik(m) 1, Filtre ortam Ta, çak l Ta, çak l Plastik Plastik BOI giderim verimi (%) Nitrifikasyon a Geri devir dahil b Geri devir dahil de il iyi S n rl S n rl - 145

154 Yüksek h zl filtrelerde BOI giderimi, BOI yüklemesine, geri devir oran na ve kullan lan ortam n tipine ba l olarak %65-85 aras ndad r. Bu tip filtrelerdeki nitrifikasyon da, uygulanan BOI yüküne ba l d r. Ta dolgulu filtre derinli i, nitrifikasyon yönünden önemlidir. Evsel at ksular için 2 de erinin üzerindeki geri devir oranlar ekonomik olmaz. Damlatmal filtrelerin en büyük üstünlü ü organik yükün büyük de i imlere u ramas na ra men verimin olumsuz yönde fazla etkilenmemesidir. Ar t lm ç k suyunun belli oranlarda geri devri ile tekrar sisteme verilmesi ar t m verimini artt r r. Tablo Damlatmal filtreler ve aktif çamur sistemlerinin kar la t rmas (2). Parametre Damlatmal Filtre Aktif Çamur Yat r m maliyeti Yüksek Dü ük letme maliyeti Dü ük Yüksek Alan gereksinimi Yüksek Dü ük Havaland rma Yeterli olmayabilir Yeterli S cakl k kontrolü Zor Kolay ok yüklemelere duyarl l k Az duyarl Ç k ak m n n berrakl yi yi de il BOI giderimi (%) Hidrolik bekleme süresi Dü ük h z Yüksek h z Çok duyarl 6-40 saat 4-10 saat 0,5-4 saat Koku Fazla Az K rma Ta tan Dolgulu Biyolojik Filtreler Bir damlatmal filtrenin kesiti ve perspektif görünü ü, ekil 5.11de gösterilmi tir. Sistemin ba l ca bile enleri, döner da t c, drenaj sistemi ve filtre malzemesidir. At ksu, bir pompa ile da t c n n ba l bulundu u dü ey boruya bas l r. Da t c y olu turan borular üzerine aç lm deliklerden f k ran su jetleri, impuls teoreminden do an reaksiyon kuvvetleriyle, da t c n n dönmesini sa lar. Böylece at ksu, k rma ta üzerine e it olarak da lm olur. Ç k kanal ve havaland rma bacalar, filtre içinde iyi bir hava ak m meydana getirecek ekilde olu turulur ( ekil 5.10). Filtreden ç kan sular biyolojik verimi artt rmak için geri döndürülerek tekrar filtreden geçirilebilir. Filtre malzemesi, sa lam dayan kl, suda erimez ve ufalanmaz cinsten olmal d r. Bu, sebeple en çok k rma ta ve benzeri malzemeler kullan l r. Tercih edilen tane çap 10 cmdir. Her ne kadar daha küçük çapl ta lar, biyofilm olu umu için daha büyük bir yüzey alan sa lasa da, taneler aras ndaki bo luklar t kanma e ilimi gösterirler ve hava ve su geçi ini s n rland r rlar. Filtre yüksekli i 1,5 m ile 2,1 m aras nda de i ir. Filtrenin daha yüksek yap lmas BOI giderme verimini çok fazla artt rmaz (4). 146

155 ekil Bir Damlatmal filtrenin perspektif görünü ü ve kesiti (4) ekil Bir damlatmal filtrenin kesiti ve tabandaki drenaj sisteminin detaylar (4) 147

156 ekil Damlatmal filtre sisteminin ak m diyagram Sentetik Dolgulu Damlatmal Filtreler (Biyolojik Kuleler) Son y llarda damlatmal filtreler için birkaç çe it sentetik dolgu malzemesi üretilmi tir. K rma ta a k yasla bu malzemelerin esas üstünlü ü, özgül yüzeylerinin fazla olmas d r. Bu sayede oksijen sa layan hava bo luklar t kanmadan, daha fazla miktarda biyofilm üreyebilmektedir. Di er üstünlü ü, s v n n daha iyi da lmas n sa layan üniform bir filtre ortam olu turmalar, hafif olmalar nedeniyle daha büyük bir kimyasal dirence sahip olmalar ve çok fazla organik madde içeren ve çökelmemi olan at ksular ar tabilmeleridir. Plastik filtre bloklar, Flocor gibi baz ticari isimler alt nda piyasada sat lmaktad r. ( ekil 5.14a). Bunlar 0,6m geni lik ve kal nl kta, 1,2 m uzunlukta modüller halinde olup oluklu levhalar n yanyana getirilmesinden meydana gelir. Özgül yüzey alan 29 m 2 /m 3 dür. Çürümeye kar dayan kl k z lçamdan yap lm filtre malzemeleri de bulunmaktad r. Kal n testere ile kesilmi k z lçam ç talar n yatay olarak 1,2x1,2 m 2 lik çerçeveler haline getirilmesinden meydana gelmi tir ( ekil 5.14b). K z lçamdan yap lm bu filtre malzemesinin özgül yüzey alan 14m 2 /m 3 dür. Plastik paketlerin oluklu yüzeyleri ve k z lçam n testere ile kesilmi pürüzlü yüzeyleri, biyolojik filmin tutunmas n kolayla t r r. ekil 5.15de modüllerin istif ekli ve sabit a zl ktan suyun filtre üzerine ne ekilde da t ld gösterilmi tir. 148

157 ekil 5.14 Biyolojik kulelerin (filtrelerin) dolgu malzemeleri: a) Polivinilklorürden yap lm flocor paketleri: b) Del-Pak dolgu malzemesi (4) 149

158 ekil Dikdörtgen eklindeki bir biyolojik kulenin kesiti ve sabit da t c lardan filtreye su verilmesi (4) Sentetik malzemeli filtrelerin yap lmas yla, endüstrilerden ve evlerden gelen at ksular n ar t lmas nda biyolojik filtrasyonun uygulama alan geni lemi tir. Genel olarak k rma ta filtreler, g da endüstrisinden gelen çok konsantre at ksular n ar t m na uygun olmad halde, çok kademeli biyolojik kuleler, bu sular ar tabilmektedirler. ekil 5.16daki ak m diyagram, bu tip filtrelerin at ksu ar t mdaki uygulamas n göstermektedir. Mevcut sistemlerde i letme kolayl sa lamak veya ar t m verimini artt rmak için k rma ta malzemeyi sentetik malzeme ile de i tirmek mümkündür. Ancak döner da t c s olan bu sistemler, 1,5m ile 2m gibi küçük bir yatak derinli ine sahipse, be ekilde optimum sonuç al namaz. Yükseklik 6m ve daha fazla ise daha iyi sonuç elde edilir. Bu kuleler, daha fazla bir temas süresine olanak verir ve at ksular döner da t c lar yerine sabit da t c lar yard m yla sürekli olarak sisteme beslenir. Özel durumlarda, mevcut ar tma sistemlerinde, ilk çökeltmeden önce biyolojik bir kule in a edilebilir. Organik yük aral 400-2,400 g/m 3 /gündür. Hidrolik yük 10m 3 /m 2 /gün de erine kadar ç kar. Sentetik malzemeli biyolojik filtreler, i letme güçlükleri ve koku problemine kar k rma ta filtrelere göre daha az sorun ç kar rlar Biyodisk Döner biyodisk üniteleri daha çok küçük yerle im merkezlerinin evsel at ksular n n ar t m nda kullan lmakla beraber, baz durumlarda dü ük devirli endüstriyel at ksulardan BOI gideriminde de kullan labilir. Bu sistemler plastikten yap lan 2-3 m çap nda, 2-3 cm kal nl nda disklerden olu ur. Diskler bir aft üzerine birbirine paralel olarak yerle tirilir ve aft bir motor yard m ile döndürülür. At ksu, uzun ve s tanklar n içine konur ve diskler at ksu içinde %40-50 oran nda bat k ekilde döndürülür (2-10 devir/dakika). Mikroorganizmalar disk üzerinde biyofilm olu turacak ekilde büyürler ve at ksudaki organik bile ikler biyofilm içine damlatmal filtrelerde oldu u gibi adsorplan r ve biyolojik reaksiyon meydana gelir. Mikroorganizmalar oksijen gereksinimini diskin dönü ü s ras nda hava ile temas ederek sa larlar. Kal n biyofilmler substrat difüzyon limitlerine yol açt için; çok ince biyofilmler de daha az etkin olduklar tercih edilmezler. Sistem için önerilen optimum biyofilm kal nl 2-3 mmdir. Tablo 5.14te tipik tasar m kriterleri verilmektedir. 150

159 ekil 5.16 Biyolojik kulelerin çe itli uygulama alanlar n gösteren ak m diyagramlar, a) Mevcut filtrelerde ta malzeme yerine plastik malzeme kullan lmas durumunda, b) Yüksek h zl bir damlatmal filtre olarak biyolojik kule, c) Aktifle tirilmi bir biyolojik filtrasyon sistemi: son çökeltme havuzundaki aktif çamur geri dönü ü var, d) Ani yük de i melerine kar havaland rma ile desteklenerek aktifle tirilmi filtre (4). Dönen biyodisk ünitelerinin enerji gereksinimi 3mlik diskler için 75 W/m (30 adet x 3m), 2 mlik diskler için 50 W/m (35 adet x 2m) dir. Ç k suyu BOIsi istenen seviyede de il ise geri devir uygulanabilir. Ar tma sonucu yakla k olarak 0,8-1,2 kg çamur/kg BOI olu ur. ekil Tipik Biyodisk 151

160 Tablo Döner biyodisk için Tipik tasar m kriteleri (1). Ar t m Seviyesi Parametreler kinci Kademe Birlikte Nitrifikasyon Hidrolik yük, m 3 /m 2.g 0,08-0,16 0,03-0,08 Ayr Nitrifikasyon 0,04-0,1 Organik yükler kgçboi 5 /m 2.g a kgtboi 5 / m 2.g b 0,004-0,01 0,01-0,017 0,002-0,007 0,007-0,015 0,0005-0,0015 0,001-0,003 Birinci ad mda max.yükleme kgçboi 5 /m 2.g a kgtboi 5 / m 2.g b 0,02-0,03 0,04-0,06 0,02-0,03 0,04-0, NH 3 yükü, kg/m 2.g - 0,0007-0,0015 0,001-0,002 Hidrolik kal süresi,,saat 0,7-1,5 1,5-4 1,2-2,9 Ç k BOI 5, mg/l Ç k NH 3,mg/l a ÇBOI 5 = Çözünmü BOI 5 - <2 1-2 b T BOI 5 = Toplam BOI 5 Disk ünitelerinin projelendirilmesinde ilk ad m, istenen derecede biyofilm ço almas için gerekli yüzey alan n n tahmin edilmesidir. Biyofilm geli mesi oran, istenen BOI giderimine ba l d r. Tablo 5.15de günde her m 2 disk yüzey alan na verilebilecek BOI yükleri gösterilmektedir. Tablo Baz dönen biyodisk tesislerinin verimlilikleri (3). Ülke Tesis Uygulanan BOI Aç klama yükü (g/m 2.gün) ngiltere Tam ölçekli 6 Ç k BOI 20mg/l 1 Nitrifikasyon var. Pilot 8 Ba ar l nitrifikasyon (17-23 o C) Federal Almanya Tam ölçekli 6-10 <%90 BOI giderimi Hindistan Tam ölçekli (günde 10 saat) 25 % BOI giderimi (>23 o C) Amerika Tam ölçekli 20 %85-94 BOI giderimi 1 Y l n %95inde elde edilen de er. 2 Biraz azalt lm verimle büyük tesislerdeki yükler uygulanabilir. 152

161 5.9.3 Ak kan Yatakl Reaktör Damlatmal filtre ve dolgulu kulelerde kar la lan ve heterojen yap dan kaynaklanan kontrol parametrelerini (s cakl k, ph, ÇO, besi maddesi konsantrasyonu) ortadan kald rmak için ak kan yatakl biyofilm reaktörleri geli tirilmi tir. Bu tip reaktörlerde organizmalar destek parçac klar üzerinde film halinde ya da içinde tutulurlar ve at ksu biyoreaktöre alttan belirli ak h z yla verilerek üstten al n r. At ksu debisi, biyo-parçac klar su içinde ask da tutacak ekilde ayarlan r (büyük oranda su geridevri yap l r). Kat parçac klar kum, antrasit, aktif karbon, plastik, seramik ya da tel örgü parçac klar olabilir. Burada da at ksu, BOI giderimini artt rabilmek, ak kanl sa layabilmek için çok yüksek oranda geri devir ile biyoreaktöre verilebilir. Sistem tercihen sürekli çal t r lmaktad r Havaland rmal Lagünler Havaland rmal lagünler, 2,5-5 metre derinli inde toprak yap lar olup, havaland rma dubalar veya sabit kolonlar üzerine yerle tirilen mekanik havaland r c larla yap l r. Stabilizasyon havuzlar ile k yasland nda %10-20 daha küçük hacimlere sahiptirler. Bu ar tma sisteminin esas fonksiyonu at k dönü ümüdür. Di er ask da kat madde sistemlerinde oldu u gibi havaland rma ile olu turulan türbülans sistemin içeri ini ask da tutmada sa lar. Hidrolik kal süresine ba l olarak, havaland rmal lagünden ç kan ar t lm su giren BOInin üçte biri ile yar s n hücre formundaki mikroorganizma olu turur. Bu kat lar n ço u de arjdan önce çöktürülerek ortamdan uzakla t r l r. Bu havuzlar n tasar m nda büyük esneklikler vard r. Bu tip lagünler bir taraftan basit fakültatif tipte, di er taraftan da çamur geri devrinin yap ld daha verimli ve yo un üniteler olarak projelendirilebilirler. Her durumda da bunlar n in aatlar ve i letilmeleri çok kolayd r. Bu nedenle hem geli mi hem de geli mekte olan ülkelerde yayg n kullan m alan na sahiptirler. Havaland rmal lagünlerin tasar m nda gözönüne al nan faktörler; BOI giderimi Ç k suyu özellikleri Oksijen ihtiyac S cakl k etkisi Kar t rma için gerekli enerji Kat ay rma (çökeltme) BOI Giderimi: Tam kar ml geri devirsiz havaland rmal lagün olarak kabul edildi inde, tasar m n temelini çamur ya olu turur. Ortalama çamur ya n n hesaplanmas nda dikkat edilecek hususlar: Mikroorganizmalar n çöktürme ile kolay giderilebilmesi için flok eklinde olmas ve Ortalama çamur ya ile k yasland nda uygun bir emniyet katsay s n n seçilmesidir. Evsel at ksuyun ar t m nda kullan lan lagünlerde tipik çamur ya 3-6 gündür. 153

162 Ar t lm At ksu Özelli i: Lagün ç k at ksuyunda önemli parametreler BOI ve AKM konsantrasyonudur. Ç k suyundaki BOI ve AKM konsantrasyonlar bazen küçük miktarda algi de kapsarlar. Oksijen htiyac : Oksijen ihtiyac aktif çamur tasar m nda kullan lan yöntemlere göre belirlenir. htiyaç duyulan oksijen miktar giderilen BOInin 0,7 ile 1,4 kat olarak hesaplan r. S cakl k: Havaland rmal lagünler geni iklim artlar ve s cakl k de i imlerinde kurulup ve i letilece i dü ünülerek tasar mlan rlar. Burada s cakl n iki önemli etkisi, biyolojik aktiviteyi azaltmas ve ar t m verimini dü ürmesi, buz olu umudur. S cakl n, biyolojik aktivite üzerine etkisi daha önceki bölümlerde bahsedilen biyolojik sistemlerdekine benzerler. Buzlanma probleminin oldu u durumda lagün i letmesine olan etkisi, lagünün derinli i art r larak veya i letme metodu de i tirilerek en aza indirilir. Birden fazla lagünün olmas durumunda l man iklimlerde lagünler paralel, k n ise seri olarak i letilebilir. K i letme artlar nda havuzdaki havaland r c lar durdurulur ve lagünün yüzeyinin donmas na izin verilir. Baharda buzlanman n erimesi ile paralel çal ma artlar na tekrar sistem al t r l r. Bu çal t rma ekli ile %60-70 BOI giderimi so uk k aylar nda bile sa lanabilir. Havaland rmal lagünler evsel (Tablo 5.17 ) ve endüstriyel at ksular n (ka t, g da, petrokimya vd.) ar t m nda ba ar ile kullan lmaktad rlar. Lagünler ba l ca üç tipe ayr labilirler: Fakültatif Haval, sürekli beslemeli Haval, çamur geri devirli Her üç tip havaland rmal lagünde de biyolojik ar tma prensipleri ayn d r. 154

163 Tablo Evsel at ksular ar tan fakl tipteki lagünlerin tasar m kriterleri (3). Özellik Fakültatif Haval sürekli ak l Haval geri devirli Kat madde kontrolü Yoktur (bir k sm K smen (kat lar Tam kontrol (fazla çöker, di er k sm çökmez, ar t lm su çamur kontrollü olarak ar t lm su ile ile ç kar). sistemden çekilir). ç kar). Lagündeki AKM 1 konsantrasyonu, mg/l UAKM 2 /AKM (%) Çamur ya c, gün Yüksek Genellikle S cak iklim:10-20 Il k iklim:20-30 So uk iklim: 30 BOI giderim h z (20 o Cde günlük, filtrelenmi ), kg/m 3 /gün S cakl k katsay s, Hidrolik kal süresi, gün BOI giderim verimi (%) Nitrifikasyon Koliform giderimi (%) Lagün derinli i 4, m 0,6-0,8 1, Yok , ,5 1,035 Genellikle Uygunsuz artlar , ,01-1,05 0, Az ,5-5 Arazi ihtiyac,(m 2 /ki i) S cak iklim Il k iklim Güç ihtiyac, kw/ki i-y l hp/1000 Min.güç (kw/10 3 m 3 lagün hacmi) Çamur Ç k yap s 0,3-0,4 0,45-0, ,5 6 0,75-1 (e it O 2 yaymak) Birikir ve birkaç y l sonra uzakla t r l r. Ar t lm su savakla d ar verilir. 0,3-0,4 0,35-0, ,5 2,75-5 (bütün kat lar ask da tutmak) Birikim olmaz. Kat maddeler ar t lm su ile ç kar. K smi veya tam boru kullan l r. 0,15-0,25 5 0,25-0, (bütün kat lar ask da tutmak için) Fazla çamur günlük uzakla t r l r. Savak veya boru. 1 AKM: Ask da kat madde 2 UAKM : Uçucu ask da kat madde 3 ki veya daha fazla ünitenin ser ba lanmas durumunda yüksek verim fizibil olabilir. 4 Kullan lacak havaland r c ya uygun seçilmelidir. 5 Çamur kurutma dahil 6 Havas z gaz üretiminden yararlan l rsa enerji ihtiyac dü ebilir 7 Nitrifikasyona ba l 155

164 Fakültatif Havaland rmal Lagünler Fakültatif havaland rmal lagünlerde birim hacme dü en enerji yo unlu u, gerekli oksijen miktar n n s v ya verilmesi için yeterlidir. Fakat bu enerji girdisi, bütün kat lar ask da tutmak için yeterli de ildir. Bunun sonucunda, lagüne giren ask da kat maddelerin bir k sm ve substrat giderimi sonucunda olu an kat maddeler, tabana çökmeye çal rlar ve tabanda havas z bozunma meydana getirirler ( ekil 5.18). Lagündeki aktivite k smen haval, k smen de havas z oldu undan bu tip lagünlere fakültatif denir. Ancak bazen k saca havaland rmal lagünler de denilmektedir. Evsel at ksular için %70-90 oran nda BOI giderimi sa larlar. ekil 5.18 Mekanik havaland rmal bir fakültatif lagün (3) Sürekli Ak l Haval Lagünler Bu lagünlerde enerji yo unlu u, sadece istenilen miktarlardaki oksijeni s v içerisine verecek seviyede de il, ayn zamanda aktif çamur havaland rma tanklar nda oldu u gibi bütün kat maddeleri ask da tutacak seviyede de olmal d r. Bu nedenle, bu tip lagünlerde ask da kat çökelmesi olmaz ( ekil 5.19). Ar t m verimi fazla yüksek de ildir. Ç k suyunda çok miktarda ask da kat madde bulundu undan verim yakla k %50-60 seviyesindedir. Daha iyi BOI ve kat madde giderim istenirse ilave ar tma gerekir. 156

165 ekil Kesintisiz ak l mekanik havaland rmal lagün (3) Çamur Geri Devirli Haval Lagünler Bu lagünler uzun havaland rmal sistemlere benzerler. Enerji girdisi hem oksijen ihtiyac n kar layacak, hem de bütün kat lar ask da tutacak yeterlilikte olmal d r. Bu lagünlerdeki çamur geri devrinden dolay kat madde konsantrasyonu da oldukça yüksektir. letmeyi kolayla t rmak için, lagün içerisinde bir çökeltme bölgesi olu turulabilir veya alternatif kullan m amac yla iki paralel bölüm yap labilir. BOI giderimi yüksek olup %95-98 aral ndad r. Sistemde ayn zamanda nitrifikasyon da gerçekle mektedir Stabilizasyon Havuzlar Basit olmalar ve i letme kolayl ndan dolay at ksu ar t m nda en basit ar tma sistemi stabilizasyon havuzlar d r. Sistem ekipmans z çal aca ndan dolay, biyolojik aktivite yava i ler. Bu nedenle uzun kalma zaman na ve dolay s ile geni arazilere ihtiyaç duyulmaktad r. klim ve havuzun do al artlar biyolojik aktiviteyi etkiler. Bu nedenle, arazinin bol ve ucuz, iklim artlar n n uygun olmas stabilizasyon havuzlar n n kullan m n artt r r. Stabilizasyon havuzlar, reaksiyon kinetikleri ve ak m ekilleri yönünden reaktörlere benzemektedir. Ar t m verimi, BOI giderimi ile birlikte mikroorganizma ve besi maddeleri (N ve P) ar t m nda da istenilen artlar sa layacak ekilde tasarlanabilir Havuz Tipleri Haval Stabilizasyon Havuzlar : Bu havuzlarda derinlik, k geçirimi ve fotosentezle alg olu umunu en yüksek seviyede tutmak için yakla k 0,3 m veya daha az olmaktad r. Haval artlar havuz derinli inin tümünde her zaman korunur. Havas z Stabilizasyon Havuzlar : Bu tip Stabilizasyon havuzlar nda mikrobiyolojik aktivite havas z ortamda gerçekle ir. Anaerobik ve fakültatif mikroorganizmalar, nitratlar 157

166 ve sülfatlardaki oksijeni kullan rlar. Bu tip havuzlar yüksek organik yükleri kabul edebilirler ve alg fotosentezi olmadan çal abilirler. I n geçirimi bu havuzlarda önemli olmad ndan, 3-4 m derinlikler kullan l r. Ancak günümüzde bu havuzlar yerine daha verimli olduklar için havas z çamur yatakl reaktörler (HÇYR) anaerobik çamur battaniyesi (AAÇB) sistemleri kullan labilir. Fakültatif Stabilizasyon Havuzlar : Bu tip havuzlar k smen haval, k smen de havas z olarak çal maktad rlar. Bu nedenle hem alg hem de fakültatif mikroorganizma geli imi olur. Derinlik genellikle 1-2 mdir. Gündüz güne nda havuz a rl kl olarak haval karakterde iken, gece havuz taban ndaki su havas zd r karakterli olur. Tabanda biriken çamurun, çamur-su arakesit yüzeyinden itibaren birkaç mmlik k sm hariç, geri kalan tümü ise havas zd r. Dünyadaki mevcut havuzalr n ço u fakültatif tiptedir. Bu havuzlardaki haval ve havas zl k dereceleri de i kendir ( ekil 5.20) (3). ekil 5.20, Tipik bir fakültatif havuzda at ksu ar t m (3) Hiçbir ar tmadan geçmemi at ksular kabul eden havuzlara ham veya birinci kademe stabilizasyon havuzlar denir. Ön çökeltmeden geçmi veya biyolojik olarak ar t lm at ksular n geldi i havuzlara ise ikinci-kademe stabilizasyon havuzlar ad verilir. kinci kademe stabilizasyon havuzlar na örnek olarak olgunla t rma havuzlar say labilir. Stabilizasyon havuzlar nda veya di er konvansiyonel ar tma tesislerinde ar t lan at ksular, daha iyi hale getirilmek üzere (özellikle, bakteri say s azalt lmak üzere) belli bir süre (yakla k 5-7 gün) olgunla t rma havuzlar nda ilave ar tmaya tabi tutulurlar. Olgunla t rma havuzlar, organik yük yönünden oldukça hafif yüklenirler. Bu tip havuzlar n özellikle Güney Afrikada çok kullan ld rapor edilmektedir. S cak iklimlerde olgunla t rma havuzlar, klorla dezenfeksiyona ekonomik yönden fizibil bir alternatif olmaktad r. Bal k Havuzlar : Bunlar olgunla t rma havuzlar n n birer parças olabilece i gibi, ayr havuzlar eklinde de tasarlanabilirler. Ön havuzlardan sonra da gelebilirler. Bu havuzlarda bal k yeti tirilir. Su Bitkisi Havuzlar : Bu havuzlar, ikinci-kademe havuzlard r. çlerinde yüzer su bitkileri (örne in, su sümbülü) yeti mesine izin verilir; hatta bizzat yeti tirilir. Bu bitkilerin at ksuyu daha fazla ar tma ve a r metalleri giderme kabiliyetleri vard r. Bu bitkiler, sa lad klar 158

167 besi maddeleri (N ve P) ve gazlar sayesinde yeni bitkilerin üremesine de katk da bulunurlar. Stabilizasyon havuzu projelendirilmesinde en s k uygulanan ak m emalar ekil 5.21de verilmektedir. Havuzlar n geometrileri farkl ekillerde olabilir. Üniteler, istenen ak m rejimine ba l olarak (piston, dispersiyonlu veya tam kar ml ) seri veya paralel ba l olarak yerle tirilirler. Farkl tipteki havuzlar n verimleri, a a da verilen faktörlere göre de erlendirilir: BOI giderimi, Mikroorganizma giderimi, Besi maddesi (N ve P) giderimi. Tablo Haval, havas z ve fakültatif stabilizasyon havuzlar için tasar m parametreleri (5). Parametre Haval Fakültatif Havas z Hidrolik Kal süresi, gün Su derinli i, m BOI 5 yükü, kg/ha.gün Çözünmü BOI 5 giderimi,% Toplam BOI 5 giderimi,% Alg konsantrasyonu, mg/l Ç k AKM, mg/l , ç k ta yüksek alg konsantrasyonundan dolay toplam BOI 5 giderimi dü üktür Havuz Ekosistemini Etkileyen Faktörler Havuz projelendirilmesini etkileyen çe itli faktörler, a a da verilmektedir: At ksu özellikleri ve de i imi Çevresel faktörler (radyasyon, k, s cakl k ve bunlar n de i imleri) Alg büyüme modeli, bunun günlük ve mevsimsel de i imi Bakteri büyüme modelleri ve ölme h zlar Ak m nhidrolik rejimi Buharla ma ve s zma Kat madde çökelmesi, s v la ma, gazla ma, a a dan yukar difüzyon ve çamur birikimi Ortak yüzeylerde gaz transferi Simülasyon yapmak için, kütle denge denklemlerinin kullan ld matematiksel modellerden yararlan l r. 159

168 ekil Stabilizasyon havuz sistemleri için baz tipik yerle im biçimleri (3) 5.12 Haval At ksu Ar tma Sistemleri Özelliklerinin Özeti Tablo 5.20de at ksu ar tma sistemleriyle ilgili önemli parametreler (alan, enerji gereksinimi, ve verimlilik) verilmektedir. Bu tablodaki de erler belli bir durumda seçim yaparken bir ön yakla mda bulunmak amac yla kullan labilir. Projelendirmede daha detayl hesap metotlar kullan lmaktad r. Ar tma metodu seçilirken BOI giderimi önemli olmakla birlikte tek parametre de ildir. Birçok durumda azot ve fosfor gibi besi maddeleri ile koliform ve helminitler (ba rsak solucanlar ) gibi organizmalar n giderimine de en az BOI giderimi kadar önem verilmelidir. Göz önünde bulundurulmas gereken di er faktörler ise kötü koku potansiyeli, çamur i leme zorluklar, emniyetli verim ve di er i letme özellikleridir. 160

169 Tablo 5.20, Farkl at ksu ar tma metodlar nda ar t m verimlerinin kar la t rmas Ar t m BOI % Azot % Fosfor % Koliform % Helminit % Arazi ihtiyac, Enerji gereksinimi, Uzun havaland rmal AÇ m 2 /ki i 0,15-0,2 KWsaat/ki i-y l Konvansiyonel aktif çamur Konv.damlatm al filtre Fakültatif haval lagun (a) (a) (a) ,2-0,25 0,2-0,3 0,3-0, HÇYR Evet 0,15-0,2 Yok Stabilizasyon havuzu ,9 Evet 1-2,8 Yok Arazide ar tma/sulama Yok (a) kontrollü i letme ile ilave besin (azot+fosfor) giderimi sa lanabilir. 161

170 Tablo Farkl at ksu ar tma metodlar n n i letme ve ekipman aç s ndan kar la t rmas. Ar t m Çamur i leme Ekipman(*) letme özellikleri Nüfusun birim maliyete Ay r c özellik Uzun havaland rmal AÇ Çürütme yok,kurutma veya susuz la t rma Havaland r c,pompa,ça mur s y r c Aktif.ç.dan basit etkisi Küçük Yüksek BOI giderimi ve nitrifikasyon, enerji iht.fazla, küçük-orta ölçekli i letmeler Konvansiyone l Aktif çamur Çamur çürütülür,ku rutulur veya susuzla t r l r Havaland r c,pompa, s y r c,çürüt ücü,gaz ekipmanlar Tecrübeli i letme gerekir Oldukça fazla Fazla ekipman, tecrübeli i letme iht., büyük i letmeler için uygun Konv.damlat mal filtre Çürütme, ku rutma veya susuzla t r ma Filtre kollar, pompa,s y r c,yo un la t r c, gaz ekipmanlar Tecrübeli i letme gerekir Oldukça fazla Fazla ekipman, tecrübeli i letme iht., Aktif çamura göre az enerji iht. Fakültatif haval lagun 5-10 y lda bir elle temizleme havaland r c Basit Az Enerji iht. Aktif çamura benzer, in aat ve i letme daha kolay, Geni letme veya yer de i tirme kolay HÇYR kum yataklar nda kurutma veya susuz la t rma Yok(enerji üretilecekse gaz toplay c ) Aktif çamurdan daha basit Az Minimum enerji iht., ekonomik, arazi iht.az Stabilizasyon havuzu Arazide ar tma/sulama 5-10 y lda bir elle temizleme çamur problemi yok * zgaralar ve kum tutucular hariç Yok Yayma ekipmanlar veya damlatma sistemleri En basiti - Çok az Çok az En basit ar tma metodu,enerji iht.yok, Çok alan gerektirir Bitki ve da t m sistemine ba l ön ar t m gerektirir,elde edilecek mahsul masraflar fazlas yla kar lar 162

171 5.13. Küçük At ksu Ar tma Sistemleri Genel Özellikler Dü ük nüfus 1000 veya daha az ki iden olu an topluluk için tan mlanmaktad r. Böyle bölgeler için at ksular n merkezi toplama ve ar t m nda, finansal, teknik ve stratejik problemlerle kar la lmaktad r. Bu tür durumlarda kar la lan temel problemler, S k de arj standartlar, Yüksek sistem maliyeti K s tl yat r m, i letme ve bak m bütçesi olarak özetlenebilir. De arj Standartlar Çevreyi korumak amac yla, hem büyük hem de küçük ar tma sistemleri için de arj de erleri ayn d r. Sonuç olarak küçük sistemler de de arj kriterlerini sa lamak amac yla yüksek bir ar t m veriminde i letilmelidir. Bunun için de belli bir ekonomik girdinin olmas gerekir. Yüksek Sistem Maliyeti Klasik ar tma sistemleri büyük boyutlu olmas ve in aat maliyetinden dolay, küçük yerle im yerleri için ekonomik olmayabilir. Örne in 1000 ki ilik nüfusta ki i ba na dü en maliyet, 100,000 ki ilik nüfusta ki i ba na dü en maliyetten 2 ila 4 kat daha fazlad r. K s tl Finansman Küçük yerle im birimlerinde ar tma sisteminin giderlerini kar lamak a a da belirtilen nedenlerden dolay zordur; Dü ük Gelir: Küçük yerle im birimlerindeki halk n gelir seviyesi genellikle büyük ehirdekinden daha dü üktür. Bu bölgelerdeki yoksulluk seviyesi de daha yüksektir. Di er taraftan, özellikle Büyük ehirlerin hemen yan nda az nüfuslu ancak zengin yerle im birimlerine de rastlanabilir. Konut Vergisi: Ticari ve endüstriyel vergi girdisinin az oldu u nüfusu küçük bölgelerde ev sahipleri verginin büyük bir k sm n kar lamak durumundad r. Maliyet: Küçük yerle imlerin sermaye piyasas na girmesi zor oldu undan kaynak ve kar girdisi dü üktür. Bu nedenle daha yüksek faiz ödemek durumundad rlar. Ticari K s tlari: Ticari hareketlili in azl nedeniyle zay f bir ekonomi vard r. K s tl letme ve Bak m Olanaklar Küçük yerle im bölgelerinde ço u kez ar tma sistemlerinin i letilmesi için gerekli olan ekonomik kaynak ve teknoloji k s tl d r. Problem genellikle tasar m, yetersiz dan manl k hizmeti, proje yönetimi, hesaplama, ücretlendirme, i letme ve bak mdan kaynaklanmaktad r. Ar tman n sistem bütünlü ü dahilinde tamamlanabilmesi için bu 163

172 problemleri a mak gerekir. Örne in bu a amada ar tma sistemi operatörü için gereken ücret büyük bir ihtimalle bölgenin belediye ba kan n n maa n bile a abilir. Tam oturmam bölgelerde, bu tip sosyal problemler çözümsüz kalabilir. Bu bölgeler için farkl özel çözümler üretmek gerekir. Küçük Sistemlerde Debi ve At ksu Karakteri Küçük sistemlerde debi ve at ksu karakteri, büyük sistemlere k yasla daha büyük farkl l klar gösterir. Böylece, tahmin edilen at ksu debi ve karakterini bilmek etkili tasar m çal mas için temel te kil eder. At ksu Debisi Ortalama at ksu debisi genellikle L/ki i.gün olarak verilir. Ancak bu tipik de erler büyük yerle im bölgelerinde ticari ve endüstriyel tesislerinden kat l m ve s z nt suyu girdilerinden dolay beklenenden daha yüksektir. Çe itli yerle imler için ki i ba na tahmin edilen debiler Tablo 5.22de verilmektedir. Ancak merkezi kanalizasyonun olmad yerle imlerdeki tipik debi de eri 210 L/ki i.gündür. Tablo 5.22 Tek aileli konuttan kaynaklanan at ksu debisi (1). Yerle im tipi Debi, L/ki i.gün Aral k Tipik Müstakil ev Dü ük gelir Orta gelir Yüksek gelir Apartman ve ortak apartman At ksu Karakteri Tablo 5.23te günde ki i ba na de arj edilen d k ve idrar miktarlar verilmektedir. Konuttan kaynaklanan tipik at ksu karakteri Tablo 5.24te verilmektedir. Tablo 5.23 Günlük insan d k s n n tipik de erleri (2). Kirletici Birim De er Aral k Tipik D k g/ki i.gün drar L/ki i.gün

173 Tablo Özel konutlardan kaynaklanan at ksu karakteri ve debi de erleri (2) Kirlilik Debi, De er g/ki i.gün Birim Aral k 2 Tipik 3 BOI mg/l AKM 1 90 mg/l NH 3, N olarak 3.2 mg/l Org.N, N olarak 9 mg/l TKN, N olarak 12.2 mg/l Org.P, P olarak 1.4 mg/l norg.p, P olarak 2.7 mg/l Gres mg/l Toplam Say /100mL Koliform S cakl k o C PH Mutfat at klar hariç, Mutfak at klar n n dahil olmas durumunda, BOI= 99 g/ki i.gün, AKM= 117 g/ki i.gündür. Nütrient de erleri ayn kal r L/ki i.güne göre de erler L/ki i.güne göre de erler Küçük At ksu Ar tma Sistemi Tipleri Küçük at ksu ar tma sistemleri, L/gün ile 380 m 3 /gün aral ndaki at ksu debileri için boyutland r labilir. Küçük yerle im bölgelerinde (1) kanalizasyona ba l olmayan özel konut ve küçük yerle imler, (2) kanalizasyona ba l küçük yerle imler için ar tma sistemi tipleri verilmi tir. a) Kanalizasyon Ba lant s Olmayan Bölgeler için At ksu Yönetim Seçenekleri Özel konut ve di er küçük bölgelerin at ksu ar t m ve de arj genellikle yerinde yap l r. Alternatif seçenekler Tablo 5.25te verilmi tir. Arazide çe itli sistemler olmas na ra men en bilinen yöntem at ksuyun fosseptik tank nda k smi ar t m ve ç k n araziye toprak yüzeyi alt ndan verilmesi eklindedir ( ekil 5.22). 165

174 Tablo 5.25 Kanalizasyonun olmad bölgeler için at ksu yönetim seçenekleri (2) At ksu kayna At ksu ar tma sistemleri At ksu uzakla t rma Özel konut Birle ik At ksu Siyah su Gri su Halka aç k tesisler Ticari Kurulu lar Birinci kademe ar t m Fosseptik mhoff tank kinci kademe ar t m Anaerobik/Aerobik üniteler Aerobik üniteler Aral kl kum filtre Geridevirli granüler filtre Sulakalanlar Geri kullan ml ar tma sistemleri Arazide tutma Depolama tank Özel yerler Yüzeyin alt nda uzakla t rma Uzakla t rma alan S zd rma yata S kum filtresi Yapay toprak y n ndan s zd rma sistemleri Buharla t rma/s zd rma yataklar Damlatmal filtre uygulamalar Buharla t rma Sistemleri Buharla t rma yata Buharla t rma hende i Sulak alanlar ( Batakl k) Su ortam na de arj Yukar dakilerin birle imi Meskun bölgeler d ndaki uzakla t rma alanlar nda bir çok alternatif teknikler geli tirilebilir. Bunlar n içinde en verimlisi kesikli beslenen geri devirli granüler filtrelerdir. Kesikli kum filtreler, yüksek verim, güvenirlilik ve nispeten dü ük maliyet nedeniyle tek konutlu yerle imlerde oldukça yayg n kullan l r. Geri devirli kum filtreler daha büyük debiler için kullan l r. Tam geri devirli (kazanmal ) sistemler ticari binalar için geli tirilmi tir. Arazide de arj sistemi kurulamam sa ar t lm su depolama tank nda tutulur. ekil 5.22 Fosseptik ve kesikli cazibeli ak l uzakla t rma alan ndan klasik arazide ar tma sistemi (2) 166

175 b) Kanalizasyonlu Bölgeler için At ksu Yönetim Seçenekleri Özel konut alan n n çok dar olmas veya nihai uzakla t rma için arazi ve zemin yap s n n uygun olmamas durumunda küçük bir toplama sistemi kurulur. Bu sistemler, 1) At ksuyun herbir yerle imden toplanmas, 2) Ar t lmas ve 3) Ar t lm suyun de arj sisteminden olu maktad r. Toplama sistemi tipleri; Klasik cazibeli ak l kanal, Küçük çapl de i ken e imli cazibe ak l kanal, Küçük çapl bas nç ve vakumlu kanal sistemleridir. Toplama sistemi seçimi, genellikle bölgenin topografyas ve maliyet unsurlar na göre belirlenir. Küçük ev siteler için büyük fosseptik tank kullan labilir. mhoff tank pahal oldu undan günümüzde kullan m oldukça azd r. Baz bölgelerde fosseptik, kat maddeleri çöktürmek ve ya &gresi ay rmak için kullan l r. Yüksek ar tma verimi gereken durumlarda geri devirli kum filtresi, fosseptik ile birlikte kullan l r. Daha yüksek debiler için paket biyolojik ar tma sistemi veya özel tasar mlanm tesisler kullan l r. Küçük tesislerde ar t lm su de arj önceden belirlenmi arazilere yap labilir Kanalizayonun Olmad Bölgelerde Özel Konut ve Di er Yerle imler için Arazide Ar tma Sistemleri Küçük yerle im alanlar nda kullan lan ar tma sistemleri; fosseptik, ya tutucu, imhoff tank, uzakla t rma arazisi, uzakla t rma yata ve çukuru, kesikli kum filtresi, geri devirli kum filtresi, bas nçl s kum hende i uzakla t rma alan, tümsek toprak sistemler (mound system), tam geri devirli üniteler, gri su sistemleridir. Fosseptik Tank ematik olarak ekil 5.23te verilen fosseptik prefabrike olup, çöktürme ve s y rma i lemlerini birlikte yapabilen, kar t rma ve s tmas z anaerobik çürütücü bir tankt r. Fossepti in en eski kullan m 1860l y llarda Fransaya kadar gitmektedir. Günümüzde yayg n olarak beton veya CTP fosseptikler ba ar yla kullan lmaktad r. Bu tür tanklar ayn zamanda su s zd rmas z ve sa lam bir yap da olmal d r. Bu nedenle kurulmadan önce ve sonra s zd rmazl k ve yap sal sa laml k kontrolü yap lmal d r. Tankta, içini bölmelere ay ran perdeler, kolay kontrol ve temizleme amac yla da kontrol bacas bulunur. Ya -gres ve di er hafif maddeler köpük ile birlikte yüzeyde toplan r. Böylece çöktürülmü ve yüzeyi s yr lm at ksu, köpük ve çamur tabakas aras ndan geçerek ya araziye ya da ba ka bir ar t m ünitesine de arj edilir. Tank n dibinde kalan organik maddeler fakültatif ve anaerobik olarak parçalanarak CO 2, CH 4 ve H 2 S gibi daha kararl bile iklere dönü ür. 167

176 ekil 5.23 Tipik fosseptik; a)klasik iki bölmeli tip, b) Elekli tek bölmeli tip (2). Fosseptikte olu an H 2 S biriken çamurdaki metal ile birle erek çözünmez metal sülfürler olu turdu undan, genellikle koku problemi olmaz. Biriken kat madde hacmi anaerobik çürüme sonucu sürekli azalsa bile, tankta gene de net bir çamur birikimi olacakt r. Olu an gaz ile birlikte tank n taban ndan yüzeye ç kan maddeler köpük tabakas n n alt na yap arak kal nl n artt r r. Çamur ve köpü ün uzun süreli birikimi sonucu tank n etkili hacminde azalma görülece inden tank belli aral klarla bo alt lmal d r. 168

177 Ya ve Gres Tutma Tank Lokanta, çama rhane ve benzin istasyonlar ndan kaynaklanan at ksular yo un olarak ya - gres ve deterjan içerirler. Ya ve gresin fosseptiklere girmesine izin verilmesi durumunda, büyük olas l kla ç k suyu ile birlikte al c toprak ortam na de arj olacakt r. Ya ve gres ask da kat ile beraber toprak yüzeyinde birikerek, topra n geçirimlili ini de azaltacakt r. Ya tutucuda at ksu so utularak gresin kat la mas sa lan r, daha sonra gres yüzdürülerek at ksudan ayr l r. Etkili bir yüzdürme için hidrolik kal süresinin 30 dakikadan daha fazla olmas gerekir. Birçok ticari ya -gres tutucu bulunmas na ra men, hidrolik süresinin yetersiz olmas nedeniyle verimli olduklar kan tlanmam t r. Ya -gres tutucu olarak kullan lan klasik fosseptiklerin verimli ve etkin olduklar kan tlanm t r. Ancak fosseptikler ya -gres tutucu olarak kullan ld nda tank yap s nda baz de i iklikler gerekebilir. Ya -greste etkili ar t m için büyük hacimli fosseptikler uygundur. Çama rhane at ksular nda kuma parçalar n n da bulunmas de arjda ciddi problemlere yolaçabilir. Bu durumda ç k at ksu kanal na elek yerle tirilmesi önerilir. mhoff Tank mhoff tank nda çökebilen kat lar n giderilmesi ve anaerobik çürütülmesi fosseptikle benzerlik gösterir. Ancak imhoff tank fark iki bölmeli olup, çöktürme üst bölmede, anaerobik çürüme ise alt bölmede gerçekle ir ( ekil 5.24). ekilde de görüldü ü üzere kat lar çöktürme bölümünün taban ndaki aç kl ktan çürütme için alttaki s tmas z bölüme geçerler. Burada olu an gaz havaland rma bacas ndan ç kar. Gaz ç k ve çamur kabarmas, çöktürme bölümü taban ndaki özel ç k nt dolay s la önlenmi olur. 169

178 ekil Küçük yerle imler için imhoff tank ; a) plan, b) kesiti (2) At ksu Uzakla t rma Alan Fosseptik veya di er küçük ar tma sistemlerinden ç kan ar t lm suyun nihai ar t m, arazi yüzeyinde zeminde adsorpsiyon yoluyla sa lan r. Zeminde adsorpsiyon sistemi: içi gözenekli madde(genellikle çak l ta, ekil 5.25) ile doldurulmu dar ve s ( m) hendeklerdir. Gözenekli madde kullan lmas n n ba l ca nedenleri; Uzakla t rma alan n n alt yap s n olu turmak, Ç k ak m nda k smi bir ar t m sa lamak, Ç k suyunu s zd rmal toprak yüzeyine da tmak ve 170

179 Hendekler su ile dolmad zaman azami debilerde geçici depolama görevini görmektir. ekil Foseptik ç k n zemine s zd rma hende i plan ve kesiti (2) Fosseptik ç k uzakla t rma alan na, cazibeli olarak, kesikli pompalama veya sifonla dozlan r. Uzakla t rma arazisine de arj edilen fosseptik ç k öncelikle hendek yan duvarlar ndan topra a s zar. Ç k suyu toprak yüzeyini geçtikten sonra doymam (vadoz) tabakaya girer. Bu bölgedeki ak, zemin yap s na ba l d r. At ksu, zemin taneci inin üzerinde ve bo luklarda yerçekimi kuvvetinin tersi yönünde hareket edebilir (kapiler yükselme). 171

180 Ar t lm su vadoz tabakadan sonra yer alt suyuna veya en yak n su tabakas na do ru hareket eder. Yer alt suyu ak, toprak geçirgenli ine ba l olarak yatay veya dikeydir. Gözenekli alandaki ar tma fiziksel, biyolojik ve kimyasal mekanizmalar n birle imidir. Gözenekli ortam sürekli su alt nda kalmas halinde bat k (submerged) anaerobik filtre, periyodik uygulamalarda ise aerobik damlatmal filtre gibi davran r. Kesikli Beslemeli Kum Filtresi Konum ve yerel artlar fosseptik ve uzakla t rma alan n n kullan m için uygun olmayabilir. Bu gibi durumlarda at ksu ar t ld ktan sonra kum filtreye verilir. Ar t lmam fosseptik ç k n n ya murlama yoluyla verilmesi koku ve çevresel problemi dolay s yla uygun de ildir. Kesikli kum filtresi s kum yata olup ( mm) yüzeyde da t m ve altta drenaj sistemine sahiptir ( ekil 5.26). Fosseptik ç k kum yata yüzeyine belli aral klara verilir. Ar t lan su, filtrenin taban ndaki drenaj sisteminde toplan r. Filtre ç k suyu uzakla t rma alan na veya dezenfekte edildikten sonra yüzey sular na de arj edilir. Kum filtrelerinin ço u zemine gömülü olmas na ra men aç kta da yap labilirler. ekil 5.26 Kesikli kum filtrelerinin tipik emas ; a) plan, b) kesit (2) Kum filtresinde ar t m fiziksel, kimyasal ve biyolojik ar t m mekanizmalar n içerir. Ask da kat lar, prensipte temas süresi ve çökelmeye ba l olarak mekanik süzme ile giderilir. Bakteriler, kum tanecikleri aras nda tutunurlar. Bu nedenle BOI giderimi ve nitrifikasyon 172

181 reaksiyonlar haval (aerobik) artlar alt nda meydana gelir. Anaerobik artlar alt nda denitrifikasyon da gerçekle ir. Baz özel bile ikler kimyasal ve fiziksel sorpsiyon ile giderilir. Bu filtrelerde yüksek verim sa lamak için aerobik artlar olu turulmal d r. Kesikli besleme ve havaland rma filtrede aerobik artlar sa layacakt r. Toprak Y n ndan S zd rma Sistemi Toprak y n ndan s zdr ma sistemi, temelde kesikli kum filtresi olup, fark zemin yüzeyi üzerinde yapay olarak olu turulan bir y n içerisinde yüzeye yerle tirilmesidir ( ekil 5.27). Zemin yüzeyi üzerinde yapay bir hendek veya yatak in a edilir. Fosseptik ç k, çak l tabaka üzerine yerle tirilen bas nçl da t m sistemi vas tas yla bu yata a pompalan r. Engelleyici bariyer çak l tabaka üzerine yerle tirilir ve üzeri toprak ile örtülür. Bu sistem özellikle; Topra n geçirgen ve yer alt su tabakas n n s Alt katmanlar n çok gözenekli E imin %12den az Topra n çok yava geçirimli oldu u yerlerde uygulan r. Toprak geçirimlili inin az oldu u yerlerde bu sistemin kullanl mas durumunda biriken drenaj sular uzakla t r lamaz. ekil 5.27 Fosseptik ç k için kullan lan, topra geçirgen ve yüksek yer alt suyu veya s k r k kaya tabakas için kullan lan tipik y ndan s zd rma sistemi (2) Geri Kullan ml Ar tma Sistemleri Evsel at ksular n ar tmak için geli tirilmi bu sistemde ar t lan su, tuvalet sifon suyu olarak tekrar kullan lmaktad r. Her bir ünite üç ar tma ad m ndan olu maktad r; At ksudaki kat lar toplan r ve aerobik ar t ma tabi tutulur, Biyolojik ar tma ç k, bakiye organik, mikroorganizma ve ask da kat lar n ar t l d kendi kendini temizleyen ultrafiltrasyon sisteminden geçirilir ve Son ad mda ç k suyu aktif karbon kolonundan geçirilir ( ekil 5.28). 173

182 Ultrafiltrasyon ad m nda ar t lan maddeler ileri ar tma için birinci proses ad m na geri verilebilir. Karbon filtresi ç k, sifon suyu olarak kullan lmadan önce ozon ile dezenfekte edilir. Bu sistemler oldukça pahal olmalar na kar l k, kanalizasyonun olmad ofis binalar nda ve evsel amaçl su temininin zor oldu u durumlarda kullan l r. ekil 5.28 Geri kullan ml tam ar tma sisteminin tipik ak diyagram (1) Gri Su Sistemi Gri su, tuvaletler hariç, su ile çal an alet ve ekipmanlar ile ev halk ndan kaynaklanan s v ve kat lar içeren at ksu olarak tan mlan rlar. Siyah (black water)) su ise ço unlukla tuvaletten kaynaklanan su ve kat lar içeren at ksu olarak tan mlan r. Ar tma sisteminde yükü azaltmak amac yla gri su siyah sudan ayr l rarak basit bir ön ar tmadan sonra çe itli maksatlar için kullan labilir. UYGULAMALAR Problem 5.1: Aktif çamur proses analizi. Debisi m 3 /gün olan ve ortalama 250 mg/l BOI içeren bir kasaban n evsel at ksular bir aktif çamur sisteminde ar t lacakt r. Ç k BOI 5 konsantrasyonu 20mg/lden az olmak üzere, s cakl 20 o C kabul ederek a a daki artlar sa layacak tesisi boyutland r n z. 1. Giri teki UKM ihmal edilebilir. 2. Geri dönü çamur konsantrasyonu = mg/l AKM = mg/l UKM 3. Tam kar mdaki (uçucu ask da kat ) UKM= 3,500mg/ = 0,80 x toplam AKM 174

183 4. Çamur ya c = 10 gün 5. Reaktörün hidrolik rejimi = tam kar ml 6. Kinetik katsay lar, Y = 0,65, k d = 0,06 gün -1, s cakl k 20 o C 7. Kabuller: ç k suyu 20 mg/l biyokütle içerecek, bunun %80i uçucu, %65i biyolojik parçalanabilen yap dada r. Nihai BOI den BOI 5 e dönü üm faktörü 0,68 al nacak, K= 0,1 gün At ksu mikroorganizma büyümesi için gereken miktarda azot, fosfor ve di er eser besi maddelerini içermektedir. Çözüm: 1. Ç k ta çözünmü BOI de eri = çözünmü BOI + ç k taki biyokütlenin BOI de eri 20 = S + 20 (0,65) (1,42) (0,68) S = 7,4 mg/l çözünmü BOI 5 Biyolojik ar tma verimi; E S 250 7, ,97 Sistemin toplam verimi; E S ,92 2. Reaktör (havalnd rma havuzu) hacminin hesaplanmas : YQ XV 1 V S0 S kd C 0, ,06 C ,4 V = 5632 m 3 3. Mikroorganizma ço alma h z n n hesaplanmas : a) Gözlemlenen biyokütleye dönü üm verimi; Y göz Y k 1 d C 1 0,65 0,06 10 b) Biyokütle ço alma h z ; Y g C S 0 S 0, , kgukm/gün 175

184 4. Reaktörden biyokütle uzakla t rma h z n n hesaplanmas. Q e = Q ve ç k UKM = 20 x 0,80 = 16 mg/l al narak: a) Havaland rma havuzundan at lan (çekilen) çamur debisi: C Q W Vr X X Q X e e 10 Q W ,8 Q w 472 m 3 /gün b) Geri dönü hatt ndan uzakla t rma (çekilme) h z n n hesaplanmas C Q W Vr X X Q X e e 10 Q W Q W 472 m 3 /gün 5. Giri teki ask da kat konsantrasyonunu ihmal ederek reaktörde kütle dengesi hesab ndan geri devir oran n n hesaplanmas : X = mg/l X r = mg/l X (Q + Q r ) = X r (Q r ) Q r /Q = R = 0,78 6. Reaktör havuzundaki hidrolik bekleme süresinin hesaplanmas, = V/Q = 5.632/ = 0,28 gün = 6,7 saat 7. Substrat kullan m h z, F/M oran ve hacimsel yük kontrolü: a) özgül substrat kullan m (BOI giderim) h z : U S 0 S X U 250 0,28 7, ,25 b) F/M oran n n hesaplanmas, 176

185 M S X F 0 U 250 0, ,255 c) Hacimsel yükün (L V ) hesaplanmas : L V Q S0 V ,90 kg BOI 5 /m 3 gün Problem 5.2: Plastik dolgulu bir damlatmal filtrenin çap ve derinli i s ras ile 10m ve 6,1 olup a a da özellikleri verilen ön çökeltme uygulanm evsel at ksular ar t lmaktad r. (a) Hacimsel BOI ve TKN yüklerini bulunuz. (b) Özgül TKN yükü ne kadard r. (c) T=20 o Cdeki takribi BOI giderim verimi ne kadard r. (d) Bu artlarda nitrifikasyon olmas beklenirmi. Ön çökeltme ç k özellikler: Çözüm: a) Hacimsel yüklerin hesab : 10 2 V 6,1 479 m 3 4 Q S L BOI LTKN 0 V , Parametre De eri Q (m 3 /gün) BOI (mg/l) 120 AKM (mg/l) 80 TKN (mg/l) 25 1kg BOI/m 3 gün 0,21kg TKN/m 3 gün b) L BOI =1 kg BOI/m 3 gün, T=20 o C de plastik dolgulu D.Flerin beklenen verimi a a daki grafikten ~%82 olarak bulunur. 177

186 c) L BOI =1 kg/m 3 gün > 0,3 oldu unda nitrifikasyon gerçekle emez. d) Plastik dolgu malzemesi özgül yüzeyi S a =90 m 2 /m 3 al narak özgül TKN yükü, , ,3 g TKN/m 2 -g bulunur. Problem 5.3: Bir kasaban n ön çökeltme uygulanm (BOI = 200 mg/l) evsel at ksular iki kademeli ta dolgulu damlatmal filtre sisteminde ar t lacakt r. Filtre ç k suyundaki BOI 25 mg/l olacakt r. Her iki filtrenin derinli i 1,83 m ve geri devir oran 2 oldu una göre gerekli filtre çaplar n bulunuz. (Debi = m 3 /gün, T=20 o C, filtre BOI giderme verimleri E 1 =E 2 al nacakt r) Çözüm: 1 Gerekli filtre verimlerinin hesab : E top 0, E 1 1 E1 E2 0,875 E 0,65 1 E 2 2 Geri devir faktörü: NRC formülüne göre, 1 R F 2 1 R lk filtrenin BOI yükü: ,08 W1 Q S , kg BOI/gün 178

187 4 lk filtrenin hacmi: 100 E1 (NRC formülü) W1 1 0,4432 V F 100 0,65 V ,4432 V 2, V A H A 260 m 2 (D 18,0m) 1,83 5 kinci kademe filtrenin BOI yükü: m 3 W 2 1 E1 W1 1 0, kg BOI/gün 6 kinci filtrenin hacmi, benzer yolla: V = m 3, A = 735 m 2, D = 31 m n aat kolayl bak m ndan, hidrolik yük s n r a lmamak üzere bu tür filtrelerin e it çapl yap m yoluna gidilir. Ancak bu durumda BOI giderim verimleri e it olmayacakt r. 179

188 KAYNAKLAR (1) Metcalf & Eddy, Wastewater Engineering, Treatment, Disposal and Reuse, McGraw-Hill internationaleditions, Third Edition. (2) Recep leri, Çevre Biyoteknolojisi, De i im yay nlar, (3) Soli J. Arceivala, Çevre Kirlili i Kontrolünde At ksu Ar t m, Tata McGraw Hill Publishing company limited. (4) Y lmaz Muslu, Çevre Mühendisli inin Esaslar, 1. Bask, stanbul TÜ. (5) Syed R.Qas m, Wastewater Treatment Plants, Planning, Design, and Operation, Technomic publication. (6) Derin Orhon, N. Artan, Modelling of Activated Sludge Systems, Technomic Publishing Company (7) L. Grady, G.T. Daigger and H.C. Lim, 1999.Biological Wastewater Treatment, Marcel Dekker Inc. 180

189 6. LER ATIKSU ARITIMI Klasik ar tma sistemleri ç k nda ar t lm at ksuda kalan AKM, çözünmü madde, organik maddeler vb. gibi kirleticilerin de ar t m ilave ar tma sistemlerini gerektirmekte olup bu sistemlere ileri ar tma sistemleri denmektedir. Bu kirleticiler organik maddeler, ask da kat maddeler, inorganik maddeler (Ca, K, SO 4, fosfat, nitrat vb.) veya kompleks sentetik organik bile ikler olabilmektedir. Sözkonusu bile iklerin ço unun çevre üzerine etkileri bilinmektedir. Son y llarda özellikle zehirli bile iklerin çevreye etkileri ise klasik ve ileri ar t ma sistemlerindeki ar t m mekanizmalar ara t r lmaktad r. Tablo 6.1den de görüldü ü gibi baz bile iklerin çevreye de arj n n önemli kirlilik problemlerine yol açt görülmektedir. Ar t lm at ksuda geriye kalan bile iklerin çevredeki potansiyel etkisi de arj ortam na göre önemli de i iklikler gösterir. Her ne kadar ask da kat ve biyolojik olarak parçalanabilen organiklerin ar t m için klasik ikinci kademe ar tma sistemleri yeterli olsa da de arj n göl, nehir, dere veya hassas bölgelere yap lmas durumunda daha fazla ar t m gerekmekte, bu da ileri ar tma sistemlerinin ilavesini zorunlu k lmaktad r. Örne in, at ksudaki azot (N) ve fosfor (P)un al c ortamlarda ötrifikasyonu h zland rd ve sucul büyümeyi art rd görülmü tür. Bu nedenle azot ve fosforun kontrolü ve de arj nda s n rland r lmas önem kazanm t r. 6.1 leri At ksu Ar tma htiyac At ksuda bulunan bile iklerin bilimsel olarak tespiti, geni leyen bilgi a na ula m ve çevre izleme çal malar, ar t lm at ksuyun de arj limitlerinin daha s k ve s n rlay c olmas na yol açm t r. Birçok yerde de arj limitleri ikinci kademe ar t m sistemlerinde ar t lamayan organik maddenin, (ask da kat n n, besi maddelerinin (N ve P) ve öncelikli kirleticiler) ar t m n gerektirebilir. Dünyada kullanma suyunun s n rl oldu u yerlerde ar t lm at ksuyun tekrar kullan m giderek önem kazanmaktad r Ar t lm At ksudaki Art k Maddeler Evsel at ksuyun tipik özelli i bilinmekle birlikte, rutin olarak ölçülmeyen ancak geni bir de i im aral bulunan baz eser elementler ve bile ikleri de mevcuttur. At ksuda bulunan bu bile iklerin çevreye de arj durumunda Tablo 6,1de de belirtildi i gibi baz problemlerle kar la t r labilir Art klar n Etkileri Ar t lm at ksudaki bakiye (kal nt ) maddelerin potansiyel etkileri de i iktir. Baz maddelerin etkileri ve kritik konsantrasyonlar Tablo 6.1de verilmektedir. Ask da kat ve biyolojik olarak parçalanabilen organikler için ikinci kademe sistemi gerekmese bile, özel durumlarda (küçük göl ve akarsular veya hassas su ortamlar ) bu kirleticiler için ek ar tma gerekebilir. 181

190 At ksudaki azot ve fosforun de arj, göllerde ötrifikasyonu h zland rd ndan ve sucul büyümeyi artt rd ndan dolay önemli olmaya ba lam t r. At ksuyun nitrifikasyonu, al c su ortam nda amonyak toksisitesini azalt r ve oksijen tüketimini önler. 1980lerin ba ndan beri otoriteler öncelikle uçucu organik bile ikler (VOC s ) ve baz öncelikli kirleticiler üzerine yo unla m lard r. Bu kirleticilerin insan ve su hayat na toksik etkilerinin oldu u bulunmu tur. Tablo 6.1 Ar t lm at ksuda bulunabilecek maddeler ve etkileri (1). Bile ikler AKM Etkileri Çamur birikimine neden olur, al c ortamda bulan kl k yarat r. Kritik konsantrasyonlar mg/l De i ken Biyolojik olarak parçalanabilen organikler Uçucu organik bile ikler Öncelikli kirleticiler Besi maddeleri Amonyak Nitrat Fosfor Di er inorganikler Kalsiyum ve magnezyum Klorür Al c ortamda çözünmü oksijen konsantrasyonunu dü ürebilir. nsanlarda toksik etki yapar, kanserojeniktir, fotokimyasal oksidanlar olu turur. nsanlar için toksik, kanserojen Su canl lar için toksik Klorür ihtiyac n artt r r, proseste nitrata çevrilebilir, oksijen kayna n azalt r, fosfor ile birlikte istenmeyen sucul büyümeyi geli tirir, Bal klar için toksiktir. Alg ve sucul büyümeyi te vik eder Bebeklerde metemoglobinemia (blue babies) hastal na sebep olur. Alg ve sucul büyümeyi te vik eder. Koagülasyonu engeller Kireç-soda yumu akl n engeller Sertli i ve toplam çözünmü kat maddeyi artt r r, Tuzlu tat verir, Tar msal ve endüstriyel prosesleri engeller, Müshil etkisi yapar Köpüklenmeye neden olur, koagülasyonu etkiler De i ken Bile i in yap s na göre de i ir. Bile i in yap s na göre de i ir. Suda, biotada veya sedimentte bulunma durumuna göre farkl Herhangi miktar De i ken 0, , ,2-0,4 0, Sülfat Di er organikler Yüzey aktif maddeleri 1 Durgun ve hareketsiz göllerde

191 6.2 leri At ksu Ar t m için Kullan lan Ar tma Teknolojileri Özellikle son 20 y lda birçok ileri ar tma teknolojisi geli tirilmi ve uygulamaya sokulmu tur. Bu Bölümde bu sistemlerin s n fland r lmas yap lacak ve verimleri incelenecektir Teknolojilerin S n fland r lmas leri at ksu ar tma sistemleri temel i lem ve proseslerine veya uygulanan ar tma prensibine göre s n fland rabilirler. Bu i lem ve proseslerin k yaslanmas n kolayla t rmak için a a daki hususlar dikkate al n r. Ar tman n amac, Beklenen fonksiyonu gerçekle tirmek için kullan lan i lem ve proses tipi, Ar t lan at ksu özelli i ile ilgili bilgiler Tablo 6.2de verilmektedir. Tablo 6.2. leri at ksu ar tma i lem ve prosesleri ile kirlilik giderimi (1). Giderim prensibi lem veya prosesin tan m Ar t lm at ksu tipi Ask da kat madde giderimi Filtrasyon Mikroelek BAÇ, AÇ AÇ Amonyak oksidasyonu Azot giderimi Nitrat giderimi Biyolojik fosfor giderimi N ve Pnin birlikte giderimi Fiziksel ve kimyasal metotlarla azot giderimi Kimyasal ilavesi ile fosfor giderimi Toksik bile ik ve refraktör(kararl ) organiklerin giderimi Biyolojik nitrifikasyon Biyolojik nitrifikasyon/ Denitrifikasyon Ayr basamak biyolojik Denitrifikasyon Ana ak mda fosfor giderimi Yan ak mda fosfor giderimi Biyolojik nitrifikasyon/denitrifikasyon ve fosfor giderimi Hava ile s y rma Klorlama k r lma noktas yon de i imi Metal tuzlar ile kimyasal çöktürme Kireç ile kimyasal çöktürme Karbon adsorpsiyonu BAÇ, BiAÇ, AÇ BAÇ, AÇ AÇ + nitrifikasyon HA, BAÇ AÇD HA, BAÇ AÇ AÇ + filtrasyon AÇ+ filtrasyon HA, BAÇ, BiAÇ, AÇ HA, BAÇ, BiAÇ, AÇ AÇ + filtrasyon 183

192 Çözülmü inorganik kat lar n giderimi Uçucu organik bile ikler Aktif çamur toz aktif karbon Kimyasal oksidasyon Kimyasal çöktürme yon de i imi Ultrafiltrasyon Ters osmos Elektrodiyaliz BAÇ AÇ + filtrasyon HA, BAÇ, BiAÇ, AÇ AÇ+ filtrasyon AÇ+ filtrasyon AÇ+ filtrasyon AÇ+ filtrasyon+ karbon adsorpsiyonu Buharla t rma ve gaz s y rma BAÇ = Birinci kademe ar tma ç k AÇ = kinci kademe ar tma ç k ( çöktürmeden sonra) BiAÇ = Biyolojik ar tma ç k ( çöktürmeden önce) AÇD = Aktif çamur dönü ü HA = Ham at ksu HA, BAÇ Proseslerin Ar tma Seviyeleri Proses ve i lem seçimi ba l d r. Ar t lm at ksuyun potansiyel kullan m na At ksuyun özelli ine Çe itli proses ve i lemlerin birarada uygulanabilirli ine De arj standartlar na Çe itli sistemlerin çevresel ve ekonomik fizibilitesine leri ar tmada özel ve öncelikli kirleticilerin giderilmesi söz konusu oldu undan ekonomik fizibilite sistem tasar m nda kontrol edici faktör olmamaktad r. Uygun temel i lem ve proses düzenlemeleri ile elde edilebilecek ç k suyu kirletici konsantrasyonlar Tablo 6.3te verilmektedir. Bu i lem ve proseslerin farkl düzenlemeleri ar tma ekonomisine ve ar t lacak maddeye ba l olarak olu turulabilmektedir. 184

193 Tablo 6.3. leri at ksu ar t m nda kullan lan çe itli temel i lem ve proses düzenlemeleri ile ula labilecek ar tma seviyeleri (1). Ar t lm ç k suyu Ar t m prosesi AÇ +GF AÇ + GF + KA AKM, mg/l BOI 5 mg/l KOI, mg/l Top.N, mg/l NH 3 - N, mg/l PO 4- P, mg/l Bulan kl k NTU 0,3-5 0,3-3 AÇ/Nit., tek basamak AÇ/Nit-denit.(ayr ) Metal tuz+aç Metal tuz+aç+nitdenit.+filtrasyon ,3-3 BFG (ana ak m) BN+BFG+filtrasyon 10 AÇ = Aktif çamur GF = Granüler filtrasyon KA = Karbon adsorpsiyonu Nit-denit =Nitrifikasyon-denitrifikasyon BFG = Biyolojik fosfor giderimi BNG = Biyolojik azot giderimi BFG = Biyolojik fosfor giderimi , Granüler Filtrasyon ile AKM Giderimi Bu bölümde ç k suyundaki art k AKM giderimi için granüler filtrasyon sisteminin tasar m esaslar verilmi tir. Bu konudaki temel parametreler a a daki gibidir.. Granüler filtrasyonun uygulanmas Filtre ünitesinin say s ve boyutu Filtre tipinin seçimi Filtre yata n n çe itleri Filtre malzemesinin özellikleri Filtre geri y kama sistemi Filtreye ilaveler Filtre i letme problemleri Filtre kontrol sistemleri ve enstrümanlar, Kimyasal ilaveli filtrasyon 185

194 6.3.1 Granüler Filtrasyonun Uygulanmas Granüler filtrasyonunun at ksu ar t m ndan önceki uygulamalar içme suyu ar t m için geli tirilen tasar m prosedüründen do mu tur. Fiziksel ve kimyasal özellikleri nedeniyle at ksular, do al sulardan önemli derecede farkl l k gösterirler. Bu nedenle, at ksular n granüler filtrasyon uygulamalar özel tasar m gerektirmektedir. Genel olarak, at ksu filtreleri farkl kat yüklemelerinde daha büyük, a r ve de i ik boyutlardaki tanecikleri tutabilirler. Filtrasyon mekanizmas oldukça kompleks olup, direnç, a rl k nedeniyle çökme, ortamda tanecikler aras nda s k ma gibi farkl kuvvetler vard r. Ayr ca filtre yataklar aras nda miroorganizma büyümesi, sistemde ek yük kayb olu turacakt r. At ksu filtrelerinin verimlilik, yukar da say lan birçok faktöre ba l oldu undan, s k de arj limitlerinin oldu u durumlarda uygulama öncesinde mutlaka pilot ölçekli çal ma yap lmal d r. At ksu filtrasyonu, daha çok al c ortama de arjdan önce biyolojik ar tma ç k suyunda kalan biyolojik floklar n giderilmesinde kullan ld gibi, fosfat n metal tuzlar veya kireç ile çöktürme sonras kalan kat lar ar tmak ve ar t lm at ksuyun aktif karbon ünitesine verilmeden önce ön ar t m n yapmak amac yla da kullan lmaktad r. Ayr ca, tar m, park ve oyun alanlar n n sulanmas gibi tekrar kullan m uygulamalar nda insan temas n n sözkonusu oldu u için, ar t lm at ksuyun filtrasyonuna ihtiyaç duyulmaktad r Filtre letme Problemleri Biyokütle içeren biyolojik ar tma ç k sular n n filtrasyonunda, yar kesikli filtrelerde çamur birikmesi ve ya -gres olu umunu önlemek için en az 24 saatte bir geri y kanma yap lmal d r. Birçok durumda geri y kama daha s k olabilmektedir Kimyasal laveli ile Ç k Suyu Filtrasyonu Biyolojik ar tma ç k suyunun özelli ine göre, su kalitesini artt rmak için kimyasal ilavesi gerekebilmektedir. Kimyasal ilavesi ayn zamanda fosfor, metal iyonlar ve humik bile ikler gibi baz özel kirleticilerin giderilmesi için de kullan lmaktad r. Ç k suyu filtrasyonunda s k ve yayg n kullan lan kimyasallar organik polimerler, alum ve demir klorürdür. Organik Polimerler Kullan m : Organik polimerler uzun zincirli organik moleküller olup, moleküler a rl klar 10 4 ile 10 6 aras nda de i ir. Organik polimerler katyonik, anyonik veya noniyonik olabilirler. Polimerler daha büyük tanecik (flok) olu turmak için çöktürülmü ç k suyuna ilave edilir. At ksuyun kimyasal yap s polimer verimini önemli ölçüde etkileyece inden, deneysel çal ma yap larak (kavanoz testi- jar test) polimer tipini belirlemek gereklirdir. Ara t rmalarda polimer dozaj 1 mg/lden ba lanarak artt r l r ve sonuçlar gözlenir. Sonuçlara göre dozaj 0,5 mg/l veya 0,25 mg/l de erinde azalt l r ve verimi en iyi olan dozaj belirlenmeye çal l r. Alum bile i i özelli inde moleküler a rl daha büyük olan polimerler geli tirilmi tir. Bunlar n uygulamada dozajlar daha fazlad r ( 10 mg/l). Alum kullan m : Yüksek ph de erine sahip (7,3-8,5) at ksular için 5-10 mg/l gibi dü ük alum dozajlar etkili olmad ndan genel olarak optimum tanecik giderimi, ph 7-8 aral nda mg/l gibi yüksek alum dozajlar nda elde edilir. 186

195 6.4 Mikroelek ile Art k AKM Giderimi Mikroelekler, biyolojik ar tma ve stabilizasyon havuzu ç k sular ndaki ask da kat lar gidermek için kullan lan eleklerdir. Bu ünitelerde elde edilen verim(akm giderimi) yakla k olarak %55 olup genel olarak %10 ila %80 aras nda gözlenir. Burada kar la lan ana problem, yüksek verimde AKM gideriminin sa lanamamas ve kat miktarlar ndaki dalgalanmalara kar sistemin dirençli olmamas d r. 6.5 Besi Maddelerinin Kontrolü Besi maddelerinden azot ve fosfor ar t lm at ksular n de arj nda önemli parametrelerdendir. Azot ve fosforun de arj edilmesi, göl ve rezervuarlarda ötrifikasyonu h zland r r ve s sularda köklü sucul bitkilerle beraber alg büyümesini te vik eder. Estetik olmayan görünümüne ilave olarak, alg ve sucul bitkilerin varl özellikle su temini, bal k üretimi ve e lence amaçl kullan m gibi su kayna n n faydal kullan mlar n engeller. Azotun yüksek konsantrasyonlarda de arj n n sebep oldu u di er zararl etkileri Al c ortamda çözünmü oksijen dü mesi Sudaki hayat üzerinde toksik etki Klorla dezenfeksiyon verimini etkilemek Halk sa l na zararl olmak At ksuyun tekrar kullan m amac na uygunlu unu bozmak olarak s ralanabilir. Bu nedenle azot ve fosforun kontrolü su kalitesi yönetiminde ve at ksu ar tma sistemlerinin tasar m nda büyük öneme sahiptir. Besi maddelerinin kontrol stratejileri, azot ve fosforun giderim ve kontrolünü içermekte olup bu bölümde detayl olarak incelenecektir Besi Maddeleri Kontrol Stratejisi Besi maddelerinin kontrol stratejisinin seçiminde, ham at ksu özelliklerinin belirlenmesi, mevcut ar tma sistemi ve istenen besi maddesi kontrol seviyesi önemli faktörlerdendir. Ayr ca, mevsimsel de i imlere paralel olarak y l boyunca besi maddesi gideriminin de i imi de dikkate al nmal d r. Besi maddesi kontrolünü amaçlayan yakla mlar, ilave proses yap lmas n veya mevcut biyolojik ar tma sisteminin besi maddesi giderecek duruma getirilmesini hedefler. Yakla m seçimi ise de arjda istenen standartlara ula abilmeye, i letmenin esnekli ine ve maliyete ba l d r. Kimyasal, fiziksel ve biyolojik sistemlerin ilavesi ile mevcut ar tma sistemlerinde besi maddelerinin de arj kontrol edilebilmektdir. En çok kullan lan ilave prosesler, azot giderimi için amonyak oksidasyonu ve biyolojik nitrifikasyon-denitrifikasyon, fosfor giderimi için ise kimyasal çöktürmedir. Ancak son y llarda fosforun yaln z veya azot ile birlikte giderimi için yeni prosesler geli tirilmi tir. Bu prosesler, kimyasal kullan m n n az olmas ndan veya hiç kimyasala ihtiyaç duyulmamas ndan dolay tasar mc lar ve i letmeciler taraf ndan tercih edilmektedir. 187

196 6.5.2 Azot Giderimi ve Kontrolü Ham at ksuda azot, amonyak veya organik formda olup, her ikisi de çözünmü ve kat halde olabilirler. Azotun nitrit ve nitrat formlar ise baz endüstriyel at ksular haricinde at ksularda yok say labilecek kadar az bulunurlar. Azot formlar ndan çözünmü organik azot at ksuda daha çok üre ve amino asit halinde bulunur. Kat halindeki organik maddeler ise ön çöktürme ile giderilir. Biyolojik ar tma s ras nda, organik azotun birço u amonyum ve di er inorganik formlara dönü ürken amonyumun bir k sm da mikroorganizmalar taraf ndan hücre sentezinde kullan l r. Bu nedenle biyolojik ar tma ile toplam azotun en fazla %30u giderildi i söylenebilinir Fosfor Giderimi Birçok at ksuda, çözünmemi halde olan ve sudaki fosforun yakla k %10una kar l k gelen kat formdaki fosfor ön çöktürme ile giderilir. Mikroorganizma taraf ndan hücre sentezinde kullan lan miktar hariç, kalan çözünmü fosforun konvansiyonel biyolojik ar tma ile giderimi oldukça zordur. Konvansiyonel ve di er ar tma sistemlerinin fosfor giderimine etkileri Tablo 6.4te verilmektedir. Fosforun gideriminde kimyasal, fiziksel ve biyolojik metotlar kullan labilmektedir. Demir veya alum tuzlar ya da kireç ile yap lan kimyasal çöktürme fosfor gideriminde çok kullan lmaktad r. Biyolojik fosfor giderimi ise, mikroorganizmalar n strese sokularak hücre büyümesi için gerekenden daha fazlas n adsorplamalar esas na dayan r. Birçok biyolojik proses kimyasal ar t ma alternatif olarak geli tirilmi tir. Tablo 6.4. Çe itli i lem ve ar tma proseslerinin fosfor giderimine etkileri (1). Fosfor giderimi Ar tma i lem ve prosesleri (%) Konvansiyonel Birinci kademe Aktif çamur Damlatmal filtre Döner biyolojik disk Yaln z biyolojik fosfor giderimi Ana ak mda ar t m Yan ak mda ar t m Birle ik biyolojik azot ve fosfor giderimi Kimyasal giderim Metal tuzlar ile çöktürme Kireç ile çöktürme Fiziksel giderim Filtrasyon Ters osmos Karbon adsorpsiyonu 6.6 Biyolojik Nitrifikasyon ile Amonyak Giderimi At ksular karbonlu bile iklerinin yan s ra azot, fosfor, kükürt vb. gibi bile ikler de içerirler. At ksulardan azot gideriminde genellikle biyolojik yöntemler uygulanmaktad r. Organik azot bile ikleri organizmalar taraf ndan parçalanarak amonyuma dönü türülür. Amonyumun bir 188

197 k sm organizmalar taraf ndan asimile edilerek hücresel proteine çevrilirken di er k sm da Nitrifikasyon bakterileri taraf ndan önce nitrit ve sonra da nitrata dönü türülür. Bu proses Nitrifikasyon olarak adland r lmaktad r. Olu an nitrat iyonlar n n Denitrifikasyon Bakterileri taraf ndan önce nitrit, sonra da azot gaz na (N 2 ) dönü türülmesi ise Denitrifikasyon olarak ifade edilmektedir. Böylece at ksulardan azot giderimi ard k Nitrifikasyon ve Denitrifikasyon kademeleri ile sa lan r Nitrifikasyon Prosesinin Tan m Nitrifikasyon, at ksuda mevcut amonyum (NH 4 ) iyonlar n n bakteriler taraf ndan önce nitrite sonra da nitrat iyonlar na dönü türülmesidir. Amonya nitrite oksitleyen bakteri türleri Nitrosomonos ve Nitrosococcus olarak bilinmektedir. lk basamakta nitrite (NO 2 ) oksitlenen amonyum iyonlar, ikinci basamakta Nitrobakter ile nitrata (NO 3 ) dönü türülür. Birinci ad ma ait enerji reaksiyonu, NH /2 O 2 NO H + + H 2 O (Nitrosomonos) (6.1) iken ikinci ad ma ait enerji reaksiyonu, NO ½ O 2 NO 3 - (Nitrobakter) (6.2) eklinde olmaktad r. Bunlara ba l olarak toplam enerji reaksiyonu a a daki ifade ile verilebilmektedir. NH O 2 NO H + + H 2 O (6.3) (6.1) ve (6.2) reaksiyonlar sonucu aç a ç kan enerjiyi her iki bakteri çe idi hücre büyümesi ve bak m için kullan r. Enerji elde ediminin yan s ra, baz amonyum iyonlar n n hücre dokusu olarak kullan ld n da gösteren ve s ras yla birinci ve ikinci ad mlara ait sentez reaksiyonlar a a da verilmektedir. 15 CO NH C 5 H 7 O 2 N +10 NO H H 2 O (6.4) CO 2 + NH NO H 2 O 10 NO C 5 H 7 O 2 N + H + (6.5) Burada C 5 H 7 O 2 N kimyasal formülü sentezlenen bakteri hücresi yerine kullan lmaktad r. Ard k olarak meydana gelen oksidasyon ve sentez reaksiyonlar toplanarak yaz ld nda NH O HCO 3 reaksiyonu elde edilmektedir C 5 H 7 O 2 N NO H 2 O H 2 CO 3 (6.6) Amonyumun nitrata oksidasyonu için gereken teorik oksijen miktar (6.3) e itli inde 64/14=4,57 mg O 2 /mg amonyum azotu olamaktad r. Biyolojik azot giderimi nitrifikasyon derecesi ile do rudan ili kilidir. Ototrofik nitrifikasyon bakterileri dü ük büyüme h z na sahiptirler ve çevre artlar ndan heterotrofik denitrifikasyon 189

198 bakterilerinden daha fazla etkilenirler. Bu nedenle, nitrat olu umu reaksiyonu azot gideriminde belirleyici rol oynar. norganik azotun biyolojik reaksiyonu Nitrobacteraceae grubu bakteriler taraf ndan gerçekle tirilir. Nitrobacter ve Nitrocystis ise nitriti nitrata oksitlerler. Ototrofik nitrifikasyon bakterileri büyüme ve hücre metabolizmas için gerekli bütün enerjiyi, inorganik azot bile iklerinin oksidasyonu sonucu aç a ç kan serbest enerjiden sa larlar. Hücre büyümesi için gereken karbon kayna n ise karbondioksitten veya bikarbonattan elde ederler. Kararl halde nitrifikasyon bakterilerinin büyüme h z Monod kineti i ile tan mlanmaktad r. Nitrifikasyon prosesinde, nitrit olu umunda amonyak, nitrat olu umunda ise nitrit konsantrasyonlar h z belirleyicidir. Nitrobacterlerin büyüme h z Nitrosomonaslara k yasla daha büyük oldu u için nitrifikasyon proses h z n kontrol eden ad m amonya n nitrite dönü üm reaksiyonudur Nitrifikasyon Proseslerinin S n fland r lmas Nitrifikasyon prosesleri, karbon oksidasyonu ve nitrifikasyon reaksiyonlar n n birlikte veya ayr meydana gelmesine ba l olarak s n fland r l r. Karbon oksidasyonu ve nitrifikasyonun bir reaktör içinde meydana gelmesi durumunda sisteme birle ik (tek çamurlu) sistem denir. Ayr k (çok çamurlu) sistemde ise karbon oksidasyonu ve nitrifikasyon farkl reaktörlerde meydana gelir ve hetetofik ile otorofik mikroorganizmalar bir arada bulunmazlar. Tek ve çift çamurlu nitrifikasyon sistemleri ekil 6.1de gösterilmektedir. Nirtifikasyon bakterileri, genel olarak haval ar tma sistemlerinde az say da bulunurlar. Aktif çamur sistemlerinde nitrifikasyonun gerçekle ebilmesi BOI 5 / TKN oran ile ili kilidir. Bu oran n 1 ile 3 aras nda olmas durumunda sistem çok çamurlu nitrifikasyon sistemidir. BOI 5 /TKN oran 1 ile 3 aras nda de i mesi durumunda nitrifikasyon bakterilerinin oran 0,21den 0,083e kadar farkl de erler almaktad r (Tablo 6.5). Pek çok klasik aktif çamur sisteminde BOI 5 /TKN oran 5den büyük oldu u için nitrifikasyon bakterileri fraksiyonu 0,083den az olmaktad r ve buna ba l olarak da nitrifikasyon tek çamurlu sistemde gerçekle tirilir. Tablo 6.5 BOI 5 /TKN oran ile nitrifikasyon bakterileri oran aras ndaki ili ki(1). BOI/TKN oran Nitrifikasyon bakterileri BOI/TKN oran Nitrifikasyon bakterileri 0, fraksiyonu 0,35 0,21 0,12 0,083 0, fraksiyonu 0,054 0,043 0,037 0,033 0,

199 (a) (b) ekil 6.1 Tam kar ml reaktörlerde karbon oksidasyonu ve nitrifikasyon prosesleri a) bile ik tek çamurlu sistem, b) ayr k sistem Birle ik (Tek Çamurlu) Sistemler Nitrifikasyon bakterileri hemen hemen bütün biyolojik ar tma proseslerinde bulunurlar ancak say lar oldukça azd r. Nitrifikasyon prosesi, kesikli, tam-kar ml, uzun havaland rmal veya çe itli modifikasyonlar nda gerçekle tirilebilmektedir. Nitrifikasyon prosesinin bu sistemlerde meydana gelmesi nitrifikasyon bakterilerinin büyümesiyle ve dolay s yla gerekli çevre artlar n n nitrifikasyon bakterilerine göre ayarlanmas yla sa lanmaktad r. Örne in, l man, artan nitrifikasyon h z, artan çamur miktar daha fazla hava gereksinimini de beraberinde getirir. Böylece mevsimsel olarak önlem al nmal d r. Damlatmal filtre ve dönen biyodisk sistemleri, karbon oksidasyonu ve nitrifikasyonun beraber meydana geldi i biyofilm sistemlerine örnektir. Tam kar ml sistemlerde oldu u gibi, biyofilmli sistemlerde de nitrifikasyon için i letme artlar önemlidir. letme parametlerine örnek olarak organik yükleme verilebilir. Yüklemenin (F/Min) azalt lmas yla nitrifikasyon artacakt r. 191

200 Çe itli nitrifikasyon sistemlerinin üstünlük ve k s tlar Tablo 6.6da verilmektedir. Ask da Büyüyen Prosesler: Ask da büyüyen haval sistemler de karbon giderimi için geli tirilen kinetik e itlikler nitrifikasyon proseslerine de uygulanabilmektedir. Nitrifikasyon prosesi üzerine etki eden ba l ca faktörler Tablo 6.7de verildi i gibi; amonyum ve nitrit konsantrasyonlar, BOI/TKN oran, çözünmü oksijen konsantrasyonu, s cakl k ve phd r. Kinetik katsay lar ise Tablo 6.8de verilmektedir. Kinetik yakla mlar n tam kar ml ask da büyüyen nitrifikasyon prosesine uygulanmas a a daki ad mlar içerir: Günlük pik yüklemeleri kar layacak uygun bir emniyet katsay s seçilir. c için minimum emniyet faktörü 2 olarak önerilmektedir. Tam kar mdaki minimum çözünmü oksijen konsantrasyonu seçilir. Minimum de erin, nitrifikasyon h z n n dü ümemesi için en az 2 mg/l olmas gerekmektedir. Tablo 6.6 Nitrifikasyon sistemlerinin k yaslanmas (1). Sistem tipi Avantajlar Dezavantajlar Birle ik karbon oksidasyonu ve nitrifikasyon sistemleri: Ask da kat da büyüyen sistemler Tutunarak büyüyen sistemler Ayr k karbon oksidasyonu ve nitrifikasyon sistemleri: Ask da büyüyen sistemler Tutunarak büyüyen sistemler Tek reaktörde amonyak ve karbon ar t m ; ç k ta dü ük amonyak konsantrasyonu; yüksek BOD/TKN oran na ba l olarak kontrol. Çamur konsantrasyonu çöktürme tank na ba l de ildir. Pekçok toksik bile i e kar dayan kl ; kararl i letme artlar elde edilir; de arjda dü ük amonyak konsantrasyonu. Pekçok toksik bile i e kar dayan kl ; kararl i letme artlar ; çamur konsantrasyonu çöktürme tank na ba l de ildir. Toksik maddelere kar hassas; i letmede orta kararl l a sahiptir; çamur konsantrasyonu geri dönü ünün oldu u çöktürme tank ile ili kilidir; so uk iklimler için daha büyük reaktör gereksinimi vard r. Toksik maddelere kar hassas; i letmede orta kararl l a sahiptir; so uk iklimlerde i letme pratik de ildir. Dü ük BOD/TKN oran nda kontrol gerektirir; çamur konsantrasyonu geri dönü ünün oldu u çöktürme tank ile ili kilidir; daha fazla say da birim proses gerekir. Ç k amonyak konsantrasyonu 1-3 mg/ldir; daha fazla say da birim proses gerekir. 192

201 Okside olan 1 mgnh 4 + /le kar l k 7.14 mgcaco 3 / alkalinite harcan r. Buna ba l olarak proses i letme ph belirlenir ve ph aral olmal d r. Nitrifikasyon bakterilerinin maksimum büyüme h z kritik s cakl kta, kritik çözünmü oksijen konsantrasyonunda ve kritik ph de erinde hesaplan r. Minimum çamur ya büyüme h z dikkate al narak belirlenir. Emniyet faktörü kullan larak i letmede geçerli olacak çamur ya hesaplan r, Ç k suyunda azot konsantrasyonu belirlenir. stenen azot de arj de erine ula abilmek için hidrolik kalma zaman belirlenir. Birle ik karbon oksidasyonu ve nitrifikasyon prosesi kullan lmas durumunda organik substrat kullan m h z belirlenir. Yukar daki ad mlar izlenerek örnek bir problemin çözümü Bölüm sonunda verilmektedir. Burada en önemli nokta kritik çevre ko ullar ndaki minimum çamur ya n belirlemek ve uygun bir emniyet faktörünü seçmektir. Tablo 6.7 letme ve çevre artlar n n nitrifikasyon prosesine etkileri (1). Faktörler Etkilerin tan m Amonyak-Nitrit konsantrasyonu Amonyak ve nitrat konsantrasyonu Nitrosomonas ve Nitrobacter lerin büyüme h z n etkilemektedir. Bu etki Monod kineti i ile ifade edilebilir. Nitrobacter lerin büyüme h z Nitrosomonas lardan daha büyük oldu u için modelleme Nitrosomonas lar n proses kineti i üzerine kurulmu tur. BOI/TKN Çözünmü oksijen (ÇO) konsantrasyonu S cakl k ph Bu oran n 5 den büyük olmas halinde ortamdaki nitrifikasyon bakterilerinin oran dü er. ÇO konsantrasyonunu maksimum özgül büyüme h z n etkilemektedir. ÇO mn = mn ; K o2 =1.3 olarak kabul edilir. K o2 + ÇO S cakl n dü mesi ile nitirifikasyon h z da dü mektedir. S cakl n büyüme h z na etkisi a a daki reaksiyon ile ifade edilir: mn = m e 0.098(T-15) K N = T ph 7 ve 9 aras nda maksimum nitrifikasyon h z na ula lmaktad r. Karbon oksidasyonu ve nitrifikasyonun birlikte oldu u sistemlerde ph n etkisi a a daki e itlikle ifade edilir: mn = ( )(7.2 - ph) 193

202 Tablo 6.8 Ask da büyüyen nitrifikasyon sistemlerinde tipik kinetik katsay lar(1). Katsay lar Birimler De erler aral k ortalama Nitrosomonas d -1 0,3-2 0,7 NH + 4 -N, mg/l 0,2-2 0,6 m K s Nitrobacter m K s Tüm reaksiyon m K s Y k d d -1 NO 2 - -N, mg/l d -1 NH 4 + -N, mg/l NH 4 + -N, mg UKMmg d -1 0,4-3 0,2-5 0,3-3 0,2-0,5 0,1-0,3 0,03-0,06 1 1,4 1 1,4 0,2 0,05 Tablo 6.9da ask da büyüyen nitrifikasyon ve denitrifikasyon sistemlerinin analizi için kullan lan kinetik tan mlar n özeti verilmektedir. Tablo 6.9 Ask da büyüyen nitrifikasyon ve denitrifikasyon sistemlerinin analizi için kullan lan kinetik tan mlar n özeti (1). E itlik Aç klamalar : özgül büyüme h z, zaman -1 r su : substrat kullan m h z, kütle/hacim.zaman m: maksimum özgül büyüme h z, zaman -1 S: substrat konsantrasyonu, kütle/hacim X: mikroorganizma konsantrasyonu, kütle/hacim Y: maksimum verim katsay s, kütle/kütle K s : yar doygunluk sabiti, kütle/hacim k: maksimum substrat kullan m h z, zaman -1 k d : içsel bozunma h z katsay s, zaman -1 U: substrat kullan m h z, zaman -1 : hidrolik bekleme süresi, zaman c: çamur ya, zaman 194

203 c M : minimum çamur ya, zaman SF: emniyet faktörü S o : giri konsantrasyonu, kütle/hacim nhibitör Bile ikler: Aktif çamur sistemlerinde nitrifikasyon birçok bile ik taraf ndan inhibe edilmektedir. Ancak sistemde nitrifikasyonun olmamas n n nedeni her zaman inhibisyon de ildir. Baz durumlarda nitrifikasyon bakterilerinin sistemden at lm olma ihtimali de olabilir. Tablo 6.10da da verildi i gibi baz a r metaller nitrifikasyonu inhibe etmektedir. Tabloda literatürden al nan çe itli metallerin inhibisyon konsantrasyonlar bulunmaktad r ve aktif çamurdaki karbon gideren bakterilerin nitrifikasyon bakterilerine oranla daha az etkiledi i görülmektedir. S v ve çamur faz ndaki metal iyon aktivitesinin çok farkl olmas nedeniyle aktif çamurdaki bakteriler yüksek metal konsantrasyonuna daha fazla direnç gösterirler. Sülfür bile ikleri, anilin, fenoller ve siyanür gibi baz organik bile ikler çok kuvvetli inhibisyon etkisi gösterirler. Mikroorganizmalar birden fazla inhibitör bile i ine ayn anda maruz kal rsa genellikle bir bile i in inhibisyonu bask n olmaktad r. Tablo 6.10 Metallerin nitrifikasyona inhibisyonu (10). Metal g/m 3 Etkileri Cu Cu Cu Ni 0,05-0, ,25 Nitrosomonas inhibisyonu (saf kültür) Aktif çamurda inhibisyon yok Aktif çamurda %75 inhibisyon Nitrosomonas büyümesi inhibisyonu (saf kültür) Cr 3+ 0,25 Nitrosomonas büyümesi inhibisyonu (saf kültür) Cr Aktif çamurda %75 inhibisyon Zn Co 0,08-0,5 0,08-0,5 Nitrosomonas inhibisyonu (saf kültür) Nitrosomonas inhibisyonu (saf kültür) Biyofilm Prosesleri: Ba l ca tutunarak biyofilm sistemleri, damlatmal filtre ve döner biyodisklerdir. Bu sistemlerin nitrifikasyon verimleri organik yüklemeye ba l d r. Tablo 6.11de nitrifikasyonun gerçekle ti i yükleme de erleri verilmektedir. 195

204 Tablo 6.11 Biyofimli sistemler için tipik yükleme h zlar (1). Proses Nitrifikasyon verimi, % Yükleme h z, kg/m 3.gün Damlatmal filtre,(ta dolgulu) Biyolojik Kule ( plastik dolgulu) Döner biyodisk ,16-0,096 0,096-0,048 0,288-0,192 0,192-0,096 0, , Ç k amonyum konsantrasyonu 2 kg/m 2.gün Damlatmal filtrelerde ta dolgu maddesi kullan lmas durumunda, yüksek organik yüklerde biyofilm heterotrofik bakteri a rl kl olaca ndan nitrifikasyon verimi dü ük olacakt r. Ancak dolgu maddesinin plastik olmas durumunda, daha geni yüzey alan elde edilece inden bakteri tutma kapasitesi de daha fazla olacakt r. Bu nedenle, yüksek organik yüklerde bile yüksek nitrifikasyon verimlerine ula labilecektir. Plastik malzeme kullan m n n di er faydas ise daha fazla oksijen transferi sa lamas d r. Bile ik karbon oksidasyonu ve nitrifikasyon sisteminde kullan lan dolgu malzemesinin ta veya plastik kullan lmas durumunda nitrifikasyon verimleri kar la t r ld nda, plastik malzeme içeren sistemin %80 daha fazla yüzey alan sa lad ve sistemde %60 daha fazla amonyum oksidasyonun gerçekle ti i belirlenmi tir. Döner biyodisklerde amonyumun oksidasyon verimi sistemdeki yüzey alan na ba l d r. Nitrifikasyon için gerekli yüzey alan iki ad mda belirlenebilmektedir. Birinci ad mda, BO giderimi için gerekli yüzey alan, ikinci ad mda ise giri amonyum konsantrasyonunu istenen seviyeye kadar ar tmak için gereken disk yüzey alan bulunur. ki yüzey alan n toplam birle ik karbon oksidasyonu ve nitrifikasyon prosesinin gerçekle mesi için gerekli toplam alan vermektedir Ayr k Nitrifikasyon Sistemleri Ask da ve yüzeyde tutunarak ço alan sistemlerin her ikisi de ayr k veya birle ik nitrifikasyon prosesi için kullan lmaktad r. Nitrifikasyonun ayr reaktörde olmas, büyük bir proses esnekli i ve emniyeti sa lamaktad r. Karbon giderimi ve nitrifikasyon prosesleri birbirlerinden ba ms z olarak i letilebilmektedir. Ayr ca, nitrifiyerler için toksik olabilecek organik bile iklerin potansiyel etkisi de karbon oksidasyonu s ras nda azalt labilmektedir. Nitrifikasyon prosesinin gerçekle ti i ask da ço alan sistemlerin ak m emas ekil 6.2de verilmektedir. ekil 6.2ada birle ik sistem gösterilmektedir. Bu sistem i letmesi kolay oldu undan tercih edilmektedir. Havaland rma tank hacmi büyük oldu undan yük de i imlerine kar daha dayan kl d r ve uygulanan yüksek c de erleri nedeniyle, genellikle daha dü ük hacimde fazla çamur tutulabilmektedir. Çamurun %1-2sini nitrifikasyon bakterileri olu turmaktad r. ekil 6.2bde gösterilen sistemde ise, birinci tanka yüksek F/M oran nda yükleme yap labilece inden bu tank n hacmi daha küçük yap labilmektedir. Fakat bu durumda sistem yük de i imine kar daha hassas bir duruma gelmektedir. Bu tip reaktörlerde daha çok çamur olu ur. Ancak, her iki tanktaki çamuru birbirlerinden ayr tutmak için ek bir çökeltme havuzu yap lmaktad r. Bu sisteminin en önemli faydas nitrifikasyon veriminin yüksek olmas d r. Özellikle gelen at ksuda toksik madde bulunma ihtimali varsa bu sistem daha faydal olmaktad r. Çünkü toksik bile iklerin ilk havuzda giderilmesi veya etkisini kaybetmesi söz 196

205 konusu olur. Böylece tesisin ikinci bölümünde yer alan nitrifikasyon bakterileri etkilenmemi olur. ekil 6.2cde de temas stabilizasyonlu sistem verilmektedir. Havaland rma tank nda hidrolik bekleme süresi nitrifikasyon için yeterli ise temas a amas nda biyolojik reaksiyonlarla birlikte nitrifikasyon da meydana gelmektedir. Temas stabilizasyonlu sistemlerin projelendirilmesinde yaln zca çamur ya de il temas süresinin de yeterli olmas gereklidir letme artlar Sisteme gerekli hava sa lanmal d r. Nitrifikasyon bile ik aktif çamur sisteminde gerçekle iyorsa sistemin kararl l için a a daki i letme ko ullar sa lanmal d r: Nitrifikasyon için ilave oksijen gereklidir. Uzun çamur ya seçilmelidir. Nitrifikasyon bakterileri ototrofik bakteriler olup, organik maddeleri parçalayan heterotrofik bakterilerden daha yava büyüme h z na sahiptirler. Bu nedenle bu bakterilerin etkin olabilmesi için daha büyük çamur ya na ihtiyaç vard r. Mikrobiyolojik dönü üm nedeniyle ortam n phs dü tü ünde kireç veya soda ilavesiyle ph ayarlamas yap lmal d r. (a) (b) 197

206 (c) ekil 6.2 Ask da ço alan nitrifikasyon sistemlerine ait ak m emalar ; a) karbon ve azotlu maddelerin ayn tankta oksitlendi i birle ik sistem, b) ayr k sistem, c) ayr k çamur stabilizasyonlu sistem; (C: karbonlu maddelerin biyolojik oksidasyonu, N: nitrifikasyon). 6.7 Azotun Biyolojik Nitrifikasyon-Denitrifikasyon ile Giderimi Biyolojik nitrifikasyon-denitrifikasyon prosesi, a a daki sebepler dolay s yla azot gideriminde kullan lan en yayg n metodlardand r. Ar tma verimi yüksektir. Proses kararl l ve güvenilirli i fazlad r. Proses kontrolü di er sistemlere k yasla kolayd r. Az alan gereklidir. Maliyeti çok yüksek de ildir. At ksudaki azot konsantrasyonuna ba l olarak tek veya iki ad mda ar tma yap labilmektedir. Birinci ad mda amonyum haval ortamda nitrata dönü türülürken (nitrifikasyon) ikinci ad mda ise nitrat azot gaz na dönü türülür (denitrifkasyon). At ksudaki azot nitrat formunda olup sulama suyu olarak kullan lacak ise yaln zca denitrifikasyon yeterli olabilmektedir. Denitrifikasyon metanol veya uygun organikler ilavesi ile ayr bir reaktörde veya birle ik nitrifikasyon-denitrifikasyon sistemlerinde yap labilmektedir. Tablo 6.12de karbon kayna n n türüne göre denitrifikasyon h zlar verilmektedir. Tablo 6.12 Çe itli karbon kaynaklar için tipik denitrifikasyon h zlar. Karbon kayna Denitrifikasyon h z (U DN ) mgno - 3 /mgukm.gün Metanol 0,21-0,32 Metanol 0,12 0,9 At ksu 0,03 0,11 çsel metabolizma 0,017 0,048 hidroliz ürünleri Denitrifikasyon h z a a daki e itlikle tan mlanmaktad r. S cakl k o C U DN = U DN x 1,09 (T-20) x(1- DO) (6.6) 198

207 Burada, U DN = toplam denitrifikasyon h z n U DN = özgül denitrifikasyon h z n (mgno 3 - /mgukm.gün) T = at ksu s cakl ( o C) DO = çözünmü oksijen konsantrasyonunu (mg/l) göstermektedir. Yukar daki e itlikte çözünmü oksijen konsantrasyonunun 1 mg/l olmas durumunda denitrifikasyon h z s f r olur. Denitrifikasyon h z n n hesaplan metodu Bölüm sonundaki örnekte verilmektedir Birle ik Karbon Oksidasyonu, Nitrifikasyon ve Denitrifikasyon Prosesi Maliyetinin yüksek olu u dolay s yla karbon oksidasyonu, nitrifikasyon ve denitrifikasyon tek sistem içinde gerçekle tirilir ve ara ad m uygulanmaz. Bu proseslerin a a da belirtildi i gibi pek çok üstünlü ü vard r. Nitrifikasyon ve BO giderimi için gerekli olan oksijen kullan m n azd r. Denitrifikasyonun tamamlanmas için gereken karbon kayna ilavesi gerekmemektedir. lave çöktürme havuzuna ve çamur geri dönü üne gerek duyulmamaktad r. Bu sistemlerin ço u toplam azotun %60-80inin ar tabilmektedir. Birle ik sisteme örnek ak diyagram ekil 6.3te verilmektedir. Bu sistemlerde, havaland rman n sonunda ar tmadan artan karbonlu bile ikler denitrifikasyon basama nda kullan lmaktad r. ekil 6.3bden de görülebilece i gibi anoksik ortam oksijenin kontrolü ile oksidasyon hende inde de sa lanabilmektedir. Bunlara alternatif olarak ard k kesikli reaktörlerde de haval ve anoksit artlar olu turularak nitrifikasyon ve denitrifikasyon reaksiyonlar birlikte gerçekle tirilmektedir. (a) 199

208 (b) ekil 6.3 Birle ik nitrifikasyon-denitrifikasyon sistemleri: a) Dört basamakl Bardenpho prosesi ve b) Oksidasyon hende i. Bardenpho Prosesi (Dört basamakl ): Dört basamakl Bardenpho prosesinde denitrifikasyonun olabilmesi için karbon kayna olarak hem at ksudaki karbon, hem de içsel solunum hidrolizi sonucu olu an karbon kullan l r. Karbon oksidasyonu, nitrifikasyon ve denitrifikasyon için havuzda ayr bölümler kullan l r. At ksu öncelikle anoksik olan denitrifikasyon reaktörüne girer. Bu reaktöre ayn zamanda karbon oksidasyonu-nitrifikasyon reaktörü ç k suyu da geri döndürülerek verilmektedir ( ekil 6.3a). At ksudaki karbon, geri döndürülen sudaki nitrat denitrifiye etmek için kullan l r. Organik yükleme yüksek oldu undan, denitrifikasyon da h zl d r. At ksudaki amonyum ilk anoksik ortama girmektedir ve hiçbir de i ime u ramadan sistemdeki ilk havaland rma tank na gelir. Bu tanktan ç kan nitrifiye olmu at ksu, ikinci anoksik reaktöre girer. Bu ikinci reaktörde içsel solunum ile karbon sa lan r ve denitrifikasyon gerçekle tirilir. kinci haval reaktör nispeten küçük olup, azot gaz n n ortamdan uzakla t r lmas için kullan l r. kinci anoksik reaktörde son havaland rmada nitrifiye olmu çamurdan ayr lan amonya n denitrifikasyonu gerçekle tirilir. Bardenpho presesinin geli tirilmi ekli olan be li reaktör sistemi de azot ve fosforun birlikte ar t m için kullan lmaktad r. Hollandada e de er nüfusu 500 ki i olan ar tma sistemine ait ara t rma sonuçlar Tablo 6.13te verilmektedir. Tablo 6.13 Bardenpho prosesinde gözlenen denitrifikasyon h zlar ( 2). Denitrifikasyon h z, mgno 3 -N/gUKM..saat Anoksik tank Birinci anoksik tank Karbon kayna Ham at ksu Güney Afrika (20 o C) 3.6 Hollanda (10 o C) 1.1 kinci anoksik tank çsel solunum (hidroliz) Oksidasyon Hende i: Oksidasyon hende i nitrifikasyon ve denitrifikasyon reaksiyonlar için de kullan lmaktad r. Oksidasyon hende inde at ksu havaland r c larla havaland r l r ve ayn zamanda iterek kanalda dü mesi sa lan r ( ekil 6.3b). Hendekte haval bölüm 200

209 havaland r c n n yönlendirdi i su ak n n önünde, anoksik bölüm ise havaland r c n n arkas nda olu ur. At ksuyun anoksik bölümden geçi h z kontrolü ile karbon kayna n n bir k sm n n denitrifikasyon için kullan lmas sa lanmaktad r. At ksu ç k reaktörün havaland rmal bölümünden yap lamaktad r. Sistemde yaln z bir tane anoksik bölüm oldu undan, azot giderimi Bardenpho prosesine k yasla daha dü üktür. Birle ik Nitrifikasyon-Denitrifikasyon Sistemleri için Proses Tasar m : Ask da büyüyen sistemlerin tasar m kullan lan proses tipine ba l d r. Haval ve anoksik bölümlerde kalma zamanlar n n ve geri devir oran n n belirlenmesi için kolayla t r lm tasar m metodu a a da verilmektedir. Anoksik bölüme geri döndürülen NO 3 - ün tamam n n denitrifiye oldu u ve azot asimilasyonun ihmal edildi i varsay m na göre, geri dönü oran n n hesab a a daki gibidir: ( NH 4 N) 0 ( NH 4 N) e R 1 (6.7) ( NO3 N) e Burada, R = Toplam geri dönü (at ksu + geri dönen çamur) oran (NH N) o, ( NH N) e = s ras yla giri ve ç k amonyum konsantrasyonu, mg/l (NO 3 - -N) e = ç k nitrat azotu konsantrasyonudur, mg/l. Nitrifikasyon bakterileri yaln z haval ortamda üreyebildiklerinden, nitrifikasyon için gereken çamur ya : eklinde hesaplanmaktad r. Burada, (6.8) c = birle ik sistemde nitrifikasyon için gereken çamur ya, gün c = konvansiyonel sistemde nitrifikasyon için gereken çamur ya, gün V haval = haval bölümün hacim yüzdesidir. Reaktördeki biyokütle konsantrasyonu: (6.9) Sistemde haval bölümdeki toplam bekleme süresi: (6.10) 201

210 Burada, a = haval bölümde hidrolik bekletme süresi, gün Y h = heterotrofic dönü üm oran, mgukm/mgboi 5 (0,55 olarak al n r) S o S = sistemde giderilen BO, baz durumlarda BO giderimi olmad ndan e itlik S o a e ittir, mg/l k d = içsel solunum h z katsay s, gün -1 X a = ototrofik mikroorganizma konsantrasyonu, mg UKM /l f VSS = haval bölümdeki UKMnin biyolojik ayr abilirlik yüzdesini göstermektedir. UKMnin biyolojik ayr abilirlik yüzdesi, çamur ya na ve içsel solunum h z na ba l d r ve f VSS a a daki gibi ifade edilmektedir. Burada, (6.11) = üremede UKMnin biyolojik ayr abilirlik yüzdesini göstermektedir (maksimum biyolojik ayr abilirlik yüzdesi genel olarak 0,75-0,8 aras nda de i mektedir). f VSS Anoksik bölmedeki bekletme süresi: DN = (1 V haval ) a (6.12) Denitrifikasyon için anoksik bekletme süresi DN: Burada, (6.13) N Denit. =denitrifiye edilen nitrat miktar, mg/l U DN = Denitrifikasyon h z n göstermektedir, gün -1. DN = DN ise hesaplama tamamlanm olur. Ancak DN verilerek hesaplama DN = DN oluncaya kadar tekrarlan r. DN ise farkl bir V haval de eri Ayr k Denitrifikasyon Sistemleri Önceleri, genel olarak kabul edilen yakla m nitrat gidermek amac yla denitrifikasyon sisteminde karbon kayna olarak metanol kullan lmas yd. Ancak ilave edilecek metanol formundaki karbonun fazlas ç k suyunda BOI kirlili i olarak görülecektir. Bu nedenle tasar m ve i letme artlar na dikkatlice uymak gerekmektedir. Denitrifikasyon Stokiometrisi: Karbon kayna olarak metanol kullan lmas durumunda ayr basamak denitrifikasyon stokiometrisi a a daki gibidir; 202

211 Enerji reaksiyonu 1. ad m: 6NO CH 3 OH 6NO CO H 2 O (6.14) Enerji reaksiyonu 2. ad m: 6NO CH 3 OH 3N 2 + 3CO 2 + 3H 2 O + 6OH - (6.15) Toplam enerji reaksiyonu: 6NO CH 3 OH 5 CO 2 + 3N H 2 O + 6OH - (6.16) Tipik sentez reaksiyonu : 3NO CH 3 OH + CO 2 + 3H + 3 C 5 H 7 O 2 N + H 2 O (6.17) Pratikte enerji için gerekli olan metanolün %25-30u, sentez için gerekir. Laboratuar çal malar esas al nd nda toplam nitrat gideriminin deneysel e itli i a a da verilmektedir. NO ,08 CH3OH + H + 0,065 C 5 H 7 O 2 N +0,47 N 2 +0,76CO 2 + 2,44H 2 O (6.18) Bütün azot, nitrat formunda ise, toplam metanol ihtiyac yukar daki e itlikten haseplanabilir. Ancak biyolojik olarak ar t lan at ksu bir miktar nitrit ve çözünmü oksijen de içermektedir. Ortamda nitrat, nitrit ve çözünmü oksijenin bulunmas durumunda metanol ihtiyac a a daki deneysel e itlikle hesaplan r: C m = 2,47 N o + 1,53 N 1 + 0,87D o (6.19) Burada, C m = gerekli metanol konsantrasyonu, mg/l N o = ba lang ç nitrat konsantrasyonu, mg/l N 1 = ba lang ç nitrit konsantrasyonu, mg/l D o = ba lang ç çözünmü oksijen konsatrasyonu, mg/l Denitrifikasyon prosesi için kinetik parametreler Tablo 6.14de verilmektedir. Tablo 6.14 Denitrifikasyon prosesi için tipik kinetik katsay lar (1). Birim De erler Katsay lar Aral k Ortalama d -1 0,3-0,9 0,3 m K s mg/l NO 3 N 0,06-0,2 0,1 Y mg VSS/mg NO 3 N 0,4-0,9 0,8 k d d -1 0,04-0,08 0,04 Ask da Büyüyen Denitrifikasyon Sistemleri: Ask da büyüyen denitrifikasyon sistemleri organik madde gideriminde kullan lan aktif çamur sistemlerine birçok konuda benzerlik göstermektedir. Tam kar ml ve kesikli reaktörlerin her ikisi de kullan labilir. Denitrifikasyon prosesinde ortama b rak lan azot gaz, genellikle biyokütleye yap k halde 203

212 oldu undan, reaktör ve çöktürme tank aras nda biyokütleyi ay rmak için azot gaz giderme ad m yeral r. Bu nedenle, floklama yap m azot gaz n ortamdan uzakla t rmak için, biyolojik reaktör ile çöktürme tank aras ndaki kanalda veya k sa kalma zamanl (5-10 dakika) ayr bir tankta havaland rma yap l r. Evsel at ksudan ayr k sistemde azot giderimi parametreleri de Tablo 6.15de verilmektedir. ekil 6.4de verilmektedir. Tipik tasar m Tablo 6.15 Evsel at ksudan azotun gideriminde iki kademeli biyolojik ar tma sisteminin tasar m parametreleri (1). Ar tma prosesi Reaktör tipi Tasar m parametreleri c,gün a,saat a UKM mg/l ph S cakl k Katsay s b Tek-basamak Nitrifikasyon Kesikli c 1,08-1,1 Denitrifikasyon d Kesikli a 20 o C deki de erler b T-20 K T = K ,2-2 c dü ük de erler bulunmu tur d metanol gereksinimi yukar daki e itli e göre bulunur e kat ta y c s n n derecesine göre yüksek de erler gözlenebilir ,5-7 1,14-1,16 ekil 6.4 Azot gideriminde iki basamakl biyolojik ar t m prosesi ak m diyagram. Bu proseste, nitrifikasyondan sonra çöktürme tank na alum ilave edilerek ayn zamanda fosfor giderimi de yap labilir. Denitrifikasyon ad m ndan sonra ç k suyu ask da kat ve fosfor giderimi için filtrelenir veya alum ile çöktürme yap l r. Nitrifikasyon reaktöründeki bakteriler, azot ve BOIyi ar tan bakterilerden olu maktad r. Bu iki grup organizman n da l m iki reaktörde de i iklik gösterir. Nitrifikasyon tank ndaki toplam ask da kat miktar, uçucu ask da kat miktar ndan % daha fazlad r. Fosfor giderimi de yap l yor ise çamur kimyasal çöktürücüleri de içerir. Denitrifikasyonu etkileyen ba l ca i letme ve çevre de i kenleri Tablo 6.16da verilmektedir. 204

213 Tabloda verilen kinetik de erlerden, denitrifikasyon için minimum çamur ya c M belirlenir. Kinetik sabitler Tablo 6.16dan yararlanarak i letme s cakl için düzeltilir. SF = c/ c M, emniyet faktörü e itli inden yararlanarak tasar mda kullan lan c de eri hesaplan r. 1/ c = (YU -k d ), e itli i kullan larak U, substrat kullan m h z hesaplan r. U= (ks/(k s + S)) e itli i kullan larak S, substrat konsantrasyonu hesaplan r. Hidrolik kalma zaman belirlenir U =(S o S)/ X çamur atma h z hesaplan r. S cakl k sistem ar t m verimini önemli ölçüde etkileyece inden dikkate al nmal d r. Örne in, s cakl k katsay s 1,12 kullan ld nda, 10 o Cdeki reaktör hacmi, 20 o Cde gereken reaktör hacminin 3 kat olacakt r. Tasar m yap l rken, reaktör hacmi seçiminde esnek davranmak gerekir. Ek reaktör hacmi, kesikli reaktör ilavesi ile sa lanabilir. Bu reaktörlerde hacim reaktör uzunlu u ayarlanarak azalt labilir, artt r labilir veya alternatif olarak so uk hava artlar na adaptasyon için sistemde çamur miktar artt r l r veya reaktörde s yal t m yap l r. Tablo 6.16 Denitrifikasyon Prosesi Üzerine letme ve Çevre Faktörlerinin Etkileri (1). Faktör Etkinin aç klamas Nitrat konsantrasyonu Maksimum mikroorganizma büyümesini etkiler. A a daki model ile gösterilir. Karbon konsantrasyonu Karbon konsantrasyonunun etkisi de Monod e itli i kullan larak modellenir. Karbon kayna olarak metanol al nd nda a a daki e itlik kullan l r. M= metanol konsantarsyonu, mg/l K M = metanol için yar doygunluk sabiti, mg/l S cakl k S cakl n etkisi önemlidir, a a daki e itlik ile belirlenir. P = 0,25 T 2 P = 20 o C deki denitrifikasyon h z yüzdesi T = s cakl k, o C PH Optimum ph aral 6,5-7,5, optimum ph art ise 7dir. Biyofilmli Sistem: Tablo 6.17 ve 18de de görüldü ü gibi birçok biyofilmli denitrifikasyon sistemi geli tirilmi tir. Ak kan yatak ve döner biyodisk reaktörleri bu amaçla çok kullan lan 205

214 sistemlerdir. Ak kan yatakta at ksu, kum, antrasit gibi ince taneli dolgu maddelerini ask da veya ak kan halde tutabilecek h zda geçirilir. Reaktörü ak kanla t rma, özgül yüzey alan n artt r r ve reaktörde yüksek biyokütle konsantrasyonu olu umunu sa lar. Bu tip reaktörler için küçük alanlar yeterli olup di erlerine k yasla i letmesi de daha kolayd r. Döner biyolojik disklerin denitrifikasyon i letmesi haval proseslerde oldu u gibidir. Ancak anoksik ortam sa lanabilmesi için diskin tamam suya gömülü olarak çal r. Fazla çamuru gidermek için çöktürücü gerekmektedir. Tablo 6.17 Biyofilmli denitrifikasyon sistemlerinin tan m (1). S n fland rma Tan mlama Tipik giderme h z kg/m 3.gün Dolgulu kolon reaktörü Gaz-dolumlu Reaktör anoksik artlar sa lamak için azot gaz ile doldurulur. 1,6-1,79 S v -dolumlu Ak kan yatak Yüksek gözenekli ortam, ince kum Yüksek ve dü ük gözenekli dolgulu kolonlar n her ikisinde de, biyokütleyi kontrol etmek için dolgunun geri y kamas gerekir. Gözeneklilik, ortam yo unlu unun ve ak h z n n ayarlanmas ile de i tirilir. 0,096-0, Yüksek gözenekli, aktif karbon Döner biyolojik disk a kg/m 2.gün Sistem haval prosesteki gibidir, ancak disk bat k durumdad r. 4,8 6 0, ,0073 a Tablo 6.18de döner biyolojik diskte BOI giderimi ve nitrifikasyon verimlili i ile ilgili çe itli ülkelerde yap lan çal malar n sonuçlar verilmektedir. 206

215 Tablo 6.18 Döner Biyodisk tesislerinin verimleri (2). Ülke Tesis Uygulanan BOI g/m 2.gün ngiltere Tam ölçekli 6 Federal Almanya Pilot Tam ölçekli Aç klama -Ar t lm at ksu BOIsi 20mg/l(y l n %95inde gerçekle mekte) -Nitrifikasyon gerçekle iyor, -Ba ar l nitrifikasyon (17-23 o C) -%90 n üzerinde BOI giderimi, -Azalt lm rand manla büyük tesislerdeki yükler uygulanabilir, Hindistan Amerika Tam ölçekli 10saat/gün Tam ölçekli %85-89 BOI giderimi ( 23 o C) %85-94 BOI giderimi Denitrifikasyon Proseslerinin K yaslanmas Çe itli denitrifikasyon proseslerinin genel k yaslamas Tablo 6.19da verilmektedir. Birçok proses hala deneme a amas ndad r. Hemen hemen tüm durumlar için, pilot çal malar önerilir. Böyle bir ön çal ma olana yoksa tasar m kriterlerinin seçiminde emniyetli olunmas önerilmektedir. Tablo 6.19 Denitrifikasyon sistemlerinin k yaslamas (1). Sistem tipleri Üstünlükleri Mahzurlar Ask da büyüyen Metanol ilavesi + nitrifikasyon Denitrifikasyon h zl d r, küçük alt yap ilavesi gerekir, i letmede kararl l k, ar tmada az limitasyonlar, ilave metanol oksidasyon ad m kolayl kla ilave edilebilir, sistemdeki her bir proses ayr olarak optimize edilir, yüksek derecede nitrifikasyon gerçekle ir. Metanol gereksinimi vard r, i letme stabilitesi çöktürme tank ile ili kilidir, bile ik sistemden daha çok birim proseslere ihtiyaç duyulur. Biyofilmli sistem Metanol ilavesi + nitrifikasyon Denitrifikasyon h zl d r, küçük alt yap ilavesi gerekir, i letmede kararl l k, kararl l k çöktürme tank ile ili kili de ildir, yüksek azot ar t m, her bir proses ayr olarak optimize edilebilir. Metanol gereksinimi vard r, metanol oksidasyonu için gerekli kademe kolayl kla sisteme adapte edilemez, bile ik sistemden daha çok birim proseslere ihtiyaç duyulur. Birle ik karbon oksidasyonu + nitrifikasyon + denitrifikasyon (ask da Metanol ilavesi gerekmemektedir, daha az say da birim proses gerekir. Denitrifikasyon h z çok yava t r, büyük hacimler gerektirir, metanol ilaveli 207

216 büyüyen sistem ve içsel karbon kullan m ) Birle ik karbon oksidasyonu + nitrifikasyon + denitrifikasyon (ask da büyüyen sistem ve at ksu karbonunun kullan lmas durumunda) Metanol ilavesi gerekmemektedir, daha az say da birim proses gerekir. sistemden daha dü ük azot verimlili ine sahiptir, sistem stabilitesi çöktürme tank ile ili kilidir, toksinlere kar kar koruma sa lanamamaktad r, nitrifikasyon ve denitrifikasyonu ayr optimize etmek güçtür, Denitrifikasyon h z çok yava t r, büyük hacimler gerektirir, metanol ilaveli sistemden daha dü ük azot verimlili ine sahiptir, sistem stabilitesi çöktürme tank ile ili kilidir, çamur kabarmas olma ihtimali çok yüksektir,, toksinlere kar koruma sa lanamamaktad r, nitrifikasyon ve denitrifikasyonu ayr optimize etmek güçtür. Tablo Nitrifikasyon ve Denitrifikasyonda oksijen ve alkalinite kullan m (10). Oksijen kullan m Alkalinite kullan m Proses molo 2 /moln go 2 /gn go 2 /gn * E de er.alk./ E de er.alk./ moln moln* Nitrifikasyon 2 4,57 4,3 2 1,9 Denitrifikasyon -1,25-2,86-2,4-1 -0,8 Nitrifikasyon+ Denitrifikasyon 0,75 1,71 1,9 * Pratik de erler, çamur üretimindeki azotu da içermektedir. 6.8 Biyolojik Fosfor Giderimi 1 1,1 Son y llarda kimyasal ar t ma alternatif olarak birçok biyolojik fosfor giderim prosesleri geli tirilmi tir. Fosforun biyolojik olarak giderilmesi, ortofosfat, polifosfat ve organik ba l fosforun mikroorganizma hücre dokusuyla ba lanmas esas na dayan r. Toplam giderilen miktar ortamdaki net çamur miktar ile ba lant l d r. Mikroorganizma hücre yap s ndaki fosfor içeri i, azot içeri inin be te biridir. Ancak çevre artlar na ba l olarak bu oran üçte bir ile yedide bir aras nda de i ebilmektedir. Ortalama olarak, biyolojik ar t m esnas nda at lan çamur ile birlikte fosforun giderimi de %10 ile %30 aras nda de i mektedir. Sistemin geli tirilmesi durumunda ise verimlilik bu de erlerinde üzerine ç kabilmektedir. Biyolojik fosfor gideriminde mikroorganizmalar s ras yla havas z ve haval artlar alt nda kal rlar. De i en artlar mikroorganizma üzerinde bask yarat r ve ortamdan normalin 208

217 üzerinde a r fosfor al rlar. Fosfor yaln zca hücre bak m, sentezi ve enerji aktar m amac yla kullan lmaz, depolanarak sonraki safhada mikroorganizmalar n kullan m için de saklan r. Fosfor gideren tipik biyolojik ar tma sistemleri; A/O prosesi, Phostrip prosesi, Ard k kesikli reaktörler (AKR) AKRler dü ük debili at ksular için uygun olup, ayn zamanda esnek i letme artlar da sa larlar. Bu reaktörlerde fosfor yan nda azot giderimi de olur A/O prosesi A/O prosesi, at ksulardan karbon ve fosfor gideriminde kullan l r. Ask da büyüyen tek sistem olup haval ve havas z bölümler bir tankta olu turulmu tur. Haval bölümde gerekli kalma zaman olu turuldu unda nitrifikasyon için uygun artlar sa lanm olur. Sistemde çöken çamur geri döndürülerek giri at ksuyu ile kar t r l r. Havas z artlardaki bölümde, geri dönen çamurda tutunmu fosfor ortama geri verilir. Bu safhada BOI ar t m olur. Ortama verilen fosfor, haval artlarda tekrar mikroorganizma taraf ndan tutulur. Böylece at ksudaki fosfor konsantrasyonu azalm olur. Fosfor ar tma verimi, at ksuyuda BOInin P oran na ba l d r. Bu oran 10/1i a t nda ç k suyundaki fosfor konsantrasyonu 1mg/l veya daha alt na dü er. BOI/P oran n n 10/1den daha küçük olmas durumunda metal tuzlar ile fosfor ilave giderimi yap l r PhoStrip Prosesi PhoStrip prosesinde ar tma sisteminin geri devir çamurunun bir k sm havas z fosfor s y rma tank na al n r ( ekil 6.5b). S y rma tank nda kalma zaman 8-10 saat aras nda de i ir. S y rma tank nda fosfor tutunmu halde bulundu u çamur faz ndan s v faza geçer, böylece çamurun fosfor konsantrasyonu dü mü, at ksuyunki ise yükselmi tir. Bu çamur tekrar sisteme geri döndürülür. Fosfor bak m ndan zengin at ksu ise ayr bir tanka al narak, fosfor, kireç veya koagülantlarla çöktürülür. Bu sistemde fosfor kimyasal olarak ortamdan uzakla t r lm olur. Bu sistemler ç k suyunda ki fosforu 1,5 mg/lye kadar dü ürebilir. (a) 209

218 (b) ekil 6.5 Alternatif biyolojik giderim sistemleri: a) A/O prosesi, b) Phostrip prosesi Ard k Kesikli Reaktör Bu reaktörler, hem karbon oksidasyonu, hem de azot ve fosfor giderimi için kullan l rlar ( ekil 6.6). Gerekli ar tma reaktörün i letme artlar n de i tirerek gerekti inde kimyasal ilavesi ile sa lanabilir. Fosfor, koagülant ilavesi ile veya biyolojik olarak giderilebilir. Bu sistemde reaksiyon zaman 3 ile 24 saat aras nda de i ebilir. Haval ve havas z reaksiyon süreleri de i tirilerek nitrifikasyon ve denitrifikasyon reaksiyonlar da ayn sistemde gerçekle tirilebilir. Ortam n haval ve havas z (veya anoksik) olmas durumlar nda s v fazdaki fosfat konsantrasyonunda s ras yla artma ve azalma görülür. Anoksik artlarda organizmalar ortama fosfat verdi inden s v fazda fosfat konsantrasyonu yükselir. Haval artlarda ise fosfat organizmalar taraf ndan tutuldu undan s v fazdaki fosfat konsantrasyonu azal r. Anlat lan bu mekanizma ekil 6.7deki deneysel çal ma sonuçlar nda da görülmektedir (4). ekil 6.6da yakla k 24 saat süreli ard k kesikli sistemdeki çal ma artlar : 2 saat havas z, 2 saat haval, 3 saat havas z, 16,5 saat haval artlarda çal t r lm t r. 0-2 saat aras nda TPda az de i im görülmü, 2-4 saat aral nda haval artta TP konsantrasyonunda büyük bir azalma görülmü, 4-7 saat aral nda havas z ortamda tekrar TP konsantrasyonu artm, 7-24 saat aral nda haval artta TP konsantrasyonu yakla k 2 mg/lye kadar azalm t r ( ekil 6.7). 210

219 ekil 6.6. Karbon, azot ve fosfor gideriminde ard k kesikli reaktör. TP, mg/l zaman(saat) TP TOC TOC, mg/l ekil 6.7. Ard k kesikli reaktörde toplam fosfor ve TOK konsantrasyonunun zamanla de i imi (4). Tablo 6.21 Biyolojik Fosfor giderim proseslerinin tipik tasar m bilgileri (1). Tasar m parametreleri Birim Proses A/O PhoStrip Ard k kesikli reaktör F/M oran mgboi/mguakm.gün 0,2-0,7 0,1-0,5 0,15-0,5 c çamur kalma ya gün X Hidrolik kalma zaman, Havas z bölüm Haval bölüm mguakm/l saat ,5-1, , Çamur geri devir yüzdesi Besleme debi %si ç çevrim yüzdesi Besleme debi %si a Havas z fosfor s y r c alt ak m a 211

220 6.8.4 Biyolojik Fosfor Giderim Proseslerinin K yaslanmas. Çe itli biyolojik fosfor giderim prosesleri Tablo 6.22da k yaslanm t r. Ar tma prosesine besi maddesi giderimi de ilave edildi inde, biyolojik prosesler birçok üstünlü e sahip olurlar. Besi maddelerinin giderim gereklili i artt kça, proseslerin çe itlili i de artacakt r. Bu proseslerin iyi bir verimde çal mas, yerel artlara ba l d r. Pilot tesis çal malar, i letme verilerini ve tasar m kriterlerini geli tirmek için önerilmektedir. 6.9 Azot ve Fosforun Biyolojik Olarak Giderimi Azot ve fosforun birlikte ar t m için birçok biyolojik proses geli tirilmi tir. Bunlar n ço u özel sistemler olup, azot ve fosfor giderimi için haval, havas z ve anoksik bölümlerin bile iminden olu mu aktif çamur prosesi formundad r. Bu proseslerin baz lar temelde fosfor giderimi için geli tirilmi olup, daha sonra azot ve fosforun birlikte ar t labilece i sistemlere dönü türülmü tür. Çok yayg n olarak kullan lan sistemler: A 2 /O prosesi, Be basamakl Bardenpho prosesi, UCT prosesi, VIP prosesidir. Bu 4 proses ekil 6.8de ematik olarak gösterilmi olup tipik tasar m kriterleri de Tablo 6.23de verilmi tir. Ard k kesikli reaktör, ayn ekilde birle ik azot ve fosfor gideriminde de kullan labilmektedir. Tablo 6.22 Biyolojik fosfor giderim proseslerinin avantaj ve dezavantajlar (1). Proses Üstünlükleri K s tlar A/O letme kolayl, Ayn zamanda yüksek azot ve fosfor Çamur P içeri i %5-7 oldu undan iyi gübre giderim verimlili ine ula lamaz, özelli ine sahip, So uk iklim i letme artlar alt nda verim K sa hidrolik kalma zaman, de i kendir. P giderim verimi dü ürüldü ünde, tam Yüksek BOI/P oran gerekli, nitrifikasyon meydana gelir. Haval çamur ya azalt ld nda, yüksek oksijen transferi sa layan havaland r c lar gerekebilir. Proses kontrol esnekli i azd r. PhoStrip Mevcut aktif çamur sisteminde kolayl kla dönü türülebilir. Proses esnektir, P giderimi BOI/P oran ile kontrol edilmez, kimyasal çöktürmeden daha az kimyasal kullan m vard r, 1,5mg/lden daha ç k ortofosfat konsantrasyonuna ula l r. P giderimi için kireç ilavesi gerekir, Son çöktürücüde P s yr lmas n önlemek için yüksek çözünmü oksijen konsantrasyonu gerekir, S y rma için ek bir tank gerekir, Kabuk olu umu bak m problemi yaratabilir, Ard k Kesikli Reaktör Birle ik azot ve fosfor giderimi için sistem oldukça esnektir. Prosesi çal t rmak oldukça kolayd r, Çamur hidrolik de i iklikte de arj edilmez. Yaln zca küçük debili at ksular için uygundur. Gere inden fazla üniteler gerekir, Ç k suyu kalitesi güvenli bo altmaya ba l d r, Çok az tasar m verisi yeterli olabilir. 212

221 6.9.1 A 2 /O Prosesi A 2 /O prosesi, A/O prosesinin bir modifikasyonu olup, denitrifikasyon için anoksik bölüm de içermektedir. Anoksik bölümde kalma zaman yakla k olarak bir saattir. Anoksik bölümde çözünmü oksijen dü üktür, ancak nitrit ve nitrat formundaki kimyasal ba l oksijen haval bölümden geri devirle sisteme verilmektedir. Ç k ta filtrasyon olmaks z n, 2 mg/lden daha az fosfor konsantrasyonu olabilmektedir. Ç k suyunun filtrasyonu ile fosfor konsantrasyonu 1.5mg/lden daha dü ük olabilir Bardenpho Prosesi (Be basamakl ) Azot gideriminde kullan lan Bardenpho prosesinin, azot ve fosfor giderimi için de i tirilmi eklidir. Fosfor giderimi amac yla ortama be inci basamak (havas z) konulmu tur. Be basamakl sistemde haval, havas z ve anoksik bölümler fosfor, azot ve karbon gideriminde rol oynarlar. kinci anoksik bölüm, haval bölümde olu an nitrat elektron al c, içsel organik karbonu ise elektron verici olarak kullan p ilave denitrifikasyonu sa lar. Son haval bölüm ise kal nt azot gaz n çözeltiden s y rmak ve son çöktürücüde fosfor aç a ç kmas n en aza indirmek için kullan l r. S v kar m birinci haval bölümden anoksik bölüme geri beslenir. Uzun çamur kalma ya nda çal t r ld ndan dolay (10-40 gün) karbon oksidasyon kapasitesi de yüksektir UCT Prosesi Cape Town üniversitesi taraf ndan geli tirilen UCT prosesi, iki durum hariç A 2 /O prosesine benzemektedir. Aktif çamur dönü ü haval bölüm yerine, anoksik bölüme geri döndürülür ve iç döngü ise anoksik bölümden havas z bölümedir. Aktif çamurun anoksik bölüme geri döndürülmesi ile nitrat havas z bölüme girmez, böylece havas z bölümde fosforun daha iyi aç a ç kmas sa lan r. ç döngü ise havas z bölümde organik kullan m art n sa lar. Anoksik bölümdeki kar m, önemli miktarda çözünmü BOI ve az miktarda nitrat içerir. Anoksik kar m n geri dönü ü, havas z bölümde fermentasyon h z için optimum artlar sa lar VIP Prosesi VIP prosesi, geri döngüler hariç A 2 /O ve UCT proseslerine benzer. Aktif çamur geri dönü ü, haval bölüm geri dönü ü ile birlikte anoksik bölüme verilir. Anoksik bölümün kar m havas z bölüme geri beslenir. Deneysel verilere dayanarak, at ksudaki organik maddenin bir k sm havas z mekanizma taraf ndan stabilize olur, bu da prosesin oksijen ihtiyac n azalt r. 213

222 (a) (b) ( c) 214

223 (d) ekil 6.8 Birle ik azot ve fosfor giderim prosesleri; a)a 2 /O prosesi, b) be -basamakl Bardenpho prosesi, c) UCT prosesi, d) VIP prosesi. Tablo 6.23 Birle ik azot ve fosfor gideriminde biyolojik proseslerin tipik tasar m bilgileri (1). Tasar m parametreleri Prosesler A 2 /O Bardenpho UCT VIP 5-basamak F/M (mgboi/mguakm.gün) 0,15-0,25 0,1-0,2 0,1-0,2 0,1-0,2 c, gün X, mgakm/l Hidrolikkalma zaman, (saat) Havas z bölüm Anoksik bölüm-1 Haval bölüm-1 Anoksik bölüm-2 Haval bölüm-2 0, ,5-1 3, , , Aktif çamur geri dönü ü Besleme debisi %si ç döngü Besleme debisi %si Tablo Aktif çamur ve Bardenpho proseslerinin ç k suyu özelliklerinin kar la t r lmas (3). Parametre Aktif çamur Bardenpho BOI 5 KOI Toplam azot Nitrat Amonyum ,5 AKM Fosfor ,

224 Biyofilmli Sistemler: Organik madde ar t m nda kullan lan biyofilmli sistemler azot ve fosfor giderimi için de kullan lmaktad r. Damlatmal filtre ve di er filtre çe itleri ile ak kan yatak sistemleri bu amaçla kullan lmaktad r. Bu sistemler yüksek ar tma verimlerinde çal t klar ndan ç k ta oldukça dü ük N ve P konsantrasyonlar na ula labilmektedir. (Tablo 6.25). Tablo 6.25 Azot ve Fosfor gideriminde biyofilmli sistemlerin ç k suyu de erleri (5,6,7,8,9). Sistemler Ç k konsantrasyonlar Batm filtre 2 mgp/l ve 5 mg TKN/l Ak kan yatak Bat k yüzen dolgulu filtre Yukar ak l kum filtre Yukar ak l granüler dolgulu haval filtre 0,02 mgp/l 1mgPO 4 -P/l 0,15mgP/l ve 0,5-2 mgn/l 1mgPO 4 -P ve 1mgNH 4 -N/l Proses Seçimi Yukar da bahsedildi i gibi besi maddelerinden yaln zca birini veya her ikisini gidermeye yönelik de i ik biyolojik prosesler geli tirilmi tir. Havaland rmadan sonra denitrifikasyonun mahzuru ilave karbon kayna na ihtiyaç duyulmas d r. Bu prosesin verimi biyolojik olarak kolay parçalanabilen organik maddelerin miktar na ba l d r ve genellikle i letme giderleri fazlad r. Nitrifikasyonun tam olarak gerçekle ebilmesi ve nitrifikasyon bakterilerinin geli ebilmesi için çamur ya kritik de erden büyük olmal ve karbonlu organik maddelerin oksidasyonu için gerekli çamur ya na göre 1,5-2 kat daha fazla tutulmal d r. BOI/TKN oran da prosesin verimini etkilemektedir. Biyolojik olarak giderilecek fosfor miktar n KOI/TP oran belirler. Kolay parçalanabilen karbon kaynaklar biyolojik fosfor giderme prosesinin veriminde önemli rol oynarlar. Fosfor depolayan organizmalar n polifosfat depolayabilmeleri, dü ük molekül a rl kl organiklerin, özellikle uçucu ya asitlerinin bulunmas na ba l d r. Biyolojik olarak giderilebilecek fosfor miktar, havas z bölmede fosfor depolayan organizmalar n çözünmü fermentasyon ürünleri ile olan temas na ba l d r. Fosfor depolayan bakteriler havas z ve haval olarak de i en ko ullara kar hassast rlar. BOI/P oran ve biyolojik olarak parçalanabilen organik madde içeri i, proses seçiminde en etkili faktördür. Biyolojik fosfor giderme proseslerinde BOI/P oran 20 ise 1-2 mg/l ç k fosfor konsantrasyonu elde etmek oldukça zordur. Phostrip prosesi, teorik olarak giri fosfor konsantrasyonuna daha az hassast r. Zay f at ksular n ar t lmas nda tercih edilir. Biyolojik olarak parçalanabilen organik madde içeri i artarsa fosfor giderme verimi de artar. Azot giderimi gerekli de il ise A/O ya da PhoStrip prosesi ile fosfor giderilebilir. PhoStrip prosesi ile 1mg/l ç k fosfor konsantrasyonu elde etmek mümkündür. A/O prosesi ile bu de ere ula mak zordur. 216

225 Sadece amonyum giderimi ya da toplam azot konsantrasyonunu 6-12mg/lye getirmek yeterli ise, tek anoksik üniteli prosesler uygundur. At ksular n içerdikleri besi maddelerini sadece fiziksel/kimyasal veya klasik aktif çamur ya da tamam yla biyolojik proseslerle gidermek yeterli olmayabilir. Bu sebeple çal mada bahsedilen proseslerden al c ortamlar n hassasiyetine göre, ülke artlar ve ekonomi de gözönünde tutularak uygun olan n n seçilmesi gerekir. Do ru bir sistem tasar m, besi maddesi ve karbon giderimi esaslar n n belirlenmesini ve bu süreçleri sa layacak organizma gruplar n n geli mesini içine almal d r (3) Kimyasal Yöntemlerle Fosfor Giderimi Kimyasal fosfor gideriminin temeli çözünmü haldeki fosforun kat tanecik formuna dönü türülerek ortamdan uzakla t r lmas d r. Fosforun bir k sm klasik ikinci kademe ar tma sisteminde, birinci ve ikinci kademe ar tma prosesinin her ikisinde de giderilir. Birinci kademe çöktürmede giderim fosforun kat tanecik formunda olmas ile s n rlanm olup çöktürücünün verimine ba l d r. kincil ar tma prosesinde, fosfor mikroorganizma yap s na girdi inden dolay, son çöktürmede çöken mikroorganizmalar n uzakla t r lmas ile giderimi sa lanm olur. Böylece, konvansiyonel ikinci kademe ar tma ile giderilen fosfor miktar mikroorganizma üremesinin bir fonksiyonudur. Ç k suyunda toplam fosfor konsantrasyonu, C TP,ç k. A a daki gibi ifade edilebilir; Burada, C TP,ç k. = C ÇP,ç k. + X ç k. m px C ÇP,ç k. = çözünmü fosfor konsantrasyonu (genel olarak ortofosfat), mg/l X ç k. = ç k ask da kat konsantrasyonu, mg/l, m px = ask da kat kuru maddedeki fosfor konsantrasyonu, mg P/mg ask da kat Konvansiyonel aktif çamur için, m px de eri mgp/ g uçucu ask da kat d r. Kimyasal fosfor giderimi için m px de eri 40 ile 100 mgp/mg ask da kat (4-10%) aras nda de i ir. A a da verilen tipik katyonlar fosforun at ksudan çöktürülmesi için kullan l r: Aluminyum Demir ve Kalsiyum Uygun ko ullarda alt nda bu üç katyon ortofosfat ile çözünmez formda çökelti olu turur. Bu nedenle çözünmü ortofosfat kimyasal ar t mla giderilen birincil fosfordur. Di er fosfat formlar ( polifosfatlar, kolloidler, ve fosfor içeren tanecikler) adsorpsiyon, koagülasyon, sedimentasyon, filtrasyon veya biyolojik yöntemler gibi ikinci kademe ar tma mekanizmalar ile ortamdan giderilirler. Kimyasal fosfat gideriminde olu an çökeltilerin yap s çok iyi bilinmemektedir. Tablo 6.26da fosfat giderimi s ras nda olu an kimyasal kat lar verilmektedir. 217

226 Tasar m, i letme ve kimyasal fosforun analizinde üç önemli parametre a a daki gibidir: Gerekli dozaj Ula labilen minimum fosfat konsantrasyonu phn n etkisi Tablo 6.26 Kimyasal giderim s ras nda olu an muhtemel çökeltiler (11). Katyonlar AL(III) Fe(II) Çökeltiler Aluminyum fosfat AL r (H 2 PO 4 )(OH) 3r-1 Aluminyum hidroksit AL(OH) 3 Demir (II) fosfat Fe 3 (PO 4 ) 2 Demir (II) hidroksit Fe(OH) 2 Fe(III) Demir (III) fosfat Fe r (H 2 PO 4 )(OH) 3r-1 Demir (III) hidroksit Fe(OH) 3 Ca(II) Trikalsiyum fosfat Ca 3 (PO 4 ) 2 Hidroapatit Ca 5 (OH)(PO 4 ) 2 Kalsiyum karbonat CaCO 3 Fosfor gideriminde en yayg n kullan lan metal tuzlar olan demir klorür ve aluminyum sülfat n yan s ra polimerler de bu metal tuzlar ile birlikte çok kullan l rlar. Kireç, daha fazla miktarda çamur olu turdu u için metal tuzlar kadar yayg n kullan lmaz. Fosfor gideriminde kimyasal seçimini etkileyen faktörler Tablo 6.27de verilmektedir. Tablo 6.27 Fosfor giderimi için kimyasal seçimini etkileyen faktörler (1). Giri suyunda fosfor seviyesi At ksudaki ak m Alkalinite Kimyasallar n fiyat (ula t rma dahil) Kimyasallar n güvenilirli i Çamur çöktürme i lemleri Son uzakla t rma metotlar Di er ar tma proseslerine uygunluk Çöktürücü olarak alum, demir veya kireç kullan ld nda çamur miktar n n hesab için gereken reaksiyonlar n özeti Tablo 6.28de verilmektedir. 218

227 Tablo 6.28 Çamur üretimini hesaplamada kullan lacak kimyasal reaksiyonlar (1). Reaksiyon Kireç Çamurdaki kimyasal 1. 5Ca PO OH - Ca 5 (PO 4 ) 3 (OH) Ca 5 (PO 4 ) 3 (OH) 2. Mg OH - Mg(OH) 2 Mg(OH) 2 3. Ca CO 3 CaCO 3 CaCO 3 Alum 1. Al PO 4 AlPO 4 AlPO 4 2. Al OH - Al(OH) 3 Al(OH) 3 Demir Fe(III) 1. Fe PO 4 FePO 4 FePO 4 2. Fe OH - Fe(OH) 3 Fe(OH) Metal Tuzlar ve Polimer Kullan larak Fosfor Giderilmesi Demir ve aluminyum tuzlar ar t m prosesinin farkl noktalar nda sisteme ilave edilir. Fakat, polifosfat ve organik fosfor ortofosfordan daha zor giderildi i için alum ve demir tuzlar n n ikinci kademe ar t mda ilavesi daha iyi sonuç verir. Kimyasal ilavesine ba l olarak iyi bir çöktürmeden dolay azot giderimi de görülür. lave edilen kimyasallar nedeniyle çözünmü kat maddede art görülebilir. lk Çöktürmeye Metal Tuzlar lavesi: Alüminyum veya demir tuzlar ar t lmam at ksuya ilave edildi inde çökelti olu turmak için çözünmü ortofosfat ile reaksiyona girer. Organik fosfor ve polifosfatlar floklar üzerine adsorplanarak daha kar k bir mekanizma ile giderilirler. Çözünmez formdaki fosfor ile birlikte önemli miktarda BOI ve ask da kat sistemden birincil çamur olarak giderilir. Uygun kar t rma ve flokülasyon ayr bir ünitede veya mevcut sistem bu i lemi görecek ekilde de i tirilerek sa lanmal d r. Polimer ilavesi çöktürmeye yard m için gerekebilir. Dü ük alkaliniteli sularda, ph 5-7de tutmak için baz ilavesi gerekebilir. Alum için tavsiye edilen dozlar Tablo 6.29da verilmektedir. Tablo 6.29 Çe itli fosfor giderim seviyeleri için tipik alüm dozajlar (1). Fosfor Giderimi, % Mol oran, Al:P Aral k 1.25:1 1.5:1 1.6:1 1.9:1 2.1:1 2.6:1 Tipik 1.4:1 1.7:1 2.3:1 kinci Kademe Ar tmaya Metal Tuzlar lavesi: Metal tuzlar aktif çamur havaland rma tank nda ham at ksuya veya son çöktürme tank giri ine ilave edilebilir. Damlatmal filtre sistemlerinde, tuz ham at ksuya veya ç k a ilave edilebilir. Birden fazla noktadan da ilave yap labilir. Fosfor giderimi çöktürme, adsorpsiyon, iyon de i imi ve flokla ma reaksiyonlar n n tümünü kapsamakta olup birincil, ikincil veya her iki çamurun 219

228 uzakla t r lmas ile ortamdan giderilir. Teorik olarak AlPO 4 ün minimum çözünürlü ü ph 6,3 de ve FePO 4 ünkü ise ph 5,3tedir. Ancak pratik uygulamalarda en iyi sonuç ph n 5,5-7 aral nda elde edilmektedir. Yaln z yüksek phlarda iyi sonuç verdi inden dolay demir tuzlar n n fosfor ar t m nda kullan m s n rl d r. Dü ük alkaliniteli sularda, sodyum aluminat ve alüm veya kireç ilaveli demir 5,5in üstünde ph sa lamak için birlikte kullan labilirler. yi bir çöktürme ve dü ük BOI için son çöktürücüye polimer ilave edilir. Metal iyonu- fosfor molar oran 1-3 aral l nda uygulan r. Son Çöktürmeye Metal Tuzlar ve Polimer lavesi: Damlatmal filtre ve uzun havaland rmal aktif çamur prosesleri için baz durumlarda, çamur floküle olmayabilir ve son çöktürme tank nda çökmeyebilir. Bu çöktürme problemi sistemin a r yüklenmesi durumunda görülebilir. Alüminyum veya demir tuzlar n n ilavesi metalik hidroksil ve fosfatlar n çökmesine neden olacakt r. Bunlar n polimerlerle birlikte kullan m kolloidal tanecikleri koagüle ederek giderimini kolayla t racakt r. Alum ve demir tuzlar n n dozaj nda metal/ fosforun molar oran, ikinci kademe ç k nda fosfor konsantrasyonu 0,5mg/lden büyükse 1-3 aral nda seçilir Kireç Kullanarak Fosfor Giderimi Fosfor gideriminde kireç kullan m metal tuzu kullan m na k yasla çamur miktar nda art oldu undan kirecin besleme, depolama ve tutma safhalar nda bak m ve i letme problemlerinden dolay azalmaktad r. Kireç kullan ld nda, dozaj kontrolünde esas de i kenler, gerekli ar t m derecesi ve at ksuyun alkalinitesidir. Her nekadar kireç kullan m kimyasal maliyeti dü ürse de, yaln zca büyük sistemlerde fizibil olabilecek alternatif yöntemdir. Kireç geri kazan m sisteminin kullan ld durumlarda, sistem çamurdaki kalsiyum karbonat s tma ile (980 o C) kirece dönü türen termal rejenerasyonu da içerir. lk Çöktürme Tank na Kireç lavesi: Dü ük veya yüksek dozlu kireç ar t m n n her ikisi de fosforun %65-80 oranlar nda çöktürülmesinde kullan l r. Kireç kullan ld nda, kalsiyum ve hidroksitin her ikisi de ortofosfat ile çözünmez hidroksiapatit Ca 5 (PO 4 ) 3 OH olu turmak üzere reaksiyona girer. Yüksek dozlu kireç sistemlerinde, PHy 11e yükseltmek için yeterli kireç ilave edilir. Çöktürmeden sonra, ç k suyu biyolojik ar t ma öncesi tekrar karbonatland r l r. Aktif çamur sisteminde, birinci kademe ç k ph 9,5-10u a mamal d r. Dü ük-kireç dozlar nda Ca(OH) 2 olarak uygun aral k mg/l d r. Birincil çöktürmede BOI giderimi ph 9,5da %50-60 elde edilir Yapay Sulak Alanlar Yapay sulak alanlar seçilen bir arazide at ksu ar t m amac yla olu turulan sulak alanlard r. Ba l ca a a daki amaçlar için kullan l rlar: 220

229 Yerle im birimlerinde septik tanklardan (veya imhoff tanklar ndan) gelen at ksular n ar t lmas Yüksek de arj standartlar n sa lamak amac yla, havaland rmal lagünlerde veya konvansiyonel ar tma tesislerinde ar t lm at ksulara üçünce derece ar tma sa lanmas. Bu tip ar tman n hangi büyüklükte nüfuslara uygulanaca, mevcut arazi durumu, iklim, zemin artlar çe itli yerel faktörlere ba l d r. Yapay sulak alanlar, çok büyük arazi gerektirir (2-5 m 2 /ki i). Almanyada bir tekstil tesisinin at ksular n ar tan sulak alan n büyüklü ü 23,5 had r. Su Bitkileri Çe itleri: Yapay sulak alanlarda kullan lacak bitkiler, o bölgede kolayca yeti en mahalli bitkilerden seçilmelidir. Seçilen bitki türü, h zla büyümeli, besi maddeleri (N ve P) yönünden zengin at klara dayanmal ve sulak ortamda ya ayabilmelidir. A a daki belirtilen bitki çe itlerinden biri seçilebilir: Phragmites australis ve phragmites communis Typha spp. (Cattail) Schoenoplectus validus (büyük has r otu) Juncus ingens (dev has r otu) Su bitkileri, havadan ald klar oksijeni köklerine ta rlar ve bir k sm n s v substrata yayarlar. Su bitkilerinin oldukça derin kökleri vard r. Kök gövdeler, suda oldukça büyük hacim tutarlar ( ekil 6.9). Bunlar: Substrat içindeki mikroorganizmalara oksijen sa larlar Zeminin hidrolik geçirgenli ini düzenlerler. Bitkiler oksitlenmi mikrozonlar olu tururlar. Aksi halde, anoksik ve havas z artlar olu acakt r. Bitkiler, ayr ca organik maddeleri stabilize ederler ve nitrifikasyondenitrifikasyon h z n artt r rlar. Kök ve kök gövdeler, zemini delerken topra gev etirler ve geçirgenli i artt r rlar. Kam yataklar, ayn zamanda büyüme mevsimlerinde terleme ve buharla may da artt r rlar ( m 2 /m 3 /y l veya mm/gün). Tropik iklimlerde bu miktar, daha yüksektir ve yataktan ç kan su da bununla ters orant l olarak azal r. Tropik iklimlerde bazen, amaç bu olmamakla beraber, s f r debi görülebilir. Orta Avrupan n iklim artlar nda, 8 m 2 /ki i e de er nüfusa göre projelendirilen kam yataklar ndan hiç su ç kmamaktad r. Yapay sulak alanlarda çok-bile enli organik madde giderimi de olmaktad r. Kuzey Avrupadaki phragmites bitkilerinde fenol giderimi ara t r lm ; bunun % 72sinin zemin organizmalar n n metabolizmas, %16,7sinin bitki dokular ve %9,1inin de uçma sonucu giderildi i görülmü tür. 221

230 ekil 6.9 Kök tabakas ar t m için kam yata kullan m. Burada tipik phragmites australis tipi makrofit gösterilmektedir (2). n aat: Tipik bir kam yata veya makrofit hende i ekil 6.9da görülmektedir. Bu, yakla k m derinli inde s bir yatakt r. Yatak, çak l ( 15 mm), kum veya seçilmi toprakla doldurulur. Zeminin geçirgenli i %42 civar nda olmal d r. Bu geçirgen kitle bir zemin, kumlu toprakla biraz kar t r larak veya kompost ile mahalli toprak kar t r larak elde edilebilir. Bu zeminin haz rlanmas, en önemli maliyet unsuru olabilir. Yatak, planda dikdörtgen olabilir (uzunluk/geni lik =3/1). Yata çevresindeki yer alt suyundan korumak için, kil veya polietilen kaplama yap labilir. Böylece, yer alt suyunun kirlenmesi de önlenmi olur. Taban n geçirimsizli i (hidrolik geçirgenlik m/s ve daha az olmal d r), do al kil veya gerekirse bentonit kullan larak sa lanabilir. Havuzun ba lang c nda bir da t m kanal bulunur. Bu k sm nda bir giri borusu vard r ve kanal, çak lla (50mm) doldurulur ( ekil 6.10). Havuzun ç k k sm nda da yine çak lla (50mm) dolu bir toplama hende i vard r. Burada bir de ç k borusu bulunur. Ar t lan at ksu, de arj edilmeden önce ç k borusundan geçerek su seviyesi düzenleme odas na gelir. Bu odadaki perdeler, havuzdaki su seviyesini belirlemek amac yla ayarlanabilir ekilde yap l rlar. Ba lang çta havuzdaki yük kayb, sadece 50 mm civar nda iken, sonradan köklerin kaplad hacim sebebiyle 0.6 metreye kadar yükselir. Bu durumda, perde seviyesi dü ürülür. Yata n her m 2 sine yakla k 3-5 phragmites bitkisi dikilir. Tam büyümü durumdaki bitkilerin boylar, 3-4 m olabilir. Metre kare ba na kam bulunur. Normal olarak yapay sulak alanlarda çal anlar n yataklara basmalar na izin verilmez. Sivrisineklerle mücadelede kesin bir ba ar elde edilememektedir çünkü bitkiler oldukça s kt r. E er sudaki krom miktar 10 mg/lden fazla ve kadmiyum miktar da 500 mg/lnin üzerinde ise, kam büyümesi olmaz. Xylene, toluen ve alkylated benzen de toksik etki yapmaktad rlar. 222

231 ekil 6.10 Tipik bir kam yata n n boyuna kesiti (Ön ar tma yap lmaktad r) (2). Batm (Alttan) Ak m: Özellikle tropik iklimlerde sivrisinek üremesini ve kötü kokuyu önlemek amac yla batm ak m sa lan r. Birkaç y ll k i letmeden sonra, ölü yapraklar n ve gövdelerin döküntüleri üzerinde de ak m olabilir. Bu, y l içerisinde bazen debinin yükselmesiyle de meydana gelir. Bu durumda yata n büyütülmesi gerekir. S tma tehlikesi olan yerlerde sivrisinek kontrolü yap lmal d r.batm ak ml yapay sulak alanlar n baz tasar m kriterleri Tablo 6.30da verilmi tir. Bu konuda iki önemli husus göz önünde tutulmal d r: Organik madde giderimi Hidrolik ak m artlar Tablo 6.30 Alttan ak l sulak alanlar için proses tasar m kriterleri (2) Parametreler Kalma süresi, gün Max. BOI yüklemesi,kg/ha/gün Hidrolik yükleme, mm/gün Alan ihtiyac, m 2 /e de er nüfus Tipik de erler * 2-30 * (s cak iklimlerde) 2-5 (Il man iklimlerde) 5-10 Yatakta boy/en oran Sivrisinek kontrolü Hasat s kl, y l 5:1 e kadar S cak iklimlerde gerekli 3-5 * Daha yüksek yükleme de erlerinde de kayda de er biyokimyasal /kimyasal oksijen ihtiyac (BOI/KOI) ve toplam ask daki kat madde (TSS) giderimi elde edilir. Fakat, amonyak azotundaki azalma çok fazla de ildir. BOI giderimi, hidrolik yükleme ve boy/en oran na fazla ba ml de ildir Di er leri Ar tma Yöntemleri Ar t lm at ksular n al c ortama de arj söz konusu oldu unda baz özel durumlar d nda konvansiyonel ar t m yöntemleri de arj yönetmeliklerini sa lamada yeterli olmaktad r. Ancak sulama da dahil olmak üzere tekrar kullan m söz konusu oldu unda at ksuyun daha ileri ar t m gereklidir. Uygulamada kullan lan baz ileri ar t m yöntemleri bu bölümde verilmi tir Membran Sistemler Son y llarda geli tirilen baz ar tma teknolojileri ile at ksuyun tekrar kullan m ekonomik olarak mümkün olmaktad r. Özellikle suyun k t oldu u yörelerde ve çok su kullanan 223

232 endüstrilerde önemli altyap yat r mlar yap lmadan önce evsel at ksular n ve kötü kalitedeki yüzey sular n n tekrar kullan m ekonomik bir alternatif olarak dikkate al nmal d r. Membran prosesleri at ksular n tekrar kullan m n mümkün k larak onlar n alternatif su kayna olarak de erlendirilmelerini gündeme getirmi tir. Membran, iki farkl faz veya ortam birbirinden ay ran ve bir taraf ndan di er tarafa maddelerin seçici bir ekilde ta nmas n sa layan geçirgen bir tabakad r. Tüm membranla ay rma teknolojilerinde membrandan geçme yönünde ak sa lamak üzere itici bir kuvvet ve baz maddelerin geçi ini engelleyen ay rma faktörü, temel iki prensiptir. Kütle transferi, konsantrasyon fark, bas nç fark ve elektriksel potansiyel fark gibi itici güçler yard m yla gerçekle mektedir. Membran proseslerinde en yayg n itici kuvvet bas nçt r. Membran ay rma prosesleri mikrofiltrasyon (MF), ultrafiltrasyon (UF), nanofiltrasyon (NF), ters ozmos (RO), elektrodiyaliz (ED), ve pervaporasyondur. Bu yöntemlerde ay rma, moleküllerin boyutlar na ve molekül kütlelerine göre olur. Bu membranlar geçirdikleri maksimum molekül a rl na göre ay rt edilirler ( ekil 6.11). Ters ozmos(ro) Ultrafiltrasyon (UF) Mikrofiltrasyon (MF) (nm) ekil Membran prosesleri ve por büyüklükleri (12) UF ve MFda itici kuvvet tamamen bas nçt r. Pervaporasyon ve RO proseslerinde ise k smen bas nç k smen de konsantrasyondur. Membran prosesleri aras ndaki temel fark kullan lan gözenek boyutundaki farkl l klard r. Bakteriler 100nm den büyük olduklar için 100nmden dü ük membranlarda tutulurlar. RO sisteminde temiz suyu kirli s v dan ay ran yar geçirgen bir membran vard r. Kirli tarafa bir bas nç uyguland nda kirli taraftaki su temiz tarafa diffüze olur. Proses sonunda, istenmeyen kimyasal maddeler yo unla arak temiz sudan ayr l r. RO prosesi at ksudan inorganik tuzlar ay rmada ve at ksudaki belli organik çözücülerin gideriminde kullan l r. En küçük gözenek boyutuna sahip olan ve bu yüzden çok yüksek bas nca ihtiyaç duyan RO prosesinin en yayg n uygulama alan deniz suyu veya tuzlu sudan içme suyu elde edilmesidir. UF ve MF proseslerinde membranlar n gözenek boyutlar daha büyük oldu undan ay rma için daha dü ük bas nç gerekir. UF prosesinde µm büyüklü ündeki partiküller tutulur. UF prosesi at ksudan makro molekül ve kollooidlerin konsantre edilerek ayr lmas nda kullan l r. At ksu belirli gözenek boyutundaki geçirgen zar n bir taraf nda bas nç alt nda bulunur. Gözenek boyutundan küçük tüm maddeler membrandan geçer, büyük boyutlular kirli su taraf nda kal r. UF prosesi, RO prosesi öncesi ön ar t m kademesi olarak da kullan l r. Elektrodiyalizde elektrik yüklü membranlar kullan l r. Katyon veya anyonlar seçici membran taraf ndan reject edilirler. Bu reject edilen anyonlar elektrodiyaliz hücresinden de arj edilirler. 224

233 En yayg n uygulamas peynir alt suyunun tuzsuzla t r lmas d r. Yeni iki katmanl membranlarla at k seyreltik tuz çözeltilerinden asit ve baz üretilerek geri kazanma gerçekle mektedir. Membrandan geçmeyen maddelerin, t kanmaya neden olmamalar için periyodik olarak toplanarak membran n temizlenmesi gerekir Belli Ba l Membran Prosesi Uygulama Alanlar Son yirmi y lda geli tirilen membran prosesleri sayesinde kötü kalite sular n güvenilir, emniyetli ve ekonomik olarak kullan m n n mümkün oldu u kan tlanm t r. Membran proseslerinin belli ba l kullan m alanlar a a da özetlenmi tir: Yer alt suyunun tuzlu su geçi ini önlemek üzere tekrar yüklenmesi, (bu amaçla kullan lacak ar t lm suyun içilebilir su kalitesine getirilmesi gerekmektedir) (13), Dolayl içilebilir su olarak, (içilebilir su kalitesine getirilmi suyun rezervuarlara al nmas, burada bir süre bekletilmesi ve tekrar ar t m için ebekeye geri verilmesi), Do rudan içilebilir su olarak, Sulama suyu olarak, (ar t lm sudaki mineral seviyesine göre MF sonras RO da gerekebilir), Endüstrinin tekrar kullan m, (Boiler a besleme, so utma suyu olarak veya uygun di er proseslerde). Membran prosesi ile ar t larak tekrar kullan m mümkün olan at ksu kaynaklar evsel at ksular veya endüstriyel alanlarda kanal ve nehirlerdeki kirlenmi yüzey sular d r. Kirlenmi yüzey sular durumunda, ar t lacak suya ar t lm kanalizasyon suyu kar m olmas olas d r. Endüstriyel at ksu ar tma tesisi ç k lar da kaynak olabilir. Ancak g da içki ve sa l kla ilgili di er endüstrilerde membran prosesi ç k içilebilir su kalitesine getirilse dahi bu endüstrilerde kullan lmaz. Membran teknolojileri bir çok at ksuyun ar t m nda kullan l r. Örne in: Yar geçirgen malzeme üretimi ve baz metal ve oksit üretimi gibi proseslerde çok saf su kullan l r ve proses sonunda çözünmü ve ask da kat içeri i yüksek bir at ksu olu ur. Bu tür at ksular n ar t m nda MF veya MF +RO prosesleri ile etkin kat giderimi sa land belirtilmektedir (14). Organik ve inorganik kirlili i yüksek düzenli çöp depo alan s z nt sular n n ar t m nda; metal üretiminden kaynaklanan ve çözünür ya içeren at k sular n ar t m nda; metal i leme y kama sular nda çözücü-su, ve ya -su kar mlar n n ar t m nda da membran prosesleri kullan l r. Tekstil endüstrisindeki slak prosesler boya, deterjan ve ask da kat yönünde çok yüksek kalitede ve miktarda su gerektirir. At ksu ar tma tesisi ç k n n de arj standartlar n sa lamas için konvansiyonel fiziko-kimyasal ve biyolojik ar tma tesisleri kullan l r. Ar t lm su ç k n üretim prosesine geri döndürebilmek için ise konvansiyonel ar tma tesislerine ilave olarak daha ileri ar t m gerekmektedir. Aktif çamur ç k n n UF ve RO proseslerinden geçirildikten sonra tekstil endüstrisinin tüm slak proseslerinde kullan labilece i belirtilmektedir (15). Evsel at ksular n MF ve UF yöntemleri ile ar t m deneysel ve pilot ölçekli sistemlerde denenmi, böyle sistemlerin k smen ticari boyutta üretimi yap lm t r. Evsel at ksularla membran prosesi sonras tekrar kullan m için uygun su kalitesine ula abildi i (KOI<30 mg/l, BOI<10mg/l, TOK<10mg/l, bulan kl k=1ntu, AKM=2mg/l) gösterilmi tir (16). Ka t endüstrisi at ksular n n havas z ve/veya haval ar t m ç k n n iki kademeli UF-RO sisteminden geçirilerek %60 n n proseste tekrar kullan m n n mümkün oldu u belirtilmektedir (17). 225

234 Membran Çe itleri Membranlar n performans n, geçirimsizlik derecesi, çözünen madde ak m n reject etme derecesi, geçirim derecesi ve çözücünün membrandan geçme kolayl gibi kriterler belirler. Selüloz asetat membranlar bu kriterlerin kombinasyonunu sa lad ndan yayg n olarak kullan l rlar. Günümüzde kullan lmakta olan de i ik membran tipleri ve bunlar n de i ik biçimlerde bir araya getirildi i de i ik modüller vard r. En yayg n membran çe itleri; borulu, hollow fiber, spiral k vr lm ve plaka ve çerçeve eklindeki membranlard r. Membran yüzeyinde tutunan ve çöken maddelerin membran deliklerini t kamas n önlemek için türbülansl ak artlar n n sa lanmas gerekmektedir (Reynolds say s n n 2000 in üstünde olmas gerekir). Bu da genellikle ç k ak m n n geri devri ile sa lan r. Membranlarda t kanmay önlemek için ask da madde, bakteri ve çökebilen iyonlar n ön ar t mla giderilmesi önerilmektedir. Köpüklenmeyi önlemek ve bakteri/virüs ve besin elementi giderimini sa lamak üzere membran prosesine ilave olarak aktif karbon adsorpsiyonu ve flokülasyon prosesleri uygulan r Membran Performans Membran performans ak ve giderme verimi ifadeleri ile belirtilir. Ak birim zamanda membran n birim alan ndan geçen ak m miktar d r (m 3 /m 2 /sn veya l/m 2 /saat). Giderme verimi ise membran n tuttu u madde miktar n n ölçüsüdür. Membranlar n performans n etkileyen faktörler a a da verilmi tir: Bas nç: Ak, uygulanan bas nç ile membrandaki ozmotik bas nç fark ile artar. Uygulanan bas nç ne kadar fazla ise ak da o kadar fazlad r. Ancak membrana uygulanabilecek bas nç limitlidir. Genellikle 68 atm olarak al n r. Uygulamada atm olarak al n r (18). S cakl k: Ak besleme at ksuyu s cakl ile artar. Standart s cakl k 21 o C olarak verilmektedir, ancak 29 o C a kadar s cakl klar tolere edilmektedir. 29 o C n üstündeki 38 o C a kadar olan s cakl klar membran n bozulmas n h zland rmakta olup uzun süre i letmeye dayanamaz. Membran dizili yo unlu u: Birim hacme yerle tirilebilinecek membran alan olarak tan mlan r. Bu faktör ne kadar büyükse sistemden ç kan toplam ak da o kadar büyük olur. Tipik membran yo unlu u m 2 /m 3 olarak verilmektedir (18). Ak : Borululu sistemler için ak 6x ,2x10-3 m 3 /m 2 /gün, plakal sistemler için ise 6,1x ,2x10-1 m 3 /m 2 /gün dür. Ak çal t rma süresi ile ve 1-2 y l i letmeden sonra azal r. Geri kazan m faktörü: Sistemin kapasitesini gösterir, uygulamada ula lan maksimum de er %80 dir. Daha yüksek geri kazan m faktörü proses suyunda daha yüksek tuz konsantrasyonu oldu unda ula l r. Yüksek konsantrasyonlarda membran n yüzeyinde çökme fazla olur, bu da i letme veriminin dü mesine neden olur. Tuzun reject etme: At ksudaki tuzun reject etme kullan lan membran n tip, karakter ve at ksudaki tuzun konsantrasyon da l m na ba l d r. Bu de eri %95 al n r. 226

235 Membran ömrü: At ksudaki fenol, bakteri, mantar gibi maddelerin varl, yüksek s cakl k ve yüksek veya dü ük ph de erleri membran ömrünü etkiler. Membranlar en fazla iki y l kullan l rar. ph: Selüloz asetat membranlar yüksek ve dü ük ph larda hidroliz olurlar. Optimum i letme ph aral 4,5-5,5 tur. Ön ar tma: Membran sistemlerinin Toplam Çözünmü Kat (TÇK) miktar mg/l nin üstündeki besleme ak mlar na do rudan uygulanmas uygun de ildir. Bunun d nda kalsiyum karbonat, kalsiyum sülfat, demir oksit ve hidroksitleri, mangan ve silikon, baryum ve stronsyum sülfat, çinko sülfür ve kalsiyum fosfat gibi tabakala ma yapan maddelerin ön ar tma ile kontrol alt na al nmalar gerekir. Bu maddeler ph ayarlamas kimyasal ar t m, çöktürme, inhibisyon ve filtrasyon gibi yöntemlerle kontrol alt na al nabilirler. Organik kal nt lar ve bakteri filtrasyon, karbonla ön ar t m ve klorlama ile kontrol edilebilir. Ya ve gres ise membran n yüzeyini saraca ndan ve t kanmaya neden olaca ndan membran prosesi öncesi giderilmelidir Kimyasal Oksidasyon Kimyasal oksidasyon ile at ksulardaki kirleticiler son ürünlere veya daha kolay ayr abilen veya adsorpsiyon ile uzakla t r labilen ara ürünlere dönü türülür. Kimyasal oksidasyon ph ve katalizatör varl na ba l d r Ozonlama Ozon normal s cakl k ve bas nçta gaz halindedir. Ozonun suda çözünürlü ü, s cakl a, ozonun gaz faz ndaki k smi bas nc na ve pha ba l d r. Ozon karars z olup kendi kendine bozunma h z s cakl k ve pha ba l d r. Bozunma OH - iyonu, O 3 ün radikal bozunma ürünleri, çözünen organik maddelerin bozunma ürünlerine, alkali, geçi metalleri, metal oksitler ve karbon gibi maddelerin varl n ile katalizlenir. Pratik olarak doymu hidrokarbonlar n ve halojenli alifatik maddeler gibi reaktif olmayan maddelerin tam parçalanmas sadece O 3 ile mümkün olmaz. Ozon ses veya ultraviyole gibi harici bir enerji kayna ile birlikte kullan ld nda refraktör (kararl ) maddelerin parçalanmas sa lan r. Organik maddelerin ozonla oksidasyon mekanizmas öyledir: 1. Alkollerin aldehitlere ve sonradan organik asitlere oksidasyonu: O RCH OH 3 2 RCOOH (6.20) 2. Oksijen atomunun aromatik halkaya girmesi 3. Karbon çift ba n n aç lmas Ozon kuru havadan veya oksijenden yüksek voltajda elde edilir. Teorik olarak 1kilowat-saat elektrik enerjisinden 1058 gram ozon üretilebilir, pratikte ise bu de er 150g/kW-h dir. 227

236 Ozonlama dezenfeksiyon renk ve bakiye refraktör organik madde gideriminde kullan l r. Ozonlama sonucu refraktör organikler daha kolay parçalanan organiklere dönü ece inden ozonlama ç k suyun BOIsi giri e k yasla daha yüksek olabilir (Tablo 6.31). Ultraviyole (UV), ozon moleküllerini ve organik maddeleri aktive ederek organik madde giderimini artt r r. Bu yolla pestisitlerin CO 2 ve H 2 Oya parçalanmas mümkün olmaktad r. Tablo Biyolojik ar t m çöktürme tank ç k ozonlama sonuçlar F/M=0.15 F/M=0.60 Parametre BOI,mg/l KOI,mg/l ph 7,1 8,3 7,1 7,6 Org-N,mg/l NH 3 -N,mg/l 3,0 5, Renk(Pt-Co) , mgO 3 /dak yükleme Hidrojen Peroksitle Oksidasyon Hidrojen peroksit demir katalizörlü ortamda (OH * ) radikali olu turur. Hidroksil radikali de ozon gibi organik maddelerle reaksiyona girer: Fe H 2 O 2 Fe OH _ * + OH (6.21) Fe * + + H 2O2 Fe + HO + H (6.22) * OH + RH R + H 2O (6.23) * R * * + H O ROH+ OH (6.24) 2 2 OH + Fe OH + Fe (6.25) * + 2 _ + 3 Hidrojen peroksitle sülfür oksidasyonu: Asidik veya nötr phda reaksiyon süresi 15-45dakika: H 2O2 + H 2S 2 H 2O + S (6.26) (Fe katalizli ph=6,0-7,5) reaksiyon süresi1-2 saniye) Bazik ph reaksiyon süresi 15 dak: O + S SO + H O (6.27) H

237 Hidrojen peroksit ile siyanür oksidasyonu: CN + H 2O2 CNO + H 2O (ph= ) (6.28) _ 2 CNO OH + H 2O CO3 + + NH (6.29) 3 Toksik at ksular n hidrojen peroksitle oksidasyonunda toksisite ile birlikte organik madde miktar da azal r. Baz tipik sonuçlar Tablo 6.32 de verilmi tir. Tablo 6.32.Konsantre at ksular n katalizli hidrojen peroksit oksidasyonu Örnek TOK(mg/l) KOI(mg/l) BOI(mg/l) LC 50 At ksu 1 H 2 O 2 öncesi ,3 H 2 O 2 sonras ,7 Giderim,% 43,4 38,9 57,8 - At ksu 2 H 2 O 2 öncesi ,4 H 2 O 2 sonras ,0 Giderim,% 95,5 58, Ar t m verimi hidrojen peroksitin kabul edilebilir bir yan ürün olu turma derecesine ba l d r (6.30): H 2O = (6.30) HPD L f 2 Burada: F : H 2 O 2 gereksinimi oran, H 2 O 2 : kullan lan hidrojen peroksit, mg/l, HPD L :2.13x ba lang ç KOI, mg/l Hidrojen peroksit UV ile kombine olarak asetat, organik asit ve patlay c lar n oksidasyonuna uygulanm UV nin oksidasyon h z n artt rd görülmü tür Adsorpsiyon Adsorpsiyon, çözünmü maddelerin uygun bir ortamda toplanmas d r. Ortam s v ile gaz, kat, veya di er bir s v aras nda olabilir. Burada sadece kat -s v aras ndaki adsorpsiyondan söz edilecektir. Geçmi te adsorpsiyon prosesi at ksu ar t m nda kullan lm yordu. Daha iyi kalitede ar t lm su gereksinimi aktif karbon ile adsorpsiyon prosesinin kullan m konusunu gündeme getirmi tir. At ksular n ço u oldukça kompleks yap da olup içerdikleri maddelerin adsorplanma kapasiteleri farkl d r. Moleküler yap, çözünürlük gibi özellikler adsorplanma kapasitesini etkiler (Tablo 6.33). 229

238 Tablo Moleküler yap ve di er faktörlerin adsorplanma kapasitesine etkisi Çözünmü maddenin çözünürlü ü artt kça adsorplanabilirli i azal r Dall zincirler düz zincirlere k yasla daha kolay adsorplanabilir, zincir uzad kça çözünürlük azal r. lgili gruplar adsorplanmay etkiler lgili grup Etkileme tarz Hidroksil Genellikle adsorplanmay azalt r, Bu azalman n derecesi ana molekülün yap s na ba l d r Amino Etki hidroksile k yasla biraz daha fazlad r. Birçok amino asit hid adsorplanmaz Karbonil Etki karbonil grubunun ba l oldu u ana maddeyegöre de i ir. Glioksilik asit asetik asitten daha kolay adsorplan r, fakat daha yüksek ya asitleri durumunda benzer kolayl k görülmez. Çifte ba Karbonilde oldu u gibi de i ken etkiler Halojenler De i ken etki Sulfonik Genellikle adsorplanmay dü ürür Nitro Adsorplanmay artt r r Kuvvetli iyonize çözeltiler zay f iyonize olanlar kadar kolay adsorplanmazlar Büyük moleküller küçüklere k yasla daha kolay tutunabilirler Dü ük polariteli moleküller yüksek polaritedekilere k yasla daha kolay tutunabilirler Adsorpsiyon Formülasyonu Pratik uygulamalarda Freundlich izotermi kullan l r: X 1 / n = kc (6.31) M Burada: X : adsorplanan maddenin a rl M : adsorbant n a rl C : çözeltide kalan konsantrasyon k, n : s cakl k, adsorbant ve adsorplanacak maddeye ba l sabitler Freundlich izotermindeki sabitler 6.31 denklemi tekrar yaz larak ve C ye kar X/M çizilerek bulunur. X 1 log = logk + logc (6.32) M n Kar m n Adsorpsiyonu Bir kar mda her bir maddenin adsorplanma kapasitesi tek bir maddenin adsorplanma kapasitesinden dü üktür ancak adsorbant n adsorplama kapasitesi tek bir madde olmas 230

239 durumuna göre daha yüksektir. Yar maya dayal inhibisyon,molekül büyüklü ü adsorplanma e ilimleri ve konsantrasyonlar na ba l d r. Endüstriyel uygulamalarda 1 saatin alt ndaki temas süreleri kullan l r. Adsorpsiyon h z aktif karbon dozu ile artar Aktif Karbonun Özellikleri Aktif karbon odun, lignin, bitümlü kömür, linyit ve petrol kal nt lar ndan yap l r. At ksu ar t m nda ço unlukla orta uçuculukta bitümlü kömür veya ligninden üretilmi Granül Aktif Karbon (GAK) kullan l r. Aktif karbon üretildi i kaynak ve aktifle tirilme tarz na ba l olarak özgün özellikleri vard r. Bitümlü kömürden yap lm granül aktif karbonun gözenek boyutu küçük, yüzey alan büyük, y n yo unlu u en yüksektir. Linyitten üretilmi aktif karbonun ise gözenek boyutu yüksek, yüzey alan dü ük y n yo unlu u en dü üktür. Adsorpsiyon kapasitesi, at ksudaki KOI, renk, fenol gibi kirleticilerin giderim derecesidir. Adsorpsiyon kapasitesinin belirlenmesinde kullan lan çe itli testler vard r. Tat ve koku maddelerini gidermede fenol say s, dü ük molekül a rl kl maddelerin (<2µm) gideriminde iyot say s, yüksek molekül a rl kl maddelerin gideriminde (1-50µm) melas say s ba nt lar kullan l r. Genellikle at ksuda dü ük molekül a rl kl organikler a rl kl ise yüksek iyot say l, yüksek molekül a rl kl organikler a rl kl ise yüksek melas say l aktif karbon ile daha etkin giderim sa lanabilir Sürekli Ak l Karbon Filtreler Karbon filtreler, filtre yata ndan geçen su miktar artt kça madde giderimi artaca ndan kararl olmayan proses olarak dü ünülebilirler. GAK yata nda sorpsiyonun oldu u bölge, Kütle Transfer Bölgesi (KTB) olarak adland r l r. At ksu, yüksekli i KTB kadar olan bölgeden geçti inde sudaki kirletici konsantrasyonu minimuma inmi olur. KTB bölgesinin a a s nda daha fazla adsorpsiyon olmaz. Filtrenin üst taraf ndaki granül karbon organik madde ile doydu unda KTB bölgesi k r lma olana kadar a a ya do ru kayar ( ekil 6.12). GAK yata nda KTBnin olu mas için minimum bir temas süresi gereklidir. Bo yatak temas süresi çok k sa ise (hidrolik yükleme çok büyükse) KTB nin uzunlu u GAK yata yüksekli inden fazla olaca ndan adsorplanabilecek kirletici aktif karbon taraf ndan tamamen giderilemeyecektir Karbon Rejenerasyonu Ekonomik sebeplerle kullan lm (doymu ) karbon rejenere edilmektedir. Rejenerasyonda karbonun gözeneklerindeki adsorplanm olan maddelerin uzakla t r lmas gerekmektedir. Rejenerasyon termal, buharla, çözücü ekstraksiyonu, asit veya bazla muamele ve kimyasal oksitleme yöntemleri ile gerçekle tirilir. Termal rejenerasyon d ndakiler yerinde yap labilece inden tercih edilirler. Çok bile enli at ksular n adsorpsiyonunun yap ld aktif karbonun rejenerasyonunda bu yöntemlerle yüksek verim sa lanamaz. Rejenerasyon s ras nda a rl kça %5-10 oran nda karbon kayb olur. Rejenere edilen karbonda gözenek boyutundaki de i iklik, gözeneklerde birikim gibi nedenlerle bir sonraki kullan mda bir önceki kullan ma k yasla kapasite dü üklü ü olmaktad r. 231

240 ekil Kütle transfer zonunu gösteren aktif karbon k r lma e risi yon De i tirme yon de i tirme at ksudaki istenmeyen anyon ve katyonlar n giderilmesinde kullan l r. Katyonlar hidrojen veya sodyum ile anyonlar ise hidroksil iyonlar ile yer de i tirir. yon de i tirici reçineler, organik ve inorganik yap daki maddelere ba l fonksiyonel gruplardan olu maktad r. At ksu ar t m nda kullan lan iyon de i ti rici reçineler pürüzlü üç boyutlu yap lar n içine organik maddelerin polimerizasyonu ile yap lan sentetik reçinelerdir. Reçinelerin iyon de i tirme kapasitesi reçinenin birim kütlesindeki fonksiyonel gruplar n say s ile belirlenir. yon de i tirme reçineleri pozitif iyonlar de i tiriyorsa katyonik, negatif iyonlar de i tiriyorsa anyonik olarak adland r l rlar. Katyon de i tirici reçineler sülfonik gibi asidik fonksiyonel grup, anyon de i tirici reçineler ise amin gibi bazik fonksiyonel grup içerirler. yon de i tirici reçineler fonksiyonel grubun yap s na göre s n fland r l rlar. Örne in: kuvveti asit, zay f asit, kuvvetli baz, zay f baz gibi. Asitlik veya bazl n kuvveti fonksiyonel grubun iyonizasyon derecesine ba l d r. Yani sülfonik asit fonksiyonel gruplu bir reçine kuvvetli asidik katyon de i tirici reçine olarak davranacakt r. En yayg n kullan lan kuvvetli asit iyon de i tirici reçine stiren ve divinilbenzenin kopolimerizasyonu ve olu an kopolimerin sülfonlanmas ile üretilir. Kar l kl ba lanma ba lang çtaki monomer kar m ndaki divinilbenzen oran ile kontrol edilir. Di er iyon de i tirici reçineler için en yayg n fonksiyonel gruplar zay f asit olarak karboksil (-COOH), kuvvetli baz olarak dört de erlikli amonyum (-R 3 N + OH - ), zay f baz olarak da amindir (-NH 2 veya RNH). Reaksiyonlar kimyasal dengeye ba l olup bir iyonun di eri ile yer de i tirmesinden ibarettir. Sodyum çevrimli bir katyon de i imi reaksiyonu a a da verilmi tir: 232

241 Na R + Ca Ca. R + Na (6.33) Burada R reçineyi temsil etmektedir. Sodyumun tümü kalsiyum ile yer de i tirdi inde reçine yata içinden konsantre sodyum iyonu çözeltisi geçirilerek rejenere edilir. Böylece reaksiyon tersine döner ve kalsiyumla sodyum yer de i tirir. Rejenerasyon için %5-10 luk tuz çözeltisi kullan l r: Ca R Na2 R + Ca Na (6.34) Hidrojen çevrimli katyon de i iminde de benzer reaksiyonlar olur: + 2 Ca H R Ca. R H + (6.35) %2 ve %10 luk H 2 SO 4 ile Ca (6.36) R + H + H 2 R + Ca Anyon de i iminde de anyonlar hidroksil iyonlar ile yer de i tirir: SO + _ 2 _ 4 + R..( OH ) 2 R. SO4 2OH (6.37) %5-10 luk sodyum hidroksit rejenerasyon için yeterlidir: R. SO + + SO (6.38) _ 4 2OH R.( OH ) 2 _ 2 4 yon de i iminde performans ve maliyet reçinenin iyon de i tirme kapasitesi ve rejenerant n miktar na ba l d r. Yatak kapasitesi 1 litre yatak hacmi için e de er olarak verilir. Baz durumlarda (kg CaCO 3 /yatak hacmi) veya (iyon kütlesi/yatak hacmi) olarak da verilir. Benzer ekilde at ksudaki giderilecek iyonun miktar (e de er/litre ar t lacak su) olarak verilir. Sabit yatakl iyon de i tiricilerde yata n i letme kapasitesi ile kullan lan rejenerant miktar ili kilidir. Kompleks organik at ksu durumunda gerekli tasar m parametrelerini saptamak üzere laboratuar ölçekli sistemlerde çal ma yap lmas önerilmektedir. Deneysel çal malar sonunda reçine kullan m ve rejenerant verimlili i aras ndaki ili ki tespit edilerek sistemin optimum i letme düzeyi seçilir. Endüstriyel at ksu ar t m nda iyon de i tiricilerin kullan ld en önemli alan kaplama endüstrileridir. Kaplama endüstrisinde at k kaplama banyolar ndaki kullan lm kromik asitin geri kazan m için, kromik asit banyo suyundaki di er iyonlar (Fe, Cr +3, Al gibi) gidermek üzere katyon de i tirme reçinesinden geçirilir ve ç k suyu kaplama banyosunda tekrar kullan l r Elektro-koagülasyon Kolloidal kar mlar destabilize etmek ve çözünmü metal ve di er inorganik kirleticileri sulu fazdan kat faza geçirmek ve olu an kat faz filtreleme ile ay rmak için kimyasal koagülasyon 233

242 yöntemleri kullan lmaktad r. Kimyasal ar t mda alum, kireç, demir tuzlar ve/veya polimerler kullan l r. Bu prosesler sonucu yüksek miktarda ba l su içeren dolay s ile filtrelenmesi ve susuzla t r lmas zor yüksek hacimde çamur olu ur. Kimyasal koagülasyonda ar t lm su ç k toplam çözünmü kat konsantrasyonu yüksek oldu undan endüstriyel uygulamalarda tekrar kullan m mümkün de ildir. Elektro-koagülasyon (EK), kimyasal madde kullan lmadan at ksulardaki çözünmü ve ask daki kat lar gidermede kullan lan bir ar tma yöntemidir. EK prosesi, at ksudan kontrollu olarak elektrik enerjisi geçirilerek partiküllerin destabilize edilmesi, böylece stabil çökelti olu turarak at ksudan ayr lmas prensibine dayan r. EK sistemlerinin di er kimyasal ar tma sistemlerine k yasla kimyasal madde kullan lmamas ve az çamur olu umu gibi üstünlükleri vard r. Elektrokoagülasyon ünitesi ematik görünümü ekil de verilmi tir (19). At ksuyun içinden elektrik ak m geçirildi inde metaller, hidrokarbonlar ve organik maddeler de dahil olmak üzere ask daki ve çözünmü kat lar destabilize olurlar. Destabilize olan iyonlardan, farkl elektrik yüklü parçac klar birle erek (koagüle olarak) çökelti olu tururlar. Olu an çökelti çe itli çöktürme yöntemleri ile s v fazdan ayr l r. Prosesin uygulanmakta oldu u at ksular ve potensiyel uygulama alanlar a a da verilmi tir: A r metal giderimi Ask da kat ve kolloid madde giderimi Ya -su emülsiyonunun k r lmas Ya ve gres giderimi Kompleks organiklerin giderimi Bakteri ve virüs giderimi BOI, posfat ve azot giderimi PO Cl OH Fe + + O 2 Ca +2 K + H + Zn++ Cr +3 Cr +6-2 Cd ++ SO ekil 6.13 Tipik bir elektrokoagülasyon hücresi (20) 234

243 Bu yöntemin uygulanabilece i baz alanlar ise: Yer alt suyu temizlenmesi Proses y kama ve durulama sular çme suyu ar t m Evsel at ksu ar t m So utma kuleleri Membran filtrasyonu öncesi ön ar t m Mezbaha, et i leme Otomobil üretimi ve makine G da Çama rhaneler Ka t ve ka t i leme Tekstil Petrol ve gaz rafinerileri, petrokimyasal emülsiyonlar Elektrokoagülasyon prosesinin kimyasal koagülasyona k yasla birçok üstünlü ü vard r. Bu üstünlükler k saca (21),(22): Ekonomik tasarruf: ilk yat r m 12 aydan k sa bir sürede geri dönüyor Çöktürme sonras elde edilen ar t lm su kalitesi yüksek: prosese geri döndürülebilir ya da tekrar kullan labilir De arj standartlar rahatl kla sa lan r (EPA), ar t m sonras de arj maliyeti dü er Daha dü ük hacimde ve daha kolay suyunu verebilen çamur elde edilir. (kimyasal koagülasyonda yüksek hacimli ve suyunu kolay vermeyen çamur olu ur) filtrelenme h z %76 daha fazla olan %83 daha az çamur olu ur Olu an çamur EPAn n toksik karakterli çamurlarla ilgili standartlar n sa lar (kimyasal koagülasyonda olu an stabil olmayan metal hidroksitleri zararl at k olarak s n fland r l rlar) letme giderleri birçok standart ar tma yönteminden daha ekonomiktir. Bak m ve i letmesi kolay, fazla yer kaplamaz UYGULAMA Problem 6.1: Evsel at ksuyunun ar t laca ask da büyüyen, karbon oksidasyonun ve nitrifikasyonun birlikte gerçekle ebilece i, tek çamurlu ve tam kar ml sistemlerden olan aktif çamur sisteminin nitrifikasyonu sa layacak ekilde tasar m yap lacakt r (1). Gerekli bilgiler a a da verilmektedir: At ksu debisi = 3400 m 3 /gün Ön çöktürmeden sonraki BOI = 200 mg/l Ön çöktürmeden sonraki TKN = 40 mg/l Minimum s cakl k = 15 o C Reaktördeki çözünmü oksijen konsantrasyonu = 2.5 mg/l At ksu tampon kapasitesi, at ksuyun ph n 7.2 veya üzerinde tutacak ekildedir. 235

244 Tablo 6.14te verilen kinetik katsay lar kullan lacak olup, m 0.5 gün -1 al nacakt r. Çözüm: Emniyet faktörü 2.5 al nm t r. Nitrifiyerlerin i letme artlar alt nda maksimum büyüme h z belirlenir. a) Tablo 6.9da verilen e itliklerden a a daki e itlik elde edilmi tir; S cakl k düzeltme ÇO düzeltme faktörü ph düzeltme faktörü Bu e itlikte; m = s cakl k, ÇO ve ph n belirlenen artlar nda büyüme h z m = maksimum özgül büyüme h z T = s cakl k ÇO = çözünmü oksijen K 02 = çözünmü oksijen yar doygunluk sabiti = 1.3 mg/l ph = i letme ph, yukar daki e itlikte ph =7.2 oldu unda düzeltme faktörü 1 al n r. b) Bilinen de erler yerine konularak m hesaplan r; m = 0.5 gün -1 T = 15 o C ÇO = 2.5 mg/l K O2 = 1.3 mg/l ph = 7.2 = (0.5 gün -1 ) (2.5 / ( ) ) = 0.33 gün 1 c) Maksimum substrat kullan m h z (k) hesaplan r; k = m /Y m = 0.33 gün -1 Y = 0.2 k = 0.33/0.2 = 1.65 gün -1 d) Çamur ya n n belirlenmesi: Minimum c M, 1/ c M Yk - k d Y =

245 k = 1.65 gün -1 k d = 0.05 gün -1 1/ c M = 0.2 (1.65) 0.05 = 0.28 gün 1 = 1/0.28 = 3.57 gün c M EF (emniyet faktörü) = 2.5 oldu unda c tasar m de eri, c = EF ( c M ) = 2.5 (3.57) = 8.93 gün e) Amonyum oksidasyonu için substrat giderim faktörü, Unun tasar m de eri, f) Ç k suyundaki amonyum konsantrasyonunun belirlenmesi k = 1.65 gün -1 T = 15 o C N = ç k NH 4 + -N konsantrasyonu, mg/l K N = T = 0.4 mg/l = 0.81 gün -1 N= 0.39 mg/l g) Aktif Çamur prosesi için BO 5 giderim h z n n belirlenmesi, Y = 0.5 mgukm/mgbo 5 k d = 0.06 gün 1 c = 8.93 gün 237

246 U = 0.34 mg BOI 5 /mgukm.gün h) BOI oksidasyonu ve Nitrifikasyon için gerekli hidrolik kalma zaman n n belirlenmesi, BOI oksidasyonu: S o = 200 mg/l S = 20 mg/l U = 0.34 gün -1 X = 2000 mg/l Amonyum Oksidasyonu, N o = 40 mg/l N = 0.39 mg/l U = 0.81 gün -1 X = 2000 mgss/l x 0.8= 160 mgukm/l Sonuç olarak, nitrifikasyon prosesi için gerekli hidrolik kal süresi tasar m çal malar nda esas al n r. i) Gerekli havuz hacminin hesaplanmas : V = Q* = 3400 m 3 /gün x 0.31 gün = 1054 m 3 j) Toplam oksijen ihtiyac n n hesaplanmas : Toplam oksijen ihtiyac a a daki e itlik ile belirlenir: 238

247 Q = at ksu debisi So = giri BOI 5, mg/l S = ç k BOI 5 mg/l 8.34 = dönü üm faktörü f = 0.68 (BOD 5 /BOD L ) P x = biyokütle üretimi 1.42 = dönü üm faktörü (BOD U /UKM) No = giri TKN, mg/l N = ç k TKN, mg/l 4.57 = dönü üm faktörü (O 2 /NH + 4 -N) Alternatif olarak, a a daki e itlikde oksijen ihtiyac n yakla k olarak belirlemede kullan labilmektedir: O 2 = Q (ks o TKN) k = Nitrifikasyon sistemine dü ük BOI yüklemelerinde dönü üm faktörü, 1.1 ile 1.25 aral ndad r. k =1.15, emniyet faktörü 2.5 al narak hesap yap lm t r. O 2 (kg/gün) = 3400 [(1.15 (200) (40)] x2.5x 10-3 = 3509 kg/gün Problem 6.2: Birle ik tek çamurlu nitrifikasyon/denitrifikasyon reaktöründe haval ve anoksik bekletme sürelerinin hesaplanmas. Giri BO = 200 mg/l Giri amonyum-azotu = 25 mg/l Ç k amonyum-azotu = 1.5 mg/l Ç k nitrat-azotu = 5 mg/l S cakl k = 15 o C Y h = 0.55 mgvss/mgboi k d(15 o C) = 0.04 gün -1 U DN(15 o C) = mgno 3 N/mgUKM.gün Çözünmü oksijen konsantrasyonu = 2 mg/l X a = 2500 mg/l UKM c = 8.9 gün denitrifikasyon için V haval = 0.71 f VSS = 0.8 Çözüm: Geri devir oran n n hesab : R = (25 1,5 )/

248 R = 3,7 Toplam çamur ya hesab : c = 8,9/0,71 c = 12,5 gün f VSS nin hesab : f VSS = 0,73 sistemde haval (aerobik) bölümdeki toplam hidrolik kal süresi hesab : = 0,4 gün = 2,9 saat anoksik bekletme süresi hesab : DN = ( 1 0,71) (0,4) = 0,12 gün = 2,9 saat Denitrifikasyon için gerekli anoksik bekletme süresi hesab : DN = (25 1,5-5 )/ (0,042) (2500) DN = 0,18 gün = 4,3 saat DN oldu undan yeni bir haval oran ile hesaplar tekrarlan r. DN V haval =0.6 olsun. c = 8.9/0.6 =14.8 gün fvss 1 ( ) x0.04x x200x14.8 a = (1 0.04x0.72x14.8) DN =(1-0.6)0.46 = gün> DN = 0.18 gün oldu undan DN = gün yeterlidir. 240

249 KAYNAKLAR (1)Metcalf & Eddy, Wastewater Engineering, Treatment, Disposal and Reuse, McGraw-Hill internationaleditions. (2) Soli J. Arceivala, Çevre Kirlili i Kontrolünde At ksu Ar t m, Tata McGraw Hill Publishing company limited. (3) Recep leri, 2000, Çevre Biyoteknolojisi, De i im yay nlar. (4) Alt nba, U., Nutrient removal from low strength domestic wastewater in sequencing batch biofilm reactor, Water Science and Technology, Vol.44, No.1, pp (5) Gonçalves, R.F. and Rogalla, F, Continuous biological phosphorus uptake in submerged biofilters with nitrogen removal Water Science and Technology, Vol. 29, No.10-11, pp (6)Shimizu, T., Tambo, N., Kudo, K., Ozawa, G., Hamaguchi, T., An anaerobic fluidized pellet bed bioreactor process for simultaneous removal of organic, nitrogenous and phosphorus substances Water Research, Vol.28, No.9, pp (7) Gonçalves, R.F. and Rogalla, F, Continous biological phosphorus removal in a biofilm reactor, Water Science and Technology, Vol. 26, No.9-11, pp (8)Hultman, B., Jönsson, K., Plaza, E., Combined nitrogen and phosphorus removal in a fullscale continuous up-flow sand filter Water Science and Technology, Vol. 29, No.10-11, pp (9) Gonçalves, R.F. and Rogalla, F, Biological phosphorus removal in fixed films reactors Water Science and Technology, Vol. 25, No.12, pp (10) Mogen Henze, Poul Harremoes, Jes la Cour Jansen, Erik Arvin, Wastewater Treatment: Biological and Chemical Prosesses Second edition, Springer-Verlag Berlin Heidelberg. (11) Water Environmental Federation, Biological and Chemical Systems for Nutrient Removal, A special publication. (12) Bilstad T Membrane Operations. Wat. Sci. Tech. Vol. 36, No.2-3, (13) Ernst, M., and Jekel, M Advenced Treatment Combination for Groundwater Recharge of Municipal Wastewater by Nanofiltration and Ozonation. Wat.Sci.Tech. 40, No.4-5, (14) (15) Ciardelli, G., Corsi, L., Marcucci, M., Membrane Separation for Wastewater Reuse in the Textile Industry, Resources, Conservation and Recycling 31,

250 (16) Ahn, K.H., Song, K.G Treatment of Domestic Wastewater Using Microfiltration for Reuse of Wastewater. Desalination, 126, (17) Yalç n, F., Koyuncu, I., Öztürk,., and Topac k, D Pilot Scale UF and RO Studies on Water Reuse in Corrugated Board Industry. Wat. Sci. Tech. Vol.40, No.4-5, (18) W.Wesley Eckenfelder, Jr., Industrial Water Pollution Control. McGraw-Hill International Editions. (19) (20) (21) (22) N.P. Barkley, C Farrell, and T. Williams, Electro-Pure Alternating Current Electrocoagulation, EPA/540/S-93/

251 7. HAVASIZ ARITMA S STEMLER Havas z çürütme, çamur stabilizasyonunda kullan lan en eski prosestir. Günümüzde at ksu ar t m ndan ç kan konsantre çamurlar n stabilizasyonun yan s ra baz endüstriyel at ksular n ar t m nda da kullan lmaktad r. Havas z ar t ma prosesleri, yüksek miktarda organik kirlilik içeren at ksular n ar t m nda oldukça geni kullan m alan bulmu tur. Kuvvetli at klar n ar t m nda haval ar t ma proseslerine k yasla çok daha ekonomik oldu u belirlenen havas z ar t m prosesleri son y llarda evsel at ksu ar t m nda da kullan lmaktad r. Havas z ar tma prosesleri organik maddelerin oksijensiz ortamda biyokimyasal olarak ayr t r lmas esas na dayanmaktad r. Ar tma esnas nda olu an biyogaz yakla k olarak %65-85 metan ve %15-35 karbondioksit kar m ndan olu maktad r. Havas z ar tma teknolojilerinin geli imi 19. yüzy l n ba lar na dayanmaktad r ve II. Dünya Sava sonras enerji kaynaklar nda ya anan kriz nedeni ile h zl bir geli me ya anm t r (Alvarez, 2003). Havas z çamur çürütücüler standart-h zl ve yüksek-h zl olmak üzere iki ana grupta toplanabilir. Standart-h zl olanlarda reaktörde kar ma ve s tma yoktur. Hidrolik bekletme süresi gün olup hidrolik bekletme süresi çamur ya na e it veya çok yak nd r. Yüksek-h zl havas z reaktörlerde ise kar m ve s tma yap l r. Hidrolik bekletme süreleri 20 günün alt nda tutulur. Kuvvetli organik at klar n anaerobik olarak ar t ld yüksek h zl reaktörlerde ise 1 günden az hidrolik kal sürelerinde bile yüksek verimlerle karbonlu organik madde giderimi sa lanabilmektedir Havas z Ar tmaya Genel Bak Havas z ar tma sistemleri biyolojik ve fizikokimyasal ar tmalarda olu an ar tma çamurlar n n stabilizasyonunda uyguland gibi endüstriyel ve evsel nitelikli, ask da kat madde içeren veya içermeyen s v at klar n ar t m nda da kullan lmaktad r. At ksu içerisindeki organik maddelerin havas z ortamda ayr mas en basit haliyle iki temel a amada gerçekle mektedir. lk a amada (hidroliz ve asit fermentasyonu), organik maddelerin asit bakterileri taraf ndan organik asitlere, alkollere ve CO 2 ye dönü ümü gerçekle mektedir. kinci a ama (metan olu umu) ise asit bakterilerinin parçalama reaksiyonlar sonucunda olu an ürünlerin, metanojenler taraf ndan metan, CO 2 ve suya dönü türülmesini içermektedir. Bu prosesler sonucu olu an metan gaz n n kalorifik de eri yüksektir ve enerji kayna olarak kullan labilmektedir. Havas z ar tma esnas nda ya lar, proteinler, karbonhidratlar, amino asitler ve organik asitler gibi kompleks veya monomer yap da olan çe itli organik maddeler parçalanabilmektedir. Bu farkl reaksiyonlar sonucunda olu acak metan miktarlar da farkl l k göstermektedir. Örne in; ya lar n ayr mas sonucunda yüksek metan yüzdesine sahip biyogaz elde edilebilirken, protein ve karbonhidratlar n parçalanmas nda daha az miktarda biyogaz ve metan yüzdesi elde edilmektedir (UNIDO, 1992) Havas z Ar tma Sistemlerinin Üstünlükleri Havas z prosesler, ilk uygulamalarda ön ar tma ünitelerinden veya biyolojik ar tma proseslerinden olu an, yüksek miktarda su (%95) ve organik madde ihtiva eden çamurlar n ar t lmas nda kullan lm t r. Bu proseslerde çamurun çürütülmesiyle stabilizasyon 243

252 sa lanarak çamur hacminde azalma ve patojen mikroorganizmalar n giderilmesi sa lanabilmektedir. Yüksek organik madde (BO 5 > mg/lt) ve dü ük kat madde içeren konsantre at ksular n ar t lmas nda aerobik proseslerin uygulanmas n n pahal olu u havas z proseslerin geli mesine neden olmu tur (UNIDO, 1992). Havas z ar tma teknolojisinin faydalar ana ba l klarla Tablo 7.1de verilmektedir. Tablo 7.1 Havas z Biyoteknolojinin Olumlu Özellikleri (4) Proses stabilitesinin sa lanabilinmesi Biyokütle at n n bertaraf maliyetinin dü üklü ü Besi maddesi sa lama maliyetinin dü üklü ü n a alan gereksiniminin azl Enerjinin korunmas ile ekolojik ve ekonomik fayda sa lamas letme kontrolü gereksiniminin minimize edilmi olmas Olu an gaz n hava kirlenmesi aç s ndan kontrol edilebilir olmas Köpük probleminin olmamas Havas z artlarda biyolojik olarak parçalanamayan maddelerin parçalanabilmesi At ksudaki mevsimsel de i iklerde ar tman n stabilitesinin sa lanabilmesi Havas z ile haval biyoteknolojiler kar la t r ld nda havas z ar tman n birçok üstün yönü oldu u görülmektedir. lk olarak, havas z proseslerde biyolojik büyüme h z aerobik sistemlere göre daha azd r. Havas z proseslerde organik maddenin sadece %5-15i biyokütleye dönü mektedir. Bu durum, ar tma sonras nda biyolojik çamur bertaraf n n aerobik sistemlere göre daha kolay ve dü ük maliyetli olaca n göstermektedir. Biyolojik proseslerde biyokütle sentezi için ortamda fosfor ve azot gibi temel besi maddeleri mutlaka bulunmal d r. Endüstriyel at ksular her zaman bu maddeleri yeterli oranda ihtiva etmediklerinden biyolojik ar tma öncesi besi maddesi ilavesi gerekmektedir. Ancak havas z sistemlerde biyolojik büyüme h z n n dü ük olmas na ba l olarak ilave besi maddesi ihtiyac da daha az olmaktad r. Havas z ar tma esnas nda metan gaz n n olu mas sistemin di er bir üstünlü üdür. Metan elektrik veya s enerjisi üretimi için kullan labilir enerji kayna d r ve enerji de eri standart artlarda (0 o C, 760 mmhg bas nc ) 35,8 kj/ltdir. Haval sistemlerin i letilmesi esnas ndaki yüksek enerji ihtiyac na kar n, havas z sistemlerde hem enerji sarfiyat daha az olmakta, hem de sistem kullan labilir enerji kayna üretmektedir. Havas z sistemler çok yüksek organik yüklemelerde çal t r labilmektedir. Buna kar n, haval sistemlerde oksijen transferi s n rl oldu undan yüksek organik yükler uygulanamamaktad r. Bu durumda, KO de eri 5000 mg/ltden büyük olan at ksular n ar t lmas nda havas z sistemlerin kullan lmas daha verimli ar tma sa lamaktad r (Rittmann ve McCarty, 2001). 244

253 7.1.2 Havas z Ar tma Sistemlerinin K s tlar Havas z ar tma biyoteknolojisinin genel olarak olumsuz özellikleri Tablo 7.2de verilmektedir. Havas z ar tman n k s tlar n n ba nda mikroorganizmalar n büyüme h zlar n n dü ük olmas gelmektedir. Havas z ar tma için önemli olan metanojenlerin ço alma h zlar, haval ar tmadaki mikroorganizmalara göre yar yar ya daha azd r. Buna ba l olarak, havas z proseslerde hem ba lang çta sistemin dengeye gelme süresi uzun olmakta, hem de olumsuz çevre artlar ndan dolay sistemde biyokütle kayb ya anmas durumunda sistemin tekrar eski haline gelmesi uzun sürmektedir. Tablo 7.2 Anaerobik Biyoteknolojisinin Olumsuz Özellikleri (4). Biyokütle geli imi için uzun ba lang ç evresinin gereksinimi Seyreltik at ksularda yeterli alkalinitenin üretilememesi Baz durumlarda ç k suyunda istenilen standart de erlerin sa lanamamas Seyreltik at ksular n ar t lmas durumunda olu an biyogaz miktar n n az olmas ve elde edilen enerjinin sistemi s tmaya yetmemesi A r sülfatl at ksularda koku probleminin olmas Nitrifikasyonun mümkün olmamas Metanojenlerin toksit maddelere ve çevre artlar na a r duyarl olmas Dü ük s cakl klarda kinetik h zlar n daha da dü ük olmas Biyokütlenin maksimun aktivitesi için gerekli olan azot konsantrasyonunun daha fazla olmas Havas z sistemlerin di er bir olumsuz taraf at ksuda sülfat bile iklerinin olmas durumunda ortaya ç kmaktad r. Sülfatlar n indirgenmesi veya proteinlerin parçalanmas sonucu ortaya ç kan H 2 S hem toksik, hem de korozif niteliktedir. Ayr ca, gazdaki H 2 S istenmeyen kötü kokulara neden olmaktad r. Biyogaz n yak lmas durumunda H 2 Snin SO 2 ye oksitlenmesi ile koku problemi azalmaktad r. Ancak, bu durumda da hava kirletici parametre olan SO 2 meydana gelmektedir. Bu nedenle, Havas z ar tmada H 2 S olu umu herzaman kontrol alt nda tutulmal d r. Anaerobik ayr ma esnas nda ara ürün olarak organik asitlerin olu mas ortam n ph de erini sürekli dü ürmektedir. Metan üreten bakterilerin ya ayabilece i ph aral 6,5 ile 8,0 oldu undan sistemde sürekli ph kontrolü yap lmal ve tampon maddesi ilave edilmelidir. Havas z ar tmada bu ihtiyac n sa lanmas haval sistemlere göre hem daha hassas, hem de daha maliyetli olmaktad r. Bunlara ek olarak, KO de eri 1000 mg/ltden az olan seyreltik at ksular n havas z proseslerde ar t lmas durumunda haval sistemlere göre daha dü ük ar tma verimi elde edilmektedir. Ancak, geli mekte olan ülkelerde evsel at ksular n ar t lmas nda havas z sistemler, istenilen ç k standart de erleri elde edilememesine ra men yukar da belirtilen faydalar dolay s yla kullan lmaktad r (Rittmann ve McCarty, 2001). 245

254 7.2. Havas z Ar tman n Esaslar Mikrobiyolojik Prosesler Havas z ar tma proseslerinde kompleks organik bile iklerin metan gaz na dönü türülmesinde çe itli tür ve özellikte mikroorganizma gruplar yer almaktad r. Bu kompleks organiklerin havas z ayr t r lmas hidroliz, asit üretimi ve metan üretimi olmak üzere üç a amada gerçekle mektedir. Bu a amalar ekil 7.1de gösterilmektedir. Teorik A amal a r ya lar polisakkaritler protein nükleik asitler hidroliz ya asittleri monosakkaritler amino asitler pirimidinler basit aromatikler a sit üretimi Di er Fermantasyon Ürünleri ; ( p ropiyonat, bütirat, süksünat, laktat, etanol gibi) Metanojik Substratlar ; (H2, CO 2, format, me tanol, metilaminler, asetat ) me tan üretimi metan + karbondioksit ekil 7.1 Anaerobik Proseslerdeki Karbon Dönü ümünün ematik Gösterilmesi (6). Birinci a ama olan hidroliz kademesinde, kat veya çözünmü halde olan ya, polisakkarit, protein ve nükleik asit gibi kompleks organik maddeler daha basit yap ya dönü türülür. Hidroliz h z n etkileyen en önemli faktörler ph, s cakl k ve çamur ya d r. Ya, selüloz ve lignin gibi hidroliz h z yava olan maddeler içeren at ksular n havas z ar t m nda hidroliz kademesi h z s n rlay c d r. Asit üretimi olan ikinci kademede ise asetojenik bakteriler birinci kademe hidroliz ürünlerini asetik, bütirik, izobütirik, valerik ve izovalerik asit gibi ikiden daha fazla karbonlu ya asitlerine dönü türürler. Kararl artlarda ya asitleri konsantrasyonu oldukça dü ük seviyelerdedir ( mghac/l) (Öztürk, 1999). Kararl olmayan artlarda örne in havas z reaktörün devreye al nmas a amas nda uçucu asit konsantrasyonu mg HAc/lye ula abilir. Üçüncü a ama olan metan üretimi kademesinde de di er iki kademede olu an ürünler metan üreten bakterilerce metan gaz na dönü türülür. Metan üretimi yava bir süreç olup havas z ar tmada h z s n rlay c safhad r. Metan, asetik asidin parçalanmas ve/veya H 2 ile 246

255 CO 2 in sentezi sonucu üretilir. Olu an metan n yakla k %30u H 2 ve CO 2 den, %70i ise asetik asidin parçalanmas ndan olu maktad r. Hidrojenden metan olu umu, hidrojenin elektron vericisi ve karbondioksidin elektron al c s olarak kullan lmas ile gerçekle mektedir. Asetattan metan olu umu ise, fermantasyon reaksiyonlar sonucu astetat n metil grubundan metan n, karboksil grubundan da karbondioksidin olu mas ile gerçekle mektedir. Bu kompleks ve birbirlerine etki eden prokaryotik organizmalar literatürde temel olarak asit bakterileri ve metanojenler olarak tan mlanmaktad r. Kompleks organiklerin metan gaz na dönü türülmesi esnas nda proseslerde organik asit ve hidrojen olu um h z metan olu um h z na göre daha h zl d r. Bunun sebebi, ilk a amada gerçekle en fermantasyon reaksiyonlar nda olu an serbest enerjinin metan olu umundakinden daha fazla olmas d r. Bu nedenle, metanojenlerin ço alma h zlar dü üktür ve proseste h z k s tlay c d rlar. Ancak, hidrolizi zor olan kompleks yap daki organikleri içeren at ksu veya çamurun ayr t r lmas nda hidroliz a amas h z k s tlay c a ama olmaktad r (Rittmann ve McCarty, 2001) Mikrobiyolojik Yap Anaerobik bozunma prosesi süresince birbirleriyle etkile im halinde olan mikroorganizmalar n birinci grubu, organik polimer ve ya lar n, monosakkaritler ve amino asitler gibi daha basit ve temel yap lara hidrolizinden sorumludurlar. kinci grup anaerobik bakteriler ise parçalanm ürünleri organik asitlere dönü türürler. Bu gruptaki mikroorganizmalar metanojik olmayan, fakültatif ve zorunlu anaerobik bakterilerdir. Bunlar literatürde asitojenler veya asit üreticiler olarak adland r l rlar. Bu hidroliz ve fermantasyon bakterilerine Clostridium spp., Peptococcus anaerobus, Bifidobacterium spp., Desulphovibrio spp., Corynebacterium spp., Lactobacillus, Actinomyces, Staphylococcus ve Escherichia coli gibi örnekler verilebilir. Üçüncü grup mikroorganizmalar da temel olarak, hidrojen (H 2 + CO 2 ) ve asetik asitten, metan gaz ve CO 2 üretenlerdir. Di er substrat kaynaklar format, metanol ve metilaminlerdir. Bu mikroorganizmalar n gerçekle tirdi i metan olu um reaksiyonlar a a da verilmektedir. Bu organizmalar anaerobiktirler ve metanojenler (archaea) veya metan üreticiler olarak adland r l rlar. Bu organizmalarda, çubuksu olan Methanobacterium ve Methanobacillus ile küresel olan Methanococcus ve Methanosarcina proseste hakim durumdad r. (H 2 ve CO 2 için) 4H 2 + CO 2 CH 4 + 2H 2 O (7.1) (format için) 4HCOOH CH 4 + 3CO 2 + 2H 2 O (7.2) (asetik asit için) CH 3 COOH CH 4 + CO 2 (7.3) (metanol için) 4CH 3 OH 3CH 4 + CO 2 + 2H 2 O (7.4) (metilamin için) 4(CH 3 ) 3 N + H 2 O 9CH 4 + 3CO 2 + 6H 2 O + 4NH 3 (7.5) Havas z ar tma prosesleri içerisinde birbirleriyle ili ki halinde olan tüm bu mikroorganizmalar aras ndaki enerji ak m ematik olarak ekil 7.2de gösterilmektedir. Sistem stabilitesinin amaçlanan ekilde elde edilebilmesi için yukar da ifade edilmi olan hidroliz, fermantasyon ve metanojenler birbirleriyle dinamik dengede olmalar gereklidir. Bu stabilitenin sa lanabilmesi temel olarak, ortamda oksijenin ve inhibe edici 247

256 kimyasallar n bulunmamas na ve gerekli çevre (Tchobanoglous ve Burton, 1991). artlar n n sa lanmas na ba l d r. %4 H 2 %28 %76 Kompleks organikler Yüksek organik asitler %24 %52 CH 4 %20 Asetik asit %72 Hidroliz ve Fremantasyon Asit olu umu Metan olu umu ekil 7.2 Havas z Proseslerde Enerji Ak m (6) Biyoreaksiyonlar Havas z ar tma proseslerinde organik maddelerin parçalanmas çok say da mikrobiyal populasyon ile gerçekle mektedir. Bakteri türlerinin çok olmas parçalanmadaki reaksiyon ad mlar n da çe itli ve kompleks hale getirmektedir. Parçalanma reaksiyonlar ndaki ad mlar n KO ak m yüzdeleriyle gösterimi ekil 7.3te verilmektedir. Bu reaksiyonlar sa layan mikroorganizma populasyonlar n n da l m substrat yap s na, proses süresince olu an ara ürünlerin konsantrasyonlar na ve ph, s cakl k, H 2 konsantrasyonu gibi çevresel artlara ba l d r. Biyoreaksiyon ad mlar u ekilde tan mlanmaktad r: Polimerlerin monomerik organiklere hidrolizi hidrolitik mikroorganizmalar taraf ndan gerçekle tirilir. Bu türler çözünmü veya çözünmemi halde bulunan yüksek moleküler a rl kl organik bile iklerin indirgenmesini sa layan enzimlere sahiptirler ve ürettikleri enzim türüne göre s n fland r l rlar. Ortamda eker veya amino asit birikmesiyle inhibe olurlar. Monomerik organik substratlardan hidrojen veya format, CO 2, pirüvat, uçucu ya asitleri, etanol ve laktik asit gibi di er organik ürünlerin olu mas fermantasyon bakterileri taraf ndan gerçekle tirilir. Bu reaksiyonlar bakterilerin bünyelerinde meydana gelmektedir. ndirgenmi bile iklerin H 2, CO 2 ve asetata oksidasyonu hidrojen üreten asitojenler (OHPAs) taraf ndan gerçekle tirilir. Bikarbonatlar n asitojenik solunumu homoasitojenlerce (HA) olmaktad r. Ancak bu bakteriler hidrojen tükettikleri için metanojenler ile rekabete girerler. Ortamda sülfat veya nitrat olmas durumunda alkoller, bütirik ve propiyonik asitler gibi indirgenmi bile iklerin CO 2 ve asetata oksidasyonu sülfat indirgeyen (SRB) ve nitrat indirgeyen (NRB) bakteriler taraf ndan gerçekle tirilir. SRB ve NRBler asetat n karbondioksite oksidasyonunu gerçekle tirirler. 248

257 SRB ve NRBler hidrojenin oksidasyonunda da rol oynarlar. Asetik asidin metana dönü ümü metanojenler taraf ndan sa lan r. Bunlar asetik asidi kullanarak metan üreten arkeleridir (AMA) ve en önemlileri Methanothrix ile Methanosarcina d r. Her iki mikroorganizman n ço alma h zlar dü üktür ve ikilenme süreleri yakla k olarak 24 saattir. Ayr ca bunlar n aktiviteleri ortamdaki hidrojenin varl na ba l d r. Karbondioksitten metan olu umu hidrojen kullanan metanojenler (HMB) taraf ndan gerçekle tirilen metanojik solunum ile olur. Bunlar AMAlara göre daha h zl ço al rlar ve ikilenme süreleri 4 ila 6 saat aras ndad r (Alvarez, 2003). PROTE NLER % 100 KO PART KÜLER ORGAN K MADDELER KARBONH DRATLAR L P DLER % 39 % 21 % 40 % 5 % 34 H DROL Z AM NO AS TLER, EKERLER YA AS TLER % 66 % 20 FERMENTASYON ARA ÜRÜNLER % 46 PROP YON K AS T, BÜT R K AS T H 2, CO 2, Etanol % 20 % 11 % 12 % 8 % 23 ~% 0 % 34 ANAEROB K OKS DASYON ( Oksidasyonu) % 34 % 35 ASETAT % 11 H DROJEN % 70 METAN % 30 % 100 KO ekil 7.3 Kompleks Maddelerin Biyoreaksiyon Ad mlar (1) Yukar da ifade edilen biyoreaksiyonlar n serbest enerji de erleri Tablo 7.3te verilmektedir. 249

258 Tablo 7.3 Baz Anaerobik Biyoreaksiyonlar n Serbest Enerji De erleri (1). Reaksiyon Oksidasyon Reaksiyonlar propiyonat bütirat etanol laktat laktat laktat asetat asetat asetat asetat propiyonat bütirat G 0, kj CH 3 CH 2 COO - + 3H 2 O CH 3 COO - + H + + HCO H 2 +76,1 CH 3 CH 2 CH 2 COO - + 2H 2 O 2CH 3 COO - + H + + 2H 2 +48,1 CH 3 CH 2 OH + H 2 O CH 3 COO - + H + + 2H 2 +9,6 CHCHOHCOO - + 2H 2 O CH 3 COO - + HCO H + + 2H 2-4,2 3CHCHOHCOO - 2CH 3 CH 2 COO - + CH 3 COO - + H HCO CHCHOHCOO - + 2H 2 O CH 3 CH 2 CH 2 COO - + 2HCO H 2-56 asetat metan CH 3 COO - + H 2 O HCO CH 4-31 glikoz asetat C 6 H 12 O 6 + 4H 2 O 2CH 3 COO - + 2HCO H + + 4H glikoz etanol C 6 H 12 O 6 + 2H 2 O 2CH 3 CH 2 OH + 2HCO H glikoz laktat C 6 H 12 O 6 2CHCHOHCOO - + 2H glikoz propiyonat Solunum Reaksiyonlar HCO 3 - HCO 3 - C 6 H 12 O 6 + 2H 2 2CH 3 CH 2 COO - + 2H 2 O + 2H asetat HCO H 2 + H + CH 3 COO - + 4H 2 O -104,6 metan HCO H 2 + H + CH 4 + 3H 2 O -135,6 sulfat sülfid 2- SO 4 + 4H 2 + H + HS - + 4H 2 O -151,9 CH 3 COO - + SO H + 2HCO H 2 S -59,9 nitrat amonyak NO H 2 + 2H + NH H 2 O -599,6 CH 3 COO - + NO - + H + + H 2 O 2HCO NH 4-511,4 nitrat azot gaz 2NO H 2 + 2H + N 2 + 6H 2 O -1120, Mikroorganizmalar Aras ndaki Kar l kl li kiler Havas z ar tmada 3 grup bakterinin ortak çal mas gerekmektedir. Asetat kullanan metanojenler fermantasyon bakterileri ile mü terek çal arak asetik asit konsantrasyonunu ve ph de erini kontrol ederler. Asetat kullanan metanojenlerin ço alma h zlar fermantasyon bakterilerine göre daha yava oldu undan organik yükün artmas durumunda asit üretimi istenilen düzeyde gerçekle ebildi i halde, metan üretimi ayn h zda olmayabilir ve reaktörde a r asit birikimi ile kar la labilir. Gaz faz ndaki H 2 konsantrasyonunun artmas halinde hidrojen kullanan bakterilerce CO 2 ve H 2 den CH 4 üretimi azalmaktad r. Organik madde ani olarak verildi inde fermantasyon 250

259 bakterileri bu ok yüke k sa sürede uyum göstererek asetik asit ve hidrojen gaz üretirler. Ancak, bu durum phy dü ürür ve metanojenlerin rol oynad reaksiyonlar n h z n yava latarak ortamda H 2 birikmesine neden olur. Kompleks organik maddelerin metana dönü türülmesinde hidrojen üreten ve hidrojen kullanan mikroorganizmalar n yine mü terek çal mas önemlidir. Buna göre, propiyonik asidin asetik asit ve hidrojene parçalanabilmesi için ortamdaki H 2 nin k smi bas nc n n 10-4 atmosferi (100 mg/lt) a mamas gerekmektedir. Bu dü ük bas nç ortam nda hidrojen kullanan metanojenler için gerekli enerji k smi bas nc n 1 atm olmas haline göre önemli ölçüde azalt lm olmakta ve sonuç olarak reaksiyon kolayla maktad r. Di er bir de i le birim hacim H 2 yi kullanmak için gerekli bakteri miktar daha az olmaktad r. Bu nedenle, H 2 kullanan metan arkelerinin maksimum h zla faaliyeti için H 2 k smi bas nc n n atm aral nda tutulmas büyük önem ta maktad r (3). Ortamda elektron vericisi olarak sülfat n bulunmas durumunda, sülfat indirgeyen bakteriler aktif hale gelmektedir. Sülfat n sülfide indirgenmesi esnas nda hidrojen kullan m vard r. Bu durumda, sülfat indirgeyen bakteriler, metanojen ve homoasitojenlerle rekabete girerler. Ortamda H 2 konsantrasyonunun k s tl olmas durumunda, rekabet halinde olan bu bakterilerin aktiviteleri, sülfatindirgeyenler>metanojenler>homoasitojenler eklinde s ralanmaktad r ve prosesteki biyolojik denge bozulmu olur (7) Metanojen Populasyonun ph ile De i imi Anaerobik ar tmada ph temel proses kontrol parametrelerindendir. Metanojenler ph de i imine hassast rlar ve buna ba l olarak da, metan üretimindeki reaksiyonlar de i iklik göstermektedir. Metan gaz n n hidrojen veya asetik asit kullan larak meydama gelme yüzdeleri en ufak ph de i imi ile farkl l k gösterir. Biyoreaksiyon ad mlar ndaki bu de i im ekil 7.4te verilmektedir. Burada phn n 7,0 de eri ve phn n 5,0-6,0 aral ndaki de erleri için metanolün parçalanma reaksiyonlar ndaki bask n ad mlar gösterilmektedir. I (a) II metanol UYA asetat CH 4 CO 2 + H 2 III I (b) metanol UYA asetat II CH 4 ekil 7.4 Metanolden Metan Üretimi (a) ph 7,0 için, (b) ph=5,0-6,0 için (8) Metanolden metan üretimi a amalar nda ph 7,0 de eri için I. ve II. ad mlar n bask n oldu u ve ortamda asetik asit birikiminin ya anmad belirlenmi. Buna kar l k olarak, CO 2 + H 2 III 251

260 ph=5,0-6,0 aral nda ise metan olu umunda hidrojen kullanan metanojenlerin daha aktif oldu u görülmü. Sonuç olarak, ortamda asetik asit birikmesi gözlenmi ve bunun nedeninin dü ük ph de erlerinde asetik asitten metan olu umunu sa layan metanojenlerin aktivitesinin dü mesi oldu u saptanm. (8) Biyogaz Üretimi Havas z ar tma prosesinde son ürün olarak üretilen metan n KOI e de eri a a daki ba nt yard m ile hesaplanabilir: CH 4 +2O 2 CO 2 +2H 2 O (7.6) Denkleme göre standart artlar alt nda (0 o C, 1atm bas nçta) 1 mol CH 4 n (22.4 litre) oksidasyonu için 2 mol (64gr) O 2 gereklidir. Standart artlarda giderilen 1 gr KOI için 0.35 l CH 4 üretilir. Bu miktar, 35 o C s cakl k ve 1atm bas nçta l CH 4 /gr KOI gid e tekabül etmektedir. Mezofilik i letme artlar nda endüstriyel ölçekli havas z ar tma tesislerinde m 3 gaz/ kg KOI (giderilen) mertebesinde biyogaz olu maktad r. Biyogaz n enerji de eri kwsa/m 3 olup, %65-80 oran nda metan içermektedir (Tablo 7.4). Yakma ekipman nda ortalama verim %80 al narak, giderilen 1kg KOIn n enerji de eri: 0.3 x 0.80 x (6.5 8) kw-h olarak bulunur. Tablo 7.4 Çe itli at klardan üretilen biyogazlar n CH 4 içeri i ve enerji içerikleri Biyogaz tipi CH 4 Enerji içeri i Çamur çürütücü % kw-sa/m 3 Havas z endüstriyel at ksu ar tma tesisi gaz Çiftlik at klar n n havas z ar t m ndan ç kan gaz Çöp depolama sahas gaz Enerji dönü üm verimi klasik içten yanmal motorlarda %30, gaz türbinlerinde ise %50 civar ndad r Havas z Ar t mda Alkalinite htiyac CO 2 k smi bas nc ile ortamdaki karbonat konsantrasyonu aras nda (7.8) daki ili ki vard r. [H 2 CO 3 ]=k H.P CO2 (7.8) HCO. H 3 k 1 (7.9) H 2CO3 H k k. P 1 H CO2 _ HCO3 (7.10) 252

261 T=35 o C de: Iyonik güç (IG) = 0.2 için k 1 = 10-6 IG = 0 için k 1 = 0.48x10-6 k H = mol/l-atm [H + ] = 12.8x10-4 [P CO2 /BAlk], IG = 0.2 [H + ] = 6.2x10-4 [P CO2 /BAlk], IG = 0.0 Toplam alkalinite bikarbonat alkalinitesi ve uçucu asit alkalinitesi aras nda (7.10) da verilen ba nt geçerlidir: TA=B.Alk+(0.83)(0.85)TUA (7.11) Burada: B.Alk : bikarbonat alkalinitesi, mgcaco 3 /l, TUA : toplam uçucu asit alkalinitesi, mghac/l, 0.85 : ph=4 de titre edilen TUAnin %85 ini 0.83 : CaCO 3 (e.a)/hac(e.a)=50/60 e.a : e de er a rl k TUA alkalinitesi H 2 CO 3 ün tamponlanmas nda katk sa lar, ancak iyonize olmam uçucu asitlerin tamponlanmas nda yetersiz kal r. Bu yüzden TUA alkalinitesinin tampon etkisi ihmal edilir. Bikarbonat alkalinitesi önem ta r. Bikarbonat alkalinitesi hesaplan rken asit titrasyonu ph = yerine 5.8 de kesilir. Bu phda B.Alkalinitesinin %80i, TUA alkalinitesinin ise çok küçük bir k sm titre edilmi olur. Havas z reaktörlerde ph> ise belli miktarda rezerv alkalinite vard r. Rezerv alkalinite sadece B.Alkalinitesini yans t r. Havas z sistemlerde alkalinite ihtiyac n azaltmak üzere: Ar t lm su geri devri, Üretilen biyogaz n bünyesindeki CO 2 in alkali s v çözeltilerde (kireç, kostik) absorbland ktan sonra reaktör taban ndan geri beslenmesi, Termofilik artlarda i letme, Faz ayr m, gibi yöntemler uygulan r Sülfat n Havas z Ar tmaya Etkisi Baz endüstriyel at ksularda ve evsel at ksularda bulunan sülfat iyonlar havas z ar t m s ras nda sülfür iyonlar na dönü ür. Sülfür iyonlar n n havas z ar t m inhibe etmesi yan s ra, ar tma ekipmanlar nda korozyona ve kokuya yol açmas sebebiyle sülfat içeren at ksular n havas z ayr t r lmas s ras nda dikkatle izlenmelidir. Havas z ayr ma s ras nda ortamdaki sülfat iyonlar sülfat indirgeyen bakterilerin (SRB) artmas na neden olur. Sülfat indirgeyen bakteriler metan indirgeyen bakterilerle ayn substarat için (H 2 ve asetat) yar rlar. Sülfat n asetik asit kullanarak hidrojen ve sülfüre dönü ümü reaksiyonu(6): CH 3 COOH+SO 4-2 H 2 S+2HCO 3 - (7.12) 253

262 Genel reaksiyon ise (7.8) deki gibi yaz labilir: 2C + SO H 2 O H 2 S + 2HCO 3 - (7.13) Sülfat indirgeyici bakteriler asetat d nda ekerler, alkoller, poliol, gliserol, amino asitler, fenolik bile ikler, propiyonik asit, peynir alt suyu, laktik asit, sitrik asit, ve evsel at ksu gibi substratlar da kullan rlar (5,6,7,8). Sülfat indirgenmesinden dolay iki tür inhibisyon olur (4): 1) substrat için rekabetten dolay, 2) Çözünmü sülfür iyonlar n n metanojenlerin hücre fonksiyonlar n etkilemelerinden dolay olan inhibisyon. S v fazda ortam ph na ba l olarak H 2 S, S -2 ve H + iyonlar aras nda bir denge vard r. H 2 S 2H + + S -2 (7.14) Nispeten asidik ortamda S ün büyük bölümü daha az toksik olan H 2 S halindedir. At ksudaki KOI/SO 4 > 10 ise olu an sülfürün büyük bölümü H 2 S formunda ve gaz fazda, KOI/SO 4 < 10 ise olu an sülfürün büyük bölümü S -2 formunda ve s v fazda bulunur. Havas z ar t lm su ç k ndaki S -2 ani oksijen ihtiyac na yol açaca ndan ar t lm suyun yüzey sular na de arj nda dikkate al nmal d r. 7.3 Havas z Ar tma Teknolojileri Havas z reaktörler üst k sm kapal ve hava ile temas olmayacak ekilde in a edilirler. Tank içerisinde kar m at ksuyun tabandan beslenmesi, olu an biyogaz n hareketi veya geri devri, mekanik kar t r c lar ve çamur geri devri yoluyla sa lanmaktad r. Ayr man n daha h zl ve tam olmas için reaktör s t l r. Bunun için gerekli olan enerji, proses esnas nda olu an biyogazdan sa lanabilmektedir. Tüm reaktörlerde s v -kat -gaz fazlar n n birbirlerinde ayr lmas amaçlanmaktad r (2) Havas z Reaktör Tipleri Anaerobik reaktör tipleri; mikroorganizmalar n ask da ço ald reaktörler ve biyofilmli reaktörler olmak üzere iki s n fa ayr lmaktad r Ask da Ço alan Sistemler Ask da ço alan sistemlerin ba l ca uygulamalar : Klasik Havas z Çürütücüler Havas z Temas Reaktörleri Membranl Havas z Reaktörler Havas z Çamur Yatakl Reaktörlerdir. Bu sistemlerin reaktör tipleri ekil 7.5te verilmektedir. Klasik anaerobik çürütücüler; tam kar ml ve geri devirsiz reaktörlerdir. Geri devirsiz olduklar ndan çamur ya hidrolik bekletme süresine e ittir. Yava ço alan metan arkelerinin sistemden y kanmamas için çamur ya en az 10 gün olmal d r. Bu nedenle, günlük hidrolik bekletme sürelerinde i letilirler ve buna ba l olarakta, reaktör hacimleri 254

263 büyüktür. Hem hacmin büyüklü ü, hem de ç k suyundaki ask da kat madde konsantrasyonunun yüksekli i bu sistemlerin en önemli mahzurlar ndand r. Uygulamada, at ksular n ar t lmas ndan ziyade ar tma çamurlar n n çürütülmesi için kullan l rlar. Gaz Gaz Gaz Gaz Giri Giri Giri Giri Klasik Anaerobik Çürütücü Havas z Temas Reaktörü Membranl Havas z Reaktör Havas z Çamur Yatakl Reaktör (HÇYR) ekil 7.5 Ask da Ço alan Reaktör Tipleri (3) Havas z temas reaktörleri, klasik anaerobik çürütücülere çöktürme tank ilavesi ile geli tirilmi tir. Çöktürme tank n n olmas, sisteme geri devir yap labilmesini mümkün k ld ndan daha uzun çamur ya lar nda i letilebilirler. Böylece, hidrolik bekletme süresi azalt larak reaktör hacimleri küçültülmektedir (3). Bu sistemlerde ya anan en önemli problem çamurun çöktürülmesidir. Çöktürme tank na ç k suyu ile aktar lan biyokütle çöktürme esnas nda da biyogaz olu turmaya devam eder ve çöktürme istenilen etkinli e ula amaz (5). Çöktürme verimini artt rmak için vakumlu gaz ay r c, termal ok veya plakal çökelticiler kullan lmaktad r. Membranl havas z reaktörlerde ana reaktör tam kar ml bir anaerobik reaktör olup kat madde ayr m için çökeltme yerine ultrafiltrasyon birimi kullan l r. Membran üzerinde akarken suyu al nan biyokütle sisteme geri döndürülerek çamur ya istenilen seviyede tutulmaktad r. Genelde KO de eri mg/ltnin üzerindeki konsantre ve debisi küçük endüstriyel at ksular için uygun sistemlerdir. Havas z çamur yatakl reaktörlerde (HÇYR) ar tma, reaktörün alt k sm ndaki granüler çamur yata ile bunun üst kesimindeki çamur örtüsünde gerçekle ir. Beslenen at n organik madde muhtevas na ba l olarak kuvvetli at klarda çamur yata, seyreltik at klarda ise çamur örtüsü ar tmada a rl kl rol oynamaktad r (3). Reaktöre at ksu tabandan, uygun yukar ak m h z nda verilerek reaktörde çamur yata n n genle mesi sa lan r ve bunun sonucu olarak, granüler çamur ile at ksuyun temas artt r lm olur. Çamur yata n n genle mesi ile etkin çökelmenin birlikte sa lanabilmesi için gerekli ak m h z 0,5-3 m/saattir. Ancak, gerekli kar m n sa lanamad durumlarda bu de er 6,0 m/saate kadar artt r labilir (15). Yap lan ara t rmalar sonucunda, granüler çamur olu umunun 15 mg/lt Ca 2+ ile artt r labilece i ve 5-10 mg/lt Fe 2+ ilavesi ile de filamentli bakterilerin olu umunun engellenebilece i bulunmu tur. Stabilitesi sa lanm reaktörün çamur yata nda gr/lt konsantrasyonlar nda çamur olabilmektedir. Bu da, yüksek organik yüklemelerde çal may mümkün k lmaktad r. Pilot tesislerde yap lan çal malarda, kg KO /m 3 -gün aral daki yüklemelerde 3-8 saatlik bekletme süreleri ile etkin giderme verimlerinin sa lanabilece i tespit edilmi tir. 255

264 HÇYR sisteminde anaerobik ayr ma at ksu çamur yata ndan yukar ç karken gerçekle ir ve biyogaz üretimi olur. Olu an biyogaz reaktörün s v -kat -gaz ay r c birimine ula t nda ortamdan ayr l r. Bu esnada, yukar ula an biyokütle de s v fazdan ayr larak tekrar çamur yata na döner ve ç k ta kat madde gözlenmez (14). Reatörün proses stabilitesi, çamur çökelmesinde ya anan problemlerden veya granüler çamurun aktivitesinin dü mesinden kolayca etkilenmektedir. Çamurun çökelmesinde ya anan problemler çamur yata n n homojenli ini bozar ve çamurun a r kabararak kaçmas na neden olur. At ksu içerisindeki inorganik yap n n artmas ise granüler çamurun aktivitesinin dü mesine neden olabilmektedir. Ayr ca, giri suyunda ask da kat madde ve ya muhtevas n n artmas t kanma, çamur yata nda kanallanma ve köpük olu umu gibi i letme problemlerinin ortaya ç kmas na neden olmaktad r (15) Biyofilm Sistemleri Biyofilm sistemlerinin ba l ca uygulamalar : Havas z Ak kan Yatakl Reaktörler (HAYR) Havas z Filtreler (HF) Havas z Döner Diskler Perdeli Reaktörlerdir. Bu sistemlerin reaktör tipleri ekil 7.6da verilmektedir. Gaz Giri Gaz Gaz Gaz Geri Devir Giri Giri Giri Havas z Ak kan Yatakl Reaktör (HAYR) Havas z Filtre (HF) (A a Ak l ) Havas z Filtre (HF) (Yukar Ak l ) Perdeli Reaktör ekil 7.6 Biyofilm Sistemlerinin Reaktör Tipleri (3) Havas z ak kan yatakl reaktörlerde (HAYR) biyokütle ak kan haldeki, 0,1-0,6 mm çapl kum, antrasit, aktif karbon gibi ince tanecikli yatak malzemesi üzerinde tutunur. Ak kan haldeki yatak malzemesinin üzerinde mg/lt gibi yüksek konsantrasyonlarda biyokütle tutulabilmektedir. HAYRler kg KO /m 3 -gün gibi yüksek organik yükler uygulanabilen ve hidrolik bekletme süresi 1,5-3 saate kadar indirilebilen sistemlerdir. Bunlar n en büyük mahzuru, yata n ak kan tutulabilmesi için gerekli olan geri devirdeki terfi maliyetidir. Havas z filtreler; içerisinde k rma ta veya plastik dolgu malzemesi bulunan reaktörlerdir. Yukar veya a a ak l olarak i letilebilirler. Dolgu malzemesi bakterilerin tutunmas için yüzeyi artt r r. Bununla birlikte, yap lan çal malar sonucunda, filtre içerisindeki mevcut biyokütlenin takriben %60 n n filtre malzemesinin bo luklar nda oldu u ve ar tman n büyük bir k sm n n burada gerçekle ti i tespit edilmi tir. 100,000 mg/lt konsantrasyonlar nda biyokütle filtre içinde tutulabilmektedir. Çe itli inhibitörler kar s nda biyokütle kayb s n rl olup, sistemin yeni durumlara uyum sa lamas daha rahat 256

265 olabilmektedir. Buna kar l k olarak, biyofilm te ekkülünün zaman almas, yüksek oranda ask da kat madde ihtiva eden at ksularda t kanma, kanallanma ve k sa devre ihtimalleri olu u ve özellikle dolgu malzemesinin pahal olmas bu reaktörlerin önemli mahzurlar ndand r (3) Di er Sistemler Farkl olarak uygulanan di er reaktör tiplerinin ba l calar : Hibrid Filtreler ki Kademeli Reaktörler Havas z Kompost Reaktörleridir. Bu uygulama tipleri ekil 7.7de verilmektedir. Gaz Giri Gaz Gaz Kesikli Giri Gaz Geri Devir Giri Asit Reaktörü Metan Reaktörü Havas z Çamur Yatakl Filtre (HÇYF) ki Kademeli Reaktör Havas z Kompost Reaktör ekil 7.7 Uygulanan Di er Reaktör Tipleri (3) Hibrid filtreler; alt k s m havas z çamur yata üst k s m ise havas z filtre olarak te kil edilir. Filtre k sm ndaki dolgu malzemesi yüksekli i 2 mden az olmayacak ekilde filtre k s m toplam hacmin %50-70ini kapsamal d r. Bu reaktörlerde biyolojik ar tman n büyük k sm çamur yata nda gerçekle ir. Üst k s mdaki filtre yap s s v ve kat fazlar n n ayr m n sa lar ve biyokütle kaç n engeller. Ancak son uygulamalarda dolgu malzemesi içinden geçen biyogazdan dolay çökelmede istenilen etkinli in sa lanamad saptanm t r. Bu nedenle, dolgulu k sm n reaktör d nda ayr ca te kilinin daha faydal olaca belirtilmi tir. Havas z çamur yatakl filtrenin 5-10 kgko /m 3 -günlük organik yüklerde ba ar yla çal an birçok kurulu örne i bulunmaktad r. ki kademeli reaktörlerde, asit ve metan üretimi ayr reaktörlerde gerçekle tirilir. Faz ay r m n n uygulanmas yla havas z ar tmada organik yükün %50'ye yak n oranda artt r lmas mümkündür. Böyle bir uygulama ile toplam hacimde %30-40 oran nda bir küçülme sa lanabilmektedir. Tam kar ml bir havas z tank veya derin havas z lagün asit reaktörü olarak kullan labilir (3). Havas z reaktörlerin, tek veya iki kademeli i letmelerine göre genel kar la t r lmas Tablo 7.5de verilmektedir. 257

266 Tablo 7.5 Tek ve ki Kademeli letmenin Mukayesesi (3) Tek Kademli ki Kademeli Üstünlükleri K s tlar o Daha az yat r m maliyeti o letme ve kontrol kolayl o Daha uzun sürede i letmeye alma o Daha karars z proses o Organik yük de i imlerine daha hassas olu u o Daha h zl i letmeye alma o Prosesin daha kararl olmas o Ar tma veriminin daha yüksek olu u o Kat organik maddelerin daha iyi ayr mas o o Daha yüksek yat r m maliyeti o Kontrolun daha zor olu u o Dikkatli ph kontrolu gereklili i Havas z Reaktörlerin Kar la t r lmas Hacimsel organik yükü olabildi ince yükseltilmesi havas z reaktör hacminin küçültülmesi ve kar la lan problemlerin giderilmesi için geli tirilen havas z ar tma sistemlerinin organik yük ve KO giderme verimleri bak m ndan kar la t r lmalar Tablo 7.6da verilmektedir. Tablo 7.6 Havas z Ar tma Sistemlerinin, Organik Yük ve Verim Bak m ndan Kar la t r lmas (3) Reaktör Tipi Organik Yük (kg KO /m 3 -gün) Havas z Temas Reaktörü Havas z Filtre Havas z Ak kan Yatakl Reaktör Havas z Çamur Yatkl Reaktör Membranl Havas z Reaktör KO Giderme Verimi % Endüstriyel at ksular n ar t m uygulamalar nda yayg n olarak kullan lan havas z çamur yatakl reaktörlerde, havas z filtrelerde ve havas z ak kan yatakl reaktörlerde ya anan en önemli i letme sorunlar Tablo 7.7de verilmektedir. Ayr ca, yayg n olarak kullan lan reaktörlerin genel avantajlar ve k s tlar Tablo 7.8de belirtilmektedir. 258

267 Tablo 7.7 HÇYR, HF ve HAYR Sistemlerinin Ba l ca letme Sorunlar (3) HÇYR HF HAYR Yatak genle mesinin kontrol güçlü ü De i ken giri suyu özelliklerine ba l proses stabilitesi sorunu ok yüklerde biyokütle kayb nert kat madde birikimi Biyokütle yüzmesi Giri ak m n n üniform da tma zorlu u Yatakta t kanma ve kanallanma riski Filtrenin peryodik olarak geri y kanma gere i nert kat madde birikimi Ç k ta AKM ay rma (çökelme) ihtiyac Yatak genle mesini kontrol güçlü ü Giri ak m n üniform da tma güçlü ü Biyopartikül kaç Ak kanla ma özelliklerinin de i kenli i Biyofilm kopmas Vanalarda ar za Sürekli geri devir Gere i 7.4 letmeye Alma ve Proses Kontrolü Havas z ar tma süreçlerinde birçok faktör ar tma verimini etkilemektedir. Bunlar; hidrolik bekletme süresi (HBS), çamur ya ve hacimsel organik yükleme (L v ) gibi yükleme faktörleri, s cakl k, ph, besi maddesi, toksit maddeler gibi çevresel faktörler veya kar t rma ve at ksu özellikleri gibi i letme faktörleridir (16). Bunlara ba l olarak, proses kontrolünün hassas ve zor olu u, i letmeye alma süresinin uzun olamas anaerobik sistemlerin yayg n olarak kullan lmas n engellemektedir (3) Çevre artlar letmeye Alma Ba ar l i letmeye alma a amas ve uygun i letilme ile anaerobik sistemler mikrobiyal olarak dengeye gelir ve stabil verimler elde edilir. Bu dengenin kurulmas öncelikle uygun a n n kullan lmas yla olur. Daha sonra, i letmeye alma süresince organik asit olu umunun ve phn n sürekli kontrolü gereklidir (5). Dü ük h zl reaktörlerde (L v = 1-5 kgko /m 3 -gün) i letmeye alma süresi daha dü ük biyokütle konsantrasyonlar nda ve daha k sa sürelerde tamamlan r. Buna kar l k oarak, yüksek h zl (L v = 5-25 kgko /m 3 -gün) havas z sistemler için daha yüksek reaktör biyokütle konsantrasyonlar na ihtiyaç vard r. letmeye alma süresini etkileyen ba l ca faktörler Tablo 7.9da verilmektedir. Organik madde miktar n n biyokütle konsantrasyonuna oran (F/M) 0,5-1 kgko /kgukm-gün için dü ük ve yüksek h zl havas z reaktörlerde olmas gerekli aktif biyokütle konsantrasyonlar s ras yla mg/lt ve mg/lt aral klar nda kalmal d r. Dü ük biyokütle sentezi (Y), a özellikleri ve biyokütle birikme verimine ba l olarak yüksek h zl havas z sistemlerde kararl mikrobiyolojik denge haline ula labilmesi için, 1-12 ayl k süreler gereklidir. Termofilik reaktörlerde, Y de erleri daha da dü ük oldu undan bu süre bir y la ula maktad r. 259

268 Tablo 7.8 Havas z Reaktörlerin Üstünlük ve K s tlar (16) Klasik Havas z Çürütücü Havas z Temas Reaktörü Havas z çamur yatakl reaktör Havas z ak kan yatakl reaktör Havas z filtre Hibrid filtre Avantajlar Farkl at ksular için uygundur Yüksek ask da kat madde içeren at ksularda etkili olarak uygulan r Tam kar m ile homojen ortam kolayl kla sa lan r Verim çamur stabilitesine ba l de ildir Özellikle biyolojik çamurda etkili ar t m sa lar Konsantre at ksular için uygundur Tam kar m ile homojen ortam kolayl kla sa lan r Di erlerine göre daha yüksek kaliteli ç k suyu elde edilir Klasik havas z çürütücüye göre reaktör hacmi azd r Özellikle biyolojik çamurda etkili ar t m sa lar Proses kontrolü kolayl kla yap l r Yüksek biyokütle konsantrasyonlar ve uzun çamur ya lar sa lan r Yüksek hacimsel organik yükleme yap labildi inden hacimleri çok daha azd r Yüksek kalitede ç k sa lan r Mekani i kolayd r Etkin kar m sa lan r Yüksek biyokütle konsantrasyonlar ve uzun çamur ya lar sa lan r Yüksek hacimsel organik yükleme yap labildi inden hacimleri çok daha azd r Çok iyi kütle transferi mevcuttur Yüksek kalitede ç k sa lan r n a alan ihtiyac çok azd r Verim granüler çamur olu umundan ba ms zd r Etkin kar m sa lan r Proses kontrollüdür Yüksek biyokütle konsantrasyonlar ve uzun çamur ya lar sa lan r Yüksek hacimsel organik yükleme yap labildi inden hacimleri çok daha azd r Yüksek kalitede ç k sa lan r Mekani i kolayd r n a alan ihtiyac çok azd r Verim granüler çamur olu umundan ba ms zd r Etkin kar m sa lan r Yüksek biyokütle konsantrasyonlar ve uzun çamur ya lar sa lan r Yüksek hacimsel organik yükleme yap labildi inden hacimleri çok daha azd r Yüksek kalitede ç k sa lan r Mekani i kolayd r n a alan ihtiyac çok azd r Verim granüler çamur olu umuna az da olsa ba l d r K s tlar Geni reaktör hacmi gerekli Parçalanamayan organik madde giri i ile ç k kalitesi dü er A r biyokütle olmas ç k katitesini dü ürür Dü ük çamur ya malar nda stabilite ve verim çok dü er Mekanik kar t r c gerekli Biyokütle stabilitesi etkin verim için kritiktir Sistem mekanik olarak komplekstir Dü ük hidrolik bekletme sürelerinde stabilite sa lanamaz Verim granüler çamur olu umuna ba l d r At ksu ask da kat madde içerirse çok dü ük yüklerde çal l r Deneyime ba l olarak reaktör tipi de i ir Proses kontrolü tam sa lanamaz Dü ük hidrolik bekletme sürelerinde stabilite sa lanamaz Uzun ba lang ç evresi gerekli Çamur yata n n ak kanla mas ve genle mesi için yüksek enerji gereklidir Mekaniksel olarak komplekstir Dolgu malzemesi maliyeti vard r Dü ük hidrolik bekletme sürelerinde stabilite sa lanamaz Ask da kat madde birikimi verimi dü ürür Yüksek ask da kat madde içeren at ksular için uygun de ildir Proses kontrolü tam sa lanamaz Dolgu malzemesi maliyeti vard r Dü ük hidrolik bekletme sürelerinde stabilite sa lanamaz Ask da kat madde içeren at ksularda dü ük yükler uygulan r Proses kontrolü tam sa lanamaz Dü ük hidrolik bekletme sürelerinde stabilite sa lanamaz 260

269 Tablo 7.9 letmeye Alma Süresini Etkileyen Faktörler (3) Hedeflenen organik yük ve/veya biyokütle konsantrasyonu A çamurunun reaktörde kalan k sm n n oran Biyokütle birikme verimi Giren at n biyokütleye dönü üm verimi Anaerobik sistemlerin i letmeye al nma devresinde kar la lan esas problem ar t lacak at ksuya uygun mikroorganizma toplulu unun yeti tirilememesidir. Uygun nitelikte a olmas halinde süreler azal r. stenilen özellikte a yok ise evsel at ksu ar tma tesisi çürütücülerinden veya mhoff tank ndan al nan çamurla ve hayvan gübresi ile a lama yap labilir. Böyle durumlarda al t rma devresi 2-3 ay sürebilir. Metanojenlerin ço alma h z n n dü ük olamas nedeniyle sistemin, arzu edilen organik yüklerde, kararl i letme durumuna ula mas 4-8 ay alabilir. Termofilik sistemlerde bu süre daha da uzamaktad r. Yeterli miktarda uygun a varsa anaerobik reaktörler gün içinde kararl i letme artlar na ula t r labilir. Yukar ak l havas z çamur yatakl reaktörlerde, granüle a kullan lmamas halinde 1-2 kgko /m 3 -günlük organik yükle sistem al t r lmaya ba lan r. Reaktördeki toplam uçucu asit (TUA) konsantrasyonu 1500 mg/ltyi geçmeyecek ekilde organik yük kademeli olarak gün sonra 5 kgko /m 3 -güne ç kart l r. Yüksek biyolojik aktivitesi olan a r granüler çamur elde edilebilmesi için organik yükün 5 kg/m 3 -günden fazla olmas gerekmektedir. Normal artlarda, at n türüne de ba l olmakla birlikte 40 gün sonunda bu yüke ula labilir. Anaerobik reaktörlerde i letmeye alma süresinin k salt labilmesi için bu dönemdeki biyokütle kayb n n kontrol edilmesi gerekmektedir. Bu amaçla, yüksek oranda geri devir uygulanabilir veya sistemi terkeden biyokütle, geçici olarak tesis edilen bir ultrafiltrasyon biriminde tutularak reaktöre geri döndürülebilir (3) Optimum Çevre artlar Havas z ar tmay gerçekle tiren mikroorganizma toplulu unun kapasitesinden en verimli ekilde yararlanabilmek için reaktörde optimum çevre artlar n n sa lanmas gerekir. Anaerobik mikroorganizmalar için optimum çevre artlar n n genel de erlendirilmesi Tablo 7.10da verilmektedir. S cakl k faktörü anaerobik reaktörleri hem kinetik, hem de termodinamik aç dan etkiler. Anaerobik proseslerde, s cakl k at ile biyokütlenin ço alma h z n n artmas ve parçalanma reaksiyonlar n n daha çabuk olmas nedeniyle proses verimi s cakl k ile art göstermektedir. ekil 7.8de anaerobik parçalama proses h z n n s cakl k ile de i imi gösterilmektedir. ekilde, s cakl n 35 o C ve 55 o C oldu u durumlarda pik noktalar n verimin en yüksek de erde oldu u gözlenmektedir. Termofilik s cakl klarda çal mak biyolojik ayr abilirli i yüksek olan at ksular n ar t m nda problem ortaya ç karabilmektedir. S cakl k art ile artan kinetik aktivite ve ço alma h z, asitojenlerin metanojenlerden daha h zl asit üretmesine neden olur ve mikroorganizmalar aras ndaki dengeyi bozarak ortamda asit birikmesine yol açabilir. (1). 261

270 Tablo 7.10 Anaerobik Mikroorganizmalar çin Optimum Çevre artlar (3). Parametre Optimum atlar Ar t lan at n bile imi KO /N/P 300/5/1 PH 6,5-8,2 S cakl k Karbon, temel (N,P) ve iz elementler bak m ndan dengeli olmal, O 2, NO 3, H 2 O 2, SO 4 gibi oksitleyici maddeler, toksit ve inhibitör elementler içermemeli (35-37) o C~50-60 (55) o C Alkalinite (2000) mg/lt CaCO 3 TUA TUA/Alkalinite <0,1 < mg/lt (astetik asit olarak) Yüksek s cakl klarda reaksiyonlar n daha h zl gerçekle mesi, uygulamada s cakl k art ile HBSlerin dü ürülebilmesine imkan sa lamaktad r (16). Havas z çamur yatakl reaktörler için tasar m yükünün s cakl kla de i imi Tablo 7.11de verilmektedir. sakrofilik mezofilik termofilik proses h z s cakl k ekil 7.8 Anaerobik Parçalanma Prosesi çin S cakl k Aral klar (1) Tablo 7.11 Havas z Çamur Yatakl Sistemlerde Tasar m Yükünün S cakl kla De i imi (3) S cakl k Tasar m Yükü o C (kgko /m 3 -gün)

271 Metanojenler için optimum ph aral 6,5-8,2 kabul edilir. ph>8 için aktivitenin aniden dü mesi ortamdaki serbest amonyak miktar yla ilgilidir. ph<5,5 halinde ise hem metan, hem de asit bakterileri inhibisyona u rarlar. Metanojenlerin reaktif aktivitelerinin (asetat kullan m h zlar n n) ph ile de i imi ekil 7.9da verilmektedir. Havas z ar tmada, i letmeye alma ve a r yükleme devreleri d nda genellikle ph kontrolü gerekmez. Havas z ayr ma esnas nda reaktördeki ph, CO 2 ve alkalinite parametreleri birbirlerine ba l parametrelerdir. Dolay s yla bunlardan ikisinin bilinmesi di erinin tahminini mümkün k lar (3). 1 0,75 R 0,5 0, ekil 7.9 Metanojenleri Reaktif Aktivitelerinin (R) ph ile De i imi (3) Ortamda i letme esnas nda TUA/Alkalinite oran 0,1 de erini a mamal d r. Ortam n phs n n dü mesi ve bunun sonucu olarak, alkalinitenin azalmas durumunda sistemin alkalinitesinin ilave kimyasallar ile artt r lmas gereklidir. Yayg n olarak kullan lan kimyasallara örnek olarak Ca(OH) 2, NaHCO 3, Na 2 CO 3, NaOH, NH 3 veya NH 4 HCO 3 verilebilir (5). Tüm biyolojik sistemlerde oldu u gibi anaerobik proseslerde de biyokütle sentezi için ortamda besi maddeleri ve iz elementlerin mevcut olmas gereklidir. Ar t lan at n KO /N/P bak m ndan dengeli olmas çok önemlidir. Böyle bir denge yok ise üre, H 3 PO 4, amonyum fosfat gibi kimyasal maddeler ilave edilerek bu denge sa lan r. Al t rma devresinde KO /N/P oran 300/5/1~500/5/1 aras nda tutulmal d r. Kararl hale gelen sistemde ise 700/5/1 oran uygulanabilir. Ayr ca, çamur ya n n çok uzun tutuldu u durumlarda bu oran uygun ekilde dü ürülebilir. Azot (N) ve fosfor (P) gibi makro nütrientlerin yan s ra Na, K, Mg, Fe, S, Ni, Co, Mo, Se ve W gibi iz elementleri de proses için gereklidir. Özellikle tüm çevre artlar n n optimum oldu u durumda etkin KO giderimi ve dü ük UA seviyeleri elde edilemezse, iz elementin eksikli i sözkonusu olabilir. Bu durumda, Fe, Co ve Ni gibi üç önemli iz elementi reaktöre, 0,1 mg/lt seviyesi elde edilecek miktarlarda, özel formüller halinde dozlanmas gereklidir. Tablo 7.12de anaerobik ar tma için gerekli besi maddeleri ve bunlara ait de erler verilmektedir. ph 263

272 Tablo 7.12 Anaerobik Ar tma çin Nutrient htiyac (5) Elementler htiyaç Maksimum Konsantrasyonlar (mg/grko ) (mg/lt) Eklenen Formlar Makro besi maddeleri Azot NH 3, NH 4 Cl, NH 4 HCO 3 Fosfor 0,8-2,5 10 NaH 2 PO 4, H 3 PO 4 Sülfür MgSO 4.7H 2 O Mikro besi maddeleri Demir (Fe) 0,03 10 FeCl 2.4H 2 O Kobalt (Co) 0,003 0,02 CoCl 2.2H 2 O Nikel (Ni) 0,004 0,02 NiCl 2.6H 2 O Çinko (Zn) 0,02 0,02 ZnCl 2 Bak r (Cu) 0,004 0,02 CuCl 2.2H 2 O Mangan (Mn) 0,004 0,02 MnCl 2.4H 2 O Molibdat (Mo) 0,004 0,05 NaMoO 4.2H 2 O Selenyum (Se) 0,004 0,08 Na 2 SeO 3 Tungsten (W) 0,004 0,02 NaWO 4.2H 2 O Boron (B) 0,004 0,02 H 3 BO 3 Genel Katotlar Sodyun (Na) NaCl, NaHCO 3 Potasyum (K) KCl Kalsiyum (Ca) CaCl 2.2H 2 O Magnezyum (Mg) MgCl 2 Havas z ar tmada kararl l n sa lanabilmesi için ortamda kesinlikle serbest oksijen bulunmamal d r. Oksijen kimyasal olarak ba l olsa bile ar tma sürecini olumsuz olarak etkilemektedir. Bu nedenle, NO - 3, H 2 O 2, SO = 4, HS - vb. maddeler havas z sistemlerin verimini olumsuz yönde etkiler. At ksu içerisinde a r miktarda sülfat olmas durumunda, sülfat indirgeyen bakteriler bask n duruma gelir ve reaksiyon sonucunda ara ürün olarak H 2 S ortaya ç kar. Ortaya ç kan H 2 Snin yüksek konsantrasyonlar havas z ar tmada inhibisyon etkisi yapmaktad r. Yüksek seviyede NH 4 veya protein ihtiva eden at ksularda NH 3 toksiditesi de önemli bir sorundur. Su ortam ndaki serbest (iyonize olmam ) NH 3 yüzdesi ph ve s cakl a ba l d r. Bu nedenle, amonyak inhibisyonunda s cakl k ve ph gibi ortam artlar inhibisyon derecesini etkilemektedir. Mikroorganizmalar n faaliyetlerini yava latan veya durduran zararl maddelerin, daha sonraki safhalar nda oldu u gibi, al t rma evresinde de dikkatli kontrolü gerekir. Bu tür zararl maddelerin anaerobik ayr ma sürecini ileri derecede yava latan konsantrasyonlar Tablo 7.13te verilmektedir. Zehirli ve zararl maddelerin etkisinin giderilmesi için kayna nda kontrol, seyreltme veya mikroorganizmalara yeterli al ma sürelerinin sa lanmas gereklidir (3). 264

273 Tablo 7.13 Zararl Maddelerin Anaerobik Ayr ma Sürecini Engelleyen Konsantrasyonlar (3) Madde Zararl Konsantrasyon Seviyesi (mg/l) NH 4, NH (ph>7,5 halinde) Çözünmü H 2 S, HS -, S Na K Ca CN - 0,5-1 Alkil benzen sülfonat Havas z Süreçlerin zlenmesi ve Kontrolü Havas z ayr man n istenilen düzeyde olabilmesi için ar tma sisteminin sürekli izlenmesi ve karars zl klara kar gerekli tedbirlerin zaman nda al nmas gerekir. Etkili bir i letme ve izleme sonucu, yüksek verimli ar tman n sa lanmas, metana dönü üm oran n n yüksek olmas ve olabildi ince az ar tma çamuru olu mas gibi yararl sonuçlar elde edilir (3) Proses Kontrolü Proses kontrolünün amac ar tma sistemindeki düzensizliklerin mümkün olan en erken sürede tespit etmektir. Havas z ar tmada proses kontrolü bak m ndan dikkatle izlenmesi gereken parametreler Tablo 7.14de verilmektedir. Prosesin izlenmesi amac yla, bu parametrelere ilaveten özellikle çamur ya ve at k kompozisyonun da kotrolü gereklidir. Tablo 7.14 Havas z Ar tma Proses Kontrolü çin zlenmesi Gereken Parametreler (1) S v Fazda UA ph Alkalinite L V KO S v seviyesi Çözünmü H 2 Gaz Faz nda Gaz üretim h z Metan veya CO 2 üretim h z Biyogazdaki CO 2 yüzdesi Biyogazdaki H 2 yüzdesi Kararl l n kaybeden bir anaerobik reaktörde dengesizlik ilk önce sistemdeki TUA konsantrasyonunun artmas sonucu phda ani bir dü ü ile kendini gösterir. phdaki dü ü ten bir süre sonra alkalinitede ani azalma gözlenir. Bu esnada gaz üretiminin yava lamas nedeniyle gaz debisinde azalma ve gazdaki metan yüzdesinde dü ü olur. Bunlar n sonucu olarak reaktör ç k ndaki KO konsantrasyonu yükselir ve sistemin verimi dü er (3) Prosesteki Karars zl klar Havas z sistemlerde prosesteki karars zl a sebep olan faktörler ba l ca iki ana k s mdan olu ur. Bunlardan, ekipman ar zalar, s cakl ktaki ani de i me, organik yükteki ani art ve at n bile imindeki de i iklikler k sa süreli karars zl klar, at ksu içerisindeki zararl 265

274 maddeler, ar t lan at ksuyun veya reaktörün phs ndaki ani dü ü veya al ma evresindeki mikroorganizma ço alma h z n n yava olu u gibi de i ikler de uzun süreli karars zl klar olark olarak ifade edilir. Proses stabilitesi kaybolan bir anaerobik reaktörün tekrar kararl hale gelmesi için öncelikle ph 7 civar na getirilir. Karas zl a neden olan sebepler belirlenir ve uygun tedbirler uygulan r. Sistem kararl duruma gelinceye kadar ph dikkatlice izlenir. Karas zl k sonucu dü en ph de erini uygun seviyeye yükseltmek için çe itli çözümlerden biri kireç ilavesidir. Kireç, reaktörde phn n 6,5den daha dü ük olmas durumunda uygulanmal d r. Aksi takdirde, kireç suda çözünmez ve ilave edilen kireç CaCO 3 olarak sistemde çökelir sonuçta hiçbir yarar olmaz. Kireç kullan m n n di er bir mahzuru, kalsiyumun ortamdaki fosforu kalsiyum orta fosfat halinde kendine ba lamas d r. Bunun sonucunda, ortamda besi maddesi eksikli i ya an r. Bu sak ncalar ndan dolay özellikle endüstriyel at ksu ar tma tesislerinde kireç ile ph kontrolü, ph çok dü medi i sürece yap lmaz. Bunun yerine genellikle NaOH ve NaHCO 3 birlikte kullan l r. Ancak bu durumda da Na konsantrasyonunun a r de erlere ula mamas na dikkat edilmelidir. Na konsantrasyonunda problem ya anmas durumunda NaHCO 3 yerine KHCO 3 veya NH 4 HCO 3 kullan l r. Baz karas zl k durumlar nda reaktörde phn n art r lmas na ve organik yükün azalt lmas na ra men sistemde uçucu asit konsantrasyonu dü meyebilir. Bu durum, uçucu asidin propiyonik asit a rl kl oldu unu göstermektedir. Bu durumda, reaktör iyice seyreltilmi at k veya yang n suyu (temiz su) ile y kan r. Uçucu asit konsantrasyonu normal seviyeye geldikten sonra organik yükleme kademeli olarak artt r l r. Gaz debisindeki dü me ve CH 4 yüzdesindeki azalma havas z reaktörlerde karars z durumun iyi bir göstergesidir. yi i letilen reaktölerde metan yüzdesi %70in üzerindedir. Bu de er %65in alt nda ise sistem dengesi bozulmu demektir (3). Havas z sistemlerde karars zl a neden olabilecek baz durumlar ve bunun sonucu olu abilecek problemler ve etkileri Tablo 7.15de verilmektedir. Tablo 7.15 Anaerobik Reaktörlerdeki Karars zl klar ve Tahmini Sonuçlar (1) Karars zl klar Olu abilecek Problemler Sonuçlar Besleme artmas debisinin Yükleme art Toksik madde varl S cakl k sal n mlar Oksijen varl Mikroorganizma y kanmas Metanojenlerin bekletme süresinin azalmas ndan etkilenmesi Öncelikle metanojenler etkilenir UA birikmesi Metan yüzdesinin dü mesi phn n dü mesi Alkalinitenin dü mesi Gaz üretim h z n n azalmas UA konsantrasyonundaki art a ba l olarak ph dü mesi Asetik asit haricindeki uçucu asitlerin birikmesi 266

275 7.5 Temel Proses Kineti i Mikrobiyal Reaksiyon Kineti i Biyolojik sistemlerde reaksiyonlar mikroorganizmalarca gerçekle tirildi inden reaktör kineti i mikrobiyal aktiviteye ba l d r. Bu nedenle, proses davran lar n n tahmininde mikrobiyal büyüme, substrat kullan m ve ürün olu umu iyi bilinmelidir. Biyokütle Ço alma H z : Ortamda mikroorganizmalar için enerji, karbon kayna ve elektron al c s gereksinimlerinin tam olmas durumunda biyokütle ço alma h z (Alvarez, 2003) dx dt = µ. X (7.15) e itli ince ifade edilmektedir. Burada, X = biyokütle konsantrasyonu (mguakm/lt) µ = biyokütle özgül ço alma h z sabiti (gün -1 )dir. Substrat Kullan m H z : Substrat kullan m h z, biyokütle konsantrasyonuna ba l olarak, birinci derece kinetik ile a a daki e itlikle ifade edilmektedir (Horan, 1990). ds dt = q. X (7.16) Burada, q = substrat kullan m h z sabiti (gün -1 )dir. Substrat kullan m ile biyokütle ço almas aras ndaki ili ki dx dt Y = (7.17) ds dt eklinde verilmektedir. Burada, Y = biyokütle dönü üm oran (mguakm/mgko )dir. Denklem (3.1), (3.2) ve (3.3)e ba l olarak Y = µ (7.18) q olmaktad r. 267

276 Biyokütle Ölüm H z : Biyokütle ölüm kineti i biyokütle konsantrasyonuna ba l olarak dx dt = b. X (7.19) eklinde ifade edilmektedir. Burada, b = biyokütle içsel solunum h z (gün -1 ) Net Biyokütle De i imi: Net biyokütle de i imi ço alma h z ile ölüm h z toplanarak belirlenir ve a a daki e itlik ile ifade edilmektedir (1). dx dt net Y ds dt - b. X (7.20) Mikroorganizma Ço alma Kineti i Anaerobik proseslerde substrat kompleks yap da oldu undan ve buna ba l olarak, çe itli mikroorganizma türleri görev yapt ndan ço alma kineti i farkl ekillerde ifade edilmektedir (1). Monod fadesi: Mikroorganizma ço alma h z zamanla h z k s tlay c olan substrat konsantrasyonuna ba l olarak ifade edilmektedir. E itlik S µ =µ maks (7.21) K S + S eklinde verilmektedir. Burada, µ maks = mikroorganizmalar n maksimum ço alma h z sabiti (gün -1 ) S = substrat konsantrasyonu (mgko /lt) K = yar doygunluk sabiti (KO /KO hücre )dir. S Denklem (3.7) substrat n k s tlay c olmad durumda ( S >> ) µ = µ maks (7.22) ve substrat n k s tlay c oldu u durumda ise ( S << ) K S K S S µ = µ (7.23) maks K S olmaktad r. 268

277 Contois fadesi: Mikrobiyal populasyon yo unlu unu belirleyen kütle transferinin büyüme h z üzerine etkisini yans tan mikroorganizma ço alma h z, S µ = µ maks (7.24) K. X + S e itli i ile ifade edilmektedir. Burada, K = kinetik sabittir. Chen ve Hashimoto fadesi: Giri substrat konsantrasyonunun etkisinin Contois ifadesine ilavesi ile geli tirilmi tir: µ S µ maks (7.25) K. S S 0 (1 K) 0 olarak ifade edilmektedir. Burada, S = giri substrat konsantrasyonu (mgko /lt)dir. 0 Çoklu Substrat Kullan m fadesi: Ortamda iki farkl substrat n olmas durumunda iki ayr substrat k s tlay c denklem tan mlanm t r ve ifade S S 1 2 maks (7.26) KS1. S1 K S 2. S2 eklinde verilmektedir Kinetik ve Stokiyometrik Sabitler Proseslerin tam olarak matematiksel ifadelerinin yaz labilmesi için kinetik ve stokiyometrik sabitlerin de erleri belirlenmelidir. Bu amaçla yap lan çal malar sonucunda baz organik maddelere ait sabitler belirlenmi tir (1). Hidroliz a amas n n birinci derece reaksiyon ifadesindeki denklem sabitinin ( K ) literatürdeki de erleri, farkl organik maddeler için Tablo 7.16da verilmektedir. Monomerlerin fermantasyonunda amino asit ve eker substratlar için yap lan çal malar sonucunda elde edilen fermantasyon sabitleri ise Tablo 7.17de verilmektedir. 269

278 Tablo 7.16 Hidroliz Sabiti De erleri (1) Organik Madde K (gün -1 ) Karbonhidratlar 0,5-2 Ya lar 0,1-0,7 Proteinler 0,25-0,8 Tablo 7.17 Fermantasyonun Kinetik ve Stokiyometrik Sabitleri (1) Sabitler De erler µ (gün -1 ) 3-9 maks q (grko /grko -gün) maks K S (mg/lt) Y (gruakm/grko ) 0,1-0,06 b (gün -1 ) 0,02-0,3 Hidrojen üreten asitojenler için uzun zincirli ya asitlerinin veya uçucu ya asitlerinin kullan lmas durumuna göre sabitler Tablo 7.18de verilmektedir. Metanojenler için ise stokiyometrik ve kinetik sabitler metan üretiminde hidrojenin veya asetat n kullan lmas na göre de i ik de erler almaktad r. Bu de erler Tablo 7.19da verilmektedir. Tablo 7.18 Asitojenler çin Kinetik ve Stokiyometrik Sabitler (1) Sabitler K sa Zincirli Ya Asitleri Uçucu Ya Asitleri µ (gün -1 ) 0,1-0,5 0,3-1,3 maks q (grko /grko -gün) maks K S (mg/lt) Y (gruakm/grko ) 0,04-0,1 0,02-0,07 b (gün -1 ) 0,01 0,01-0,04 Tablo 7.19 Metanojenler çin Kinetik ve Stokiyometrik Sabitler (Alvarez, 2003) Sabitler Asetat Kullananlar Hidrojen Kullananlar maks (gün -1 ) 0,1-0,4 1-4 q (grko /grko -gün) maks K S (mg/lt) ,01-0,1 Y (gruakm/grko ) 0,02-0,05 0,01-0,04 b (gün -1 ) 0,02-0, Evsel At ksular n Havas z Ar t m Yak n zamana kadar havas z ar tma proseslerinin 20 o Cnin alt ndaki s cakl klar ve seyreltik at ksular için uygun olmad dü ünülmekteydi. Günümüzde geli tirilen reaktör tipleri ile dü ük s cakl ktaki ve seyreltik at ksular n havas z olarak ar t m yüksek hidrolik yüklemelerde ve çok iyi kar m sa lanarak mümkün olmaktad r. Evsel ve di er seyreltik at ksular n havas z ar t m ile ilgili literatür verileri Tablo 7.20 de verilmi tir. 270

279 Tablo 7.20 Evsel ve seyreltik at ksular n havas z ar t m literatür verileri (2) KOI giri mg/l AKM giri mg/l S cakl k C HBS saat KOI ç k mg/l AKM ç k mg/l KOI giderimi % Reaktör tipi HF HF HF HÇYR HÇYR HÇYR HÇYR HÇYR HF HF HÇYR HÇYR HÇYR HÇYR HÇYR HÇYR HF HF HF < HÇYR HÇYR HÇYR HF: havas z filtre, HÇYR: havas z çamur yatakl reaktör, HBS: hidrolik bekletme süresi Havas z ar tma sistemleri, uzun süre at ksu beslemesi ve s tma yap lmadan bekletildi inde hiçbir koku problemi olmaz ve mikroorganizmalar n yeniden aktif hale gelmesi çok k sa sürede gerçekle ir. Bu yüzden mevsimlik at ksu olu umu söz konusu olan turistik tesislerin at ksular n n ar t m için çok uygundur. Ancak evsel at ksular n KOI dü ük oldu undan olu an biyogaz ekonomik olarak de erlendirilemez. Evsel at ksular n havas z ar t m nda HF ve HÇYRler yayg n olarak kullan l r. BOI mg/l olan evsel at ksular n 20 o C nin üzerinde ar t ld HÇYR leri için önerilen tasar m de erleri Tablo 7.21de verilmi tir. Evsel at ksular n havas z ar t m s ras nda olu an çamurun fazlas reaktörden çekilerek susuzla t r ld ktan sonra gübre olarak kullan l r. Havas z ayr ma s ras nda at ksudaki azot ve fosfor önemli ölçüde giderilmedi inden ar t lm su kontrollü olarak sulamada kullan labilir. 271

280 Tablo 7.21 Evsel at ksular n HÇYR lerinde ar t m için önerilen tasar m de erleri (3). Parametre De er Hidrolik bekletme süresi Çamur ya Çamur yükü F/M Hacimsel organik yük, L v ort. debide>8-10 saat pik debide>4 saat gün kgkoi/kgukm-gün (çamur yata hacmi için) 1-3kgKOI/m 3 -gün %BOI 5 (KOI) giderimi 75-85(74-78) Debi da t m noktalar Yukar ak h z (u=q/a) Çamur üretimi Biyogaz üretimi N,P giderimi %5-10 Min.1/3.7-4 m 2 taban alan 0.5m/sa-ort; 1.2m/sa-pik kgTKM * /m 3 debi * TKM : toplam kat madde (biyokitle+giri teki AKM) 0.1m 3 biyogaz (%75 CH 4 ) 1.4kw-sa enerji 272

281 KAYNAKLAR (1) Alvarez, M.J., Biomethanization of The Organic Fraction Of Municipal Solid Wastes, pp. 1-43, Iwa Publishing, Londan. (2) UNIDO, Anaerobic Treatment, How to Staff Manufacturing Industries, File:z18, Austria. (3) Öztürk,., Anaerobik Biyoteknoloji ve At k Ar t m ndaki Uygulamalar, s , Su Vakf Yay nlar, Istanbul. (4) Speece, R.E., Anaerobic Biyotechnology For Industrial Wastewaters, pp. 3, 6, 36, Archae Press, USA. (5) Rittmann, B.E. and McCarty, P.L., Environmental Biotechnology: Principles and Applications, pp , McGraw-Hill, nc., New York. (6) Tchobanoglous, G. and Burton, F.L., Wastewater Engineering, pp , McGraw-Hill, Singapore. (7) Weijma, J., Gubbels, F., HulshoffPol, L.W., Stams, A.J. M., Lens, P. and Lettinga, G., Competition For H 2 Between Sulfate Reducers, Methanogens and Homoacetogens In A Gas-Lift Reactor, Water Science and Technology, 45, 10, (8) Bhatti, Z.I., Furukawa, K. and Fujita, M., Feasibility Of Methanolic Waste Treatment In UASB Reactors, Wat. Res., 30, 11, (9) Olthof M., Kelly W.R., Oleszkiewiez J., Weinreb H.G., Development of anaerobic treatment process for wastewater containing high sulfates, Proc. of 40 th Ind. Waste Conf. Purdue Univ (10) Anderson G.K., McKeown K.J., Donnely T., The application of anaerobic packed-bed reactors to industrial wastewater treatment. Water Pollution Control., (11) OFlaherty V., Lens P., Leahy B., and Colleran E., Long term competition between sulfate reducing and methane-producing bacteria during full-scale anaerobic treatment of citric acid production wastewater. Wat. Res. 32/3, (12) OFlaherty V., and Colleran E., Effect of sulfate addition on volatile fatty acid and ethanol degradation in anaerobic hybrid reactor. I: process disturbance and remediation. Bioresource Technology. 68, (13) Anderson G.K., Donnely T., McKeown K.J., The application of anaerobic packed-bed reactors to industrial wastewater treatment. Proc. of 37 th Ind. Waste Conf. Purdue Univ (14) Eckenfelder, W.W., Industrial Water Pollution Control, pp. 247, McGraw-Hill, Inc., Singapore. 273

282 (15) Annachhatre, A.P., Anaerobic Treatment Of Industrial Wastewaters, Resources, Conservation and Recycling, 16, (16) Grady, C.P.L., Daigger, G.T. and Lim, H.C., Biological Wastewater Treatment, pp. 619, 626, 630, Marcel Dekker, Inc., New York. (17) Horan, M.J., Biological Wastewater Treatment Systems Theory and Operation, pp. 168, John Wiley&Sons, England. (18) Metcalf & Eddy, Wastewater Engineering, Treatment Disposal Reuse. McGraw- Hill International Editions. 274

283 8. ÇAMUR ARITIMI VE UZAKLA TIRILMASI At ksu ar tma sistemi çamur, kum ve köpük tutma birimlerini de ihtiva eder. Ar tma i lemi sonunda ç kan çamur genellikle s v veya yar kat formda olup kullan lan prosese ve i letmeye ba l olarak % oran nda kat içermektedir. Ç kan çamur hacimce büyük olup, i lenmesi ve bertaraf at ksu ar tma alan nda oldukça karma k bir problem olarak kar m za ç kmaktad r. Çamur probleminin karma k olmas n n ba l ca sebepleri, Ar t lmam at ksu içindeki önemli miktarlarda koku veren maddeler, Biyolojik ar tmada olu an ve uzakla t r lmas gereken çamurun, ham at ksu içerisindeki organik maddelerden farkl bir yap da, bozunma ve koku ma e iliminde olmas, Çamurun sadece küçük bir k sm n n kat madde, büyük bir k sm n n ise sudan olu mas, bu yüzden büyük hacimler i gal etmesi, olarak özetlenebilir. Ar tma tipine ve Bunlar; amac na göre, ar tma çamurlar n n cinsleri farkl l k gösterir. Çökebilen kat maddelerin olu turdu u ön çökeltim çamurlar, Kimyasal ar tma ve koagülasyon sonucu olu an kimyasal çamurlar, Biyolojik ar tma i lemleri sonucu olu an biyolojik çamur, çme suyu ar tma i lemleri sonucu olu an inorganik çamurlar, olarak s ralanabilir. At k bünyesinde kirleticileri üç grup alt nda toplamak mümkündür. Bunlar; Çökebilen kat maddeleri, Ask da kat maddeler, Çözünmü kat maddeler, olarak ifade edilir. Çamur i lenmesi ve bertaraf nda kullan lan metotlar Tablo 8.1de verilmi tir. Graviteli yo unla t rma, artland rma, susuzla t rma ve kurutma, kullan lan ba l ca ar tma metotlar d r. Çürütme, kompostlama, yakma, slak-hava oksidasyonu ve derin aft reaktörleri çamurdaki organik maddeleri stabilize etmek veya ar tmak amac yla kullan l rlar. 8.1 ÇAMUR KAYNAKLARI, ÖZELL KLER VE M KTARLARI Çamur i leme, ar tma ve bertaraf sistemlerini tasarlayabilmek için ar tma sisteminde olu an çamurun kayna, özellikler, ve miktar n n bilinmesi gerekmektedir. 275

284 8.1.1 Çamur Kaynaklar Çamur ar tma sistemleri, çamur kayna, prosesin tipi ve i letme metoduna göre de i iklik gösterir. Çamur ve kat at klar n esas kaynaklar Tablo 8.2de verilmi tir. Örne in tam kar ml aktif çamur prosesinde, çamur uzakla t rma veya havaland rma havuzundan yap l yorsa, son çöktürme havuzu çamur kayna de ildir. Di er taraftan, uzakla t rma çamur geri dönü hatt ndan gerçekle tiriliyorsa çamur kayna çöktürme tank olarak kabul edilebilir. Yo unla t rma, çürütme, artland rma ve susuzla t rma için kullan lan prosesler de çamur kayna d rlar. Tablo 8.1. Çamur i leme ve bertaraf metotlar (1). letme, proses ve ar tma metotlar Birincil lemler Çamur ö ütme Kum ay rma Çamur kar t rma Çamur saklama Yo unla t r c Graviteli yo unla t r c Flotasyonlu yo unla t r c Santrifüjlü yo unla t r c Bantl yo unla t r c Döner elekli yo unla t r c Stabilizasyon Kireç stabilizasyonu Is l i lem Havas z çürütme Haval çürütme Kompostlama artland rma Kimyasal artland rma Termal ( s l) Dezenfeksiyon Pastörizasyon Uzun-süreli saklama Susuzla t rma Vakum filtre Santrifüj Bant filtre Pres filtre Çamur kurutma yataklar Çamur lagünleri Fonksiyonlar Boyut küçültme Kum ay rma Kar t rma Depolama-saklama Hacim azaltma Hacim azaltma Hacim azaltma Hacim azaltma Hacim azaltma Stabilizasyon Stabilizasyon Stabilizasyon, kütle azaltma Stabilizasyon, kütle azaltma Stabilizasyon, ürün giderimi Çamur artland rma Çamur artland rma Dezenfeksiyon Dezenfeksiyon Hacim azaltma Hacim azaltma Hacim azaltma Hacim azaltma Hacim azaltma Saklama ve Hacim azaltma 276

285 Is l kurutma Fla kurutucu Sprey kurutucu Döner tamburlu kurutucu Çok hücreli kurutucu Çoklu etkili buharla t r c Termal Azaltma Çok hücreli yak c Ak kan yatakl yak c Kat at klarla birlikte yakma Islak-hava oksidasyonu Derin aft reaktörü Nihai bertaraf Arazide ar tma Da t m ve pazarlama Kimyasal sabitleme Düzenli depolama Lagünlerde biriktirme Kütle ve hacim azaltma Kütle ve hacim azaltma Kütle ve hacim azaltma Kütle ve hacim azaltma Kütle ve hacim azaltma Hacim azaltma, kaynak geri kazan m Hacim azaltma Hacim azaltma Stabilizasyon, hacim azaltma Stabilizasyon, hacim azaltma Son uzakla t rma Faydal kullan m Faydal kullan m, son uzakla t rma Son uzakla t rma Hacim azaltma,son uzakla t rma Tablo 8.2. Klasik at ksu ar tma sistemi çamur ve kat at k kaynaklar (1). Proses Çamur çe idi Notlar Elek Kaba kat at k Kaba kat lar mekanik olarak veya çubuk zgaralardan elle toplanarak at l r. Kum tutucu Ön havaland rma Birincil (ön) çöktürme Kum ve köpük Kum ve köpük Birincil çamur ve köpük Köpük giderme, i lemi kum tutucularda kum ile birlikte gerçekle tirilir. Baz sistemlerde ön havaland rma tank nda köpük giderici yoktur, kum tutucunun bulunmamas tankta kum birikimine sebep olabilir. Çamur ve köpük miktar toplama sistemine ve giren at ksuyun özelliklerine göre de i ir. 277

286 Biyolojik ar tma kincil (son) çöktürme Çamur i leme birimleri Çamur Özellikler Ask da kat maddeler Biyolojik çamur ve köpük Çamur, kompost ve kül Ask da kat madde biyolojik ar tma sonucu olu ur. Ar tma sisteminde olu an fazla çamuru yo unla t rmak gerekebilir. ABD EPAya göre köpük tutucu art ko ulmu tur. Son ürünün özelli i, kullan lan proses ve i letme ile çamur özelliklerine ba l d r. Bu konudaki yasal düzenlemeler giderek a rla maktad r.. Çamur ar t m ve son uzakla t rma yöntemlerinin belirlenmesinde, çamur ve kat maddenin özelli i ve içeri ini bilmek çok önemlidir. Bu ayn zamanda kat at n kayna, sistemdeki çamur ya ve proses tipi ile de yak ndan ilgilidir. Ar tma çamurlar n baz fiziksel özellikleri Tablo 8.3de verilmektedir. Tablo 8.3. Ar tma sisteminden kaynaklanan çamur ve kat at klar n özellikleri (1). Çamur ve kat at k Tan mlama Izgara ve elkte tutulan Büyük boyutlu organik ve inorganik maddelerin at klar tutulmas nda kullan l r. Organik madde içeri i sistemin yap s na ve mevsime göre de i im gösterir. Kum Köpük/ya Birincil çamur Kimyasal çamuru çöktürme H zl çökme özelli ine sahip, a r inorganik kat lardan olu maktad r. letme artlar na da ba l olarak ya ve gres gibi organik maddeleri de içerirler. Birincil ve ikincil çöktürme havuzlar yüzeyinden s y r larak al nan yüzen maddeleri içerir. Köpük, ya, bitkisel ve mineral ya lar, hayvansal kat ya lar, parafin, sabun, yiyecek at klar,, sebze ve meyve kabuklar, saç, ka t ve karton, izmarit, plastik maddeler, kum ve benzeri maddeleri içerir. Özgül a rl genellikle 0.95dir. Birincil (ön) çöktürmeden ç kan çamur gri ve yap kan olup, ço u zaman yo un kokuludur. Bu çamur kolayl kla çürütülebilir. Metal tuzlar ile yap lan çöktürmeden ç kan çamur koyu renkli, demir içeri i yüksek k rm z renklidir. Kokusu 278

287 birincil çamur kadar yo un de ildir. Çamurdaki demir veya alum hidratlar, çamuru jelatinimsi yapar. Tankta b rak lmas durumda birincil çamur gibi yava bir çürümeye u rar. Önemli miktarda gaz ç k olur ve tankta uzun süreli kal rsa çamur yo unlu u artar. Aktif (Biyolojik) çamur Damlatmal fitre çamuru Aerobik çürütülmü çamur Anaerobik çamur Kompost ürünü çürütülmü Foseptik (septik tank) çamuru Kahverengi ve flok a rl kl d r. Koyu renk gözleniyor ise septik artlar olu mu demektir. Renk aç k ise az havaland rma sonucu çökme özelli i kötü çamurdur. yi artlardaki çamur toprak kokusundad r. Çamur kolayl kla septikle meye meyillidir, çürük yumurta kokusu yayabilir. Yaln z veya birincil çamurla kar m aktif çamur kolayca çürüyebilir. Kahverengimsi, floklu ve taze oldu unda nispeten kokusuzdur. Aktif çamura göre daha yava parçalanmaya u rar ancak kolay çürütülebilir. Kahve ve koyu kahve renklidir Floküler özelliklidir. Kötü kokulu olmay p ço unlukla küf kokuludur. yi çürütülmü çamur kurutma yataklar nda kolayl kla susuzla t r labilir. Koyu kahve-siyah renkli olup, çok miktarda gaz içerir. Tam çürütüldü ünde, kötü kokmaz, kokusu hafif, s cak katran, yanm lastik veya mühür mumu gibidir. Çamur ince tabak eklinde, kurutma yata na yay ld nda, kat lar yüzeyde tutulur, su h zl ekilde drene olur ve kat lar yatak üzerinde yava ça çökerler. Çamur kurudukça, gaz ç kar, zengin bahçe topra özelliklerindedir. Koyu kahve-siyah renklidir. Ancak kompostlamada kullan lan odun k r nt lar ve geri döndürülen kompost dolay s yla renk de i ebilir. yi kompostlanm çamur kokusuz olup, ticari de erde bahçe topra artland r c s olarak kullan labilir. Siyah renklidir. yi çürütülmemesi durumunda hidrojen sülfür ve di er gazlardan dolay kötü koyu yayar. Bu durumdaki çamurun kurutulmas nda ciddi koku problem ile kar la l r. Çamurun Genel Bile imi: Ar t lmam (ham) ve çürümü çamurun kimyasal bile imi ile ilgili bilgiler Tablo 8.4.de verilmektedir. Son uzakla t rma yönteminin belirlenmesinde besi maddesi de dahil olmak üzere kimyasal bile iklerin ço unun 279

288 bilinmesi önemlidir. Havas z çürütme sisteminin kontrolünde ph, alkalinite ve organik asit içeri inin ölçülmesi oldukça önemlidir. Yakma ve arazide bertaraf metodunun uygulanmas durumunda çamurdaki a r metal, pestisit ve hidrokarbonlar ölçülmelidir. Yakma gibi termal proses kullan laca nda çamurun enerji içeri ide hesaplanmal d r. Tablo 8.4 Ham ve çürütülmü çamur özellikleri ve kimyasal bile imi (1). Ham birincil çamur Çürütülmü birincil çamur Aral k Tipik Aral k Tipik Aktif çamur sistemi çamuru Toplam kat madde(ts),% Uçucu kat (TSnin %si) Ya ve gres (TSnin %si) Eterde çözünebilen Eterde ekstrakte olan Protein (TSnin %si) Azot (TSnin %si) Fosfor((P 2 O 5, TSnin %si) Potasyum(K 2 O,TSnin %si) Selüloz (TSnin %si) Demir (sülfitsiz) Silika(SiO 2, TSnin %si) ph Alkalinite(mg/l CaCO 3 olarak) Organik asitler(mg/l, HAc) Enerji içeri i, kj TS/kg , ,000 23,000-29, , ,500-3, ,000-14, , ,000 Aral k ,100 1,100-1,700 19,000-23,000 Çamurun arazide bertaraf ve faydal kullan m n etkileyen ba l ca özellikleri, organik içeri i (uçucu kat olarak ölçülür), besi maddeleri, patojenler, metaller ve toksik organiklerdir. Çamurun arazide kullan lmas durumunda, gübre özelli i (azot, fosfor ve potasyum içeri i) önem kazan r. Ticari bir gübre ile çamurun kar la t rmas Tablo 8.5de verilmektedir. Araziye verilen çamur, bitki büyümesi için gereken besi maddelerini kar lar. Baz uygulamalarda, çamurun fosfor ve potasyum içeri i bitki gereksinimini kar layamayacak kadar az olabilir. Çamurdaki iz elementler, inorganik kimyasal elementler olup bitki ve hayvanlar için gerekli veya zararl olabilir. A r metal konsantrasyonlar Tablo 8.6de verilmektedir. Çamurun arazide kullan m miktar, yap s ndaki a r metal konsantrasyonuna ba l d r. 280

289 Tablo 8.5. Ticari gübre ve çamurdaki besi maddesi seviyelerinin k yaslanmas (1). Besi maddesi % Azot Fosfor Potasyum Tar mda kullan lan gübre 1 Stabilize aktif çamur tipik de eri Besi maddesi konsantrasyonu toprak ve bitki özelli ine göre de i ir. Tablo 8.6. At ksu ar tma tesisi çamurundaki metal içerikleri (1). Metal Kuru çamur, mg/kg Aral k Ortalama Arsenik Kadmiyum Krom Kobalt Bak r Demir Kur un Manganez Civa Molibden Nikel Selenyum Kalay Çinko , , , ,000 1, , , , , , , ABDde üretilen çamur miktar 1972den beri artmakta olup, 1997 y l na göre bu de er 6.23 milyon ton/senedir. Y llara göre çamurun uzakla t rma yöntemi de farkl l klar göstermektedir. Örne in 1972 de, toplam çamurun %20si arazide uygulama ile (land application), %25i de yakma yöntemi ile uzakla t r lmaktayd. Ancak 1997de üretilen toplam çamurun %55i arazi uygulamas nda, %17si de yakma yöntemi ile uzakla t r lmaktad r (Tablo 8.7). Çamurun denize de arj na ise 1991 Aral nda son verilmi tir. Tablo 8.7. ABDde çamur kullanma ve uzakla t rma metotlar (üretilen toplam n %si) (4). Uygulama Arazide uygulama Yüzey uzakla t rma Arazide Depolama Yakma Deniz de arj Di er 20 veri yok veri yok veri yok veri yok US EPA (1993) 2 Kat at k ile depolama ve monofillingi içermektedir. 3 Baz maddelerin di er alanlarda depolama ve uzun süreli saklamalar n içerir. 281

290 Avrupa Birli i ülkelerinde 1990de 7 milyon ton kuru çamur üretilmi tir. Tablo 8.8de görüldü ü gibi çamurun tar mda kullan m %10 - %80 aras nda de i mesine ra men, yakma i lemi sadece birkaç ülkede kullan lmaktad r. Denize de arj ise 1998in sonlar na kadar devam etmi tir. Tablo da Avrupa Birli inde kullan lan ve de arj edilen çamur miktar (4). Ülke Toplam (10 3 kuru t/sene) Tar m (%) Arazi depolama (%) Yakma (%) Deniz (%) Belçika Danimarka Fransa Almanya Yunanistan rlanda talya Lüksemburg Hollanda Portekiz spanya ngiltere Asya ülkeleri aras nda Japonyada çamur uzakla t rma uygulamalar Tablo 8.9da verilmektedir. Ancak Japonyada arazide depolama ve arazi slah olanaklar oldukça k s tl d r. Tablo de Japonyada uzakla t r lan ve kullan lan çamur miktar (ton) (4). Düzenli depolama Körfezde Arazi slah Faydal kullan m Di er Toplam (%) Susuzla t r lm kek Yakmadan ç kan kül 1 Kurutulmu çamur 2 Çürütülmü çamur Toplam (%) (68) 361 (15) 189 (8) 214 (9) (100) 1 cüruf içerir. 2 kompost içerir Çamur Miktar 882 (37) 393 (17) 793 (33) (13) Çe itli proses ve i lemler sonucu üretilen çamur miktar ve fiziksel özellikleri ile ilgili bilgiler Tablo 8.10da verilmektedir. Bu bilgiler oldukça faydal olmas na kar n üretilen çamur miktar n n büyük de i kenlik gösterdi i unutulmamal d r

291 Çe itli proseslerden elde çamurun konsantrasyonu ile ilgili bilgiler Tablo 8.11de verilmektedir. Tablo Çe itli ar tma sistemlerinden ç kan çamur miktarlar ve fiziksel özellikleri(1). Ar tma i lemleri ve prosesleri Birincil çamur Aktifçamur a Damlatmal filtre humusu a Uzun havaland rmal sist. a Havaland rmal lagün a Filtrasyon tesisi Alg giderimi Çamur kat s n n özgül a rl Çamurun Kuru madde kg/10 3 m 3 özgül a rl Aral k Tipik d 96 d Ön çöktürme b (fosfor giderimi için) Dü ük dozda kireç ( mg/l) Yüksek dozda kireç ( mg/l) Ask da büyüyen A.Ç. ile denitrifikasyon Kaba kum filtreler a At k çamur b Fosfor giderimi için kimyasal ilavesi e c hmal edilebilir d Ön ar tma yok e Biyolojik ar tmadan gelen çamuru da içerir 283

292 Tablo 8.11 Çe itli proseslerden elde edilen çamurlarda kat madde yüzdeleri Ar tma lemleri Ön çökeltim tank Ön çökeltim çamuru Siklona gönderilen ön çökeltim çamuru Ön çökeltim çamuru ve at k aktif çamur Ön çökeltim ve damlatmal filtre humusu P giderimi için demir ilaveli ön çökeltim çamuru(öçç) P giderimi için kireç (dü ük doz) ilaveli (öçç) P giderimi için kireç (yüksek doz) ilaveli (öçç) Köpük Son çökeltim tank Aktif çamur Ön çökeltim havuzu olan Ön çökeltim havuzu olmayan Saf oksijenli aktif çamur Ön çökeltim havuzu olan Ön çökeltim havuzu olmayan Damlatmal filtre humusu Döner biyodisk sistemi Graviteli yo unla t r c Sadece ön çökeltim çamuru Ön çökeltim çamuru ve at k aktif çamur Ön çökeltim çamuru ve damlatmal filtre humusu Flotasyonlu yo unla t rma Sadece aktif çamur Kimyasal madde ilavesi ile Çamur kuru madde konsantrasyonu % kuru madde Aral k Tipik Kimyasal madde ilavesi olmadan Santrifüj yo unla t r c Sadece at k aktif çamur Bantl yo unla t r c Kimyasal madde ilavesi ile sadece at k aktif çamur Havas z çürütücü Sadece ön çökeltim çamuru Ön çökeltim çamuru ve at k aktif çamur Ön çökeltim çamuru ve damlatmal filtre humusu Haval çürütücü Sadece ön çökeltim çamuru Ön çökeltim çamuru ve at k aktif çamur Ön çökeltim çamuru ve damlatmal filtre humusu Sadece at k aktif çamur

293 Çamurda hacim-özgül a rl k ili kileri: Çamur hacmi büyük oranda içeri indeki su miktar na ve daha az oranda ise kat madde özelli ine ba l d r. Örne in %10 kat maddeli çamur, a rl k olarak %90 su içerir. Kat madde sabit (mineral) kat ve uçucu organik kat dan olu mu ise kat maddenin özgül a rl a a daki gibi hesaplan r: W s = çamurun toplam kat madde a rl S s = toplam kat n n özgül a rl w = suyun yo unlu u W f = sabit kat n n (mineral k s m) a rl S f = sabit kat n n özgül a rl W v = uçucu kat n n a rl S v = uçucu kat n n özgül a rl Çamur hacmi a a daki e itli e göre tan mlan r; (8.1) W s = kuru kat a rl, kütle w = suyun yo unlu u, kütle/hacim 3 S s = çamurun özgül a rl P s = yüzde kat (8.2) Kat içeri inin yakla k hesaplanmas nda, hacim a a daki e itlikle verilen yüzde kat miktar ile do rudan ili kili olup de i kenlik göstermektedir. V 1 ve V 2 = çamur hacimleri P 1 ve P 2 = kat madde yüzdesi (8.3) 285

294 8.2 Çamur Ar t m Sistemler Ak emas Çamur ar tma proses ve i lemlerinin tek tek verildi i genelle tirilmi ak m emas, ekil 8.1de görülmektedir. Pratikte biyolojik ar tman n oldu u veya olmad durum gözönüne al narak çamur ar tma ak diyagramlar iki genel s n fa ayr l r. Biyolojik ar tman n da dahil oldu u ak m emas ekil 8.2de verilmektedir. Çamur kayna na ba l olarak, çamur stabilizasyonu, susuzla t rma ve uzakla t rma metotlar na ba l olarak yo unla t r c kullan l r. Biyolojik çürütmenin devam nda ekonomik imkanlar ve yerel artlara ba l olarak, alternatif metotlar n birisi çamur susuzla t rmada kullan labilir. Endüstriyel ve di er toksik at klar n bulunmas çürütücülerin çal t r lmas nda sorunlara yol açabilece i için, çamur ar t m nda farkl seçenekler dü ünülmelidir. ekil 8.1. Çamur i leme ve uzakla t rma ak diyagram (1). 286

295 ekil 8.1. (Devam) Çamur i leme ve uzakla t rma ak diyagram (a) 287

296 (b) ( c) ekil 8.2. Biyolojik çürütme ve üç farkl çamur susuzla t rma prosesi ile tipik çamur ar tma ak diyagram : a) Bant fitre, b) Santrifüj, c) Kurutma yata (1). 8.3 Çamur ve Köpük letimi Üretilen çamurun susuzla t r ma amac yla bir sistemden di erine ta nmas gerekmektedir. Çamur, ar tmak veya at lmak üzere de ta nmak zorunda kal nabilir. Çamur tipi ve özelliklerine göre, farkl tipte pompalar n kullan m gerekebilir Pompa Tipleri Çok s k kullan lan pompa tipleri; Mono pompa, Santrifüj, Tork ak l, Diyaframl, Yüksek bas nçl piston, 288

297 Mono pompa: Bu pompa hemen hemen tüm çamur çe itlerinde kullan l r. Pompa, aralar nda minimum bo luk olan, kauçuk esasl çift vida ve di li helezon statoru çal t ran tek-vida di li rotordan olu maktad r. Hacim veya bo luk, rotor döndükçe emmeden de arja kademeli olarak hareket eder. Emme kald r 8.5m de olacak ekilde pompa otomatik çeki lidir, ancak kauçuk stator yanabilece inden kuru iken çal t rmamak gerekir. Bu tür pompalar 75 L/sye kadar çal abilir ve 137mlik terfi yüksekliklerine iletim yap labilir. Birincil çamurda pompa normal olarak ö ütücüden sonra gelir. Pompan n bak m maliyeti, rotor ve statorda özellikle kumlu birincil çamurun pompalanmas nda a nma nedeniyle yüksektir. Bu pompalar n özellikle yo un birincil, kar k ve çürümü çamurlar n iletiminde kullan lmas tavsiye edilir. Santrifüj Pompalar: T kanmas z (aç k fanl ) santrifüj pompalar çamur iletiminde yayg n kullan lmaktad r. Bu tip pompalarda ana sorun uygun kapasitenin seçimidir. De i ken çamur özellikleri, pompa terfi yüksekli inin de i mesine yol açar. Seçilen pompalar, hem t kan kl a yol açmayacak uygun fan aç kl na, hem de çok sulu çamurda sadece suyu pompalamay önlemek için de yeteri kadar küçük kapasiteye sahip olmal d r. Kapasiteyi azaltmak için vanan n k s lmas, s k s k t kan kl a yol açaca ndan pratik bir yol de ildir. Bu nedenle bu pompalar n de i ken h z sürücü ekipmanlar na sahip olmas gerekmektedir. Özel tasarlanm santrifüj pompalar, büyük sistemlerde birincil ve özellikle geri devir çamurlar n n iletiminde kullan l r. Tork-ak l veya yüksek devirli santrifüj pompalar: Bu pompalar çamur ta mada oldukça etkilidirler. Tutulabilen partiküllerin boyutlar, emme ve basma borular n n çap ile k s tl d r. Çark n döndürme kuvveti çark önünde girdap olu turur, ancak burada esas itici güç s v n n kendisidir. S v n n ço u çarkla temas etmez, böylelikle a nd r c temas en aza indirmi olur. Ancak çamurda kullan lan pompalar dönen aksam a nd rma etkisine kar nikel veya kromdan olmal d r. Pompalar verilen h zlar için dar yük aral nda çal t r lmal d rlar, böylece sistem çal t rma artlar dikkatlice de erlendirilmi olur. Pompalar n geni aral kl i letme artlar nda da çal t r laca dü ünüldü ünde, de i ken h z kontrolleri önerilmektedir. Yüksek bas nç gerektiren kullan labilir. uygulamalarda tork ak l pompalar seri ba lanarak Tork ak l santrifüj pompalar özellikle havaland rma tank na aktif çamurun geri döndürülmesi ve çürümü çamurlar n iletiminde kullan l r. Diyafram Pompalar: Esnek bir membrana sahip olan diyafram pompalar, itme ve çekme etkisi ile kavitasyon yarat rlar. Ak m, çek-valf vas tas yla bu kavitasyon içine yönlendirilir. Diyafram pompalar n kapasitesi diyafram strokunun uzunlu u ve dakikadaki strok say s ile de i ir. Bunlar dü ük kapasitedeki ve dü ük yük kay plar n n oldu u yerlerde kullan lan pompalard r. En büyük kapasitedeki hava diyaframl pompa, 14 L/s debiyi 15m yükse e basma kapasitesindedir. Yüksek Bas nçl Piston Pompalar: Yüksek bas nçl piston pompalar, çamurun uzun mesafelere ta nmas gibi yüksek bas nç uygulamalar nda kullan l rlar. Yüksek bas nç uygulamalar için geli tirilmi birçok tipi vard r, i leyi i dalg ç pompalara benzer. Avantajlar, 289

298 Yüksek bas nçlarda küçük debiler iletebilir (13800 KN/m2), Büyük partikülleri basabilecek çaplarda olabilir, Belli kat konsantrasyonu aral nda çal abilir, Pompaj tek kademede gerçekle tirebilirler. Bu avantajlar na kar l k çok pahal d rlar. (a ) Mamut Pompa (b) Santrifuj Pompa 290

299 (c) Yüksek Devirli Santrifüj (Tork Ak l ) Pompa (d) Diyafram Pompa 291

300 8.3.2 Çamur Tipine göre Pompa Seçimi (e) Yüksek Bas nçl Piston ekil 8.2 (a) Çamur Pompalar Pompalarla iletilen ba l ca çamur tipleri birincil çamur, kimyasal çamur, damlatmal filtre ve aktif çamur ile yo unla t r lm ve çürütülmü çamurlard r. Ar tma sisteminin çe itli birimlerinde biriken köpük de pompalanmaktad r. Çamur tiplerine göre hangi tip pompalarin seçilece i Tablo 8.12de özetlenmi tir. Tablo Çamur tiplerine göre pompa seçimi uygulamalar (1). Kat veya çamur Kullan lan pompa Yorumlar tipi Elekte tutulan kat at klar Pompalanmaz Pnömatik ejektör kullan labilir Kum Köpük Birincil çamur Tork ak l (yüksek devirli)santrifüj Klapeli pompa, Mono pompa Diyafram pompa Aç k fanl santrifüj pompa Klapeli pompa, tork- A nd r c karakteri ve kuma vb bulunmas pompalamay zorla t r r. Sürtünme ve zorlama olabilir. Pnömatik ejektör veya mammut pompa da kullan labilir. Çamur genellikle çamur pompas ile pompalan r. Vanalar, çamur ve köpük haline göre ayarlan r. Büyük sistemlerde ayr köpük pompalar kullan l r. Pompalamadan önce, homojenle tirmek için köpük kar t r c kullan l r. Pnömatik ejektör de kullan labilir. Birincil çamurun mümkün oldu u 292

301 Biyolojik çamurlar ak l, mono pompa, santrifüj ve diyafram Birincil çamurun ayn s d r. kadar konsantre olmas istenir, çamuru toplamak ve yo unla t rmak için çamur haznesinde toplan r, daha sonra pompalan r. Ham birincil çamurun özelli i, ar tma sistemi tipine, verimine ve sudaki kat özelli ine göre de i kenlik gösterir. Biyolojik ar tmada 1) At k aktif çamur, 2) Damlatmal filtre sonras humus çamuru, 3) Çürütme tank süzüntü suyu ve 4) Susuzla t rma i leminden dönen çamur, çamur özelli ini etkiler. Kimyasal çöktürme çamuru Dalg ç, tork ak l santrifüj,mono pompa, diyafram, yüksek bas nçl piston Birçok durumda, çamurun özelli i, santrifüj pompa için uygun de ildir. Çürütülmü çamur Damlatmal Filtre humusu Geri dönü veya at k aktif çamur Yo unla t r lm çamur T kanmas z ve tork ak l santrifüj, mono pompa, klapeli ve diyafram pompalar T kanmas z ve tork ak l santrifüj, mono pompa, klapeli ve diyafram pompalar Klapeli, diyafram, yüksek-bas nçl piston, mono pompa, pozitif yerde i tirmeli yi çürütülmü çamur homojen olup %5-8 kat madde ve gaz kabarc içerir, %12ye kadar kat içerebilir. yi çürütülmemi çamuru kullanmak zordur. E er elek ve kum tutucu kullan lm ise t kanmas z santrifüj pompa kullan labilir. Çamur genellikle homojen karakterde olup, kolayl kla pompalan r. Çamur sulu ve ince kat lar içerdi inden t kanmas z pompalar kullan labilir. Bu pompalarda floküle partikülleri k r lmas n en aza indirmek için dü ük h zlar önerilir. Dönü ümlü kullan lan mono pompalar çamur kütlesini hareket ettirebilme özelli ine sahip oldu undan konsantre çamurlar için uygundur. Tork ak l pompalarda kullan labilir ancak itici güç veya suland rma gerekebilir. 293

302 8.3.3 Yük Kayb n n Hesab Çamur terfiinde kar la lan yük kayb, çamur özelli ine, boru çap na ve ak h z na ba l d r. Kat ve uçucu madde konsantrasyonunun artmas ve dü ük s cakl k yük kayb nda art lara sebep olmaktad r. Kat madde yüzdesi ile uçucu k sm n yüzdesi çarp m n n 600ü a mas durumunda pompalamada güçlüklerle kar la l r. Su, ya ve di er ak kanlar Newtonian karakterlidir. Laminer ak artlar nda bu s v lardaki bas nç dü ü ü h z ve viskozite ile orant l d r. H z belli kritik de erin üzerine ula t nda, ak türbülansl olur. Yo unla t r lmam aktif çamur ve damlatmal filtre çamuru gibi sulu çamurlar, suya benzer davran ta bulunurlar. Ancak konsantre aktif çamur Newtonian s v de ildir. Newtonian olmayan s v lar için laminer artlardaki bas nç dü ü ü ak la orant l olmad ndan viskozite de sabit de ildir. Yo unla t r lmam aktif çamur ve damlatmal filtre çamurunun pompalanmas ndaki yük kayb, suyun kayb ndan %10-25 daha büyüktür. Dü ük ak m h zlar nda birincil, çürütülmü ve yo unla ma çamur plastik davran gösterir. Bu durumda direncin yenilebilmesi için önce belli bir bas nç gerekir ve sonra ak ba lar. Laminar ak boyunca, dü ük kritik h z 1.1m/sye ula ana kadar h z n ilk kuvveti ile direnç artar. Yakla k 1.4m/s den daha yüksek kritik h zda ak türbülansl olarak dü ünülebilir. Birincil ve konsantre çamurlar için özellikle kritik art h zlarda yük kayb oldukça büyük olabilir. Basitle tirilmi Yük Kayb Hesab : K sa çamur iletim hatlar için yük kayb n n hesab nda nispeten kolay bir yöntem kullan lmaktad r. Yük kayb n hesaplamak için k faktörü, verilen çamur tipi ve kat konsantrasyonu için geli tirilmi deneysel e riden elde edilir ( ekil 8.3.a). Pompalanan çamurun yük kayb, Darcy-Weisbach, Hazen-Williams veya Manning e itlikleri kullan larak su için bulunan yük kayb k ile çarp larak bulunur. Ar tma sisteminde çamur hatt genellikle k sa oldu undan, sürtünme kay plar için basitle tirilmi hesap yöntemini uygulamak yeterlidir. Uzun çamur hattlar nda sürtünme kayb n n tahmin edilmesi, mühendislik, ekonomik ve i letme durumlar n içeren daha dikkatli bir çal may gerektirir. Yük kayb n n yakla k tahmini, ekil 8.3b kullan larak ta yap labilir. Bu ekil laminer ak m artlar alt nda; En dü ük h z 0.8m/s olmak, Thixotropic davran lar dikkate al nmamak, Borunun ya -gres veya di er kat larla t kanmad kabulü ile kullan labilir. Ham birincil çamurun yo unlu u genellikle pompalama süresince de i ir. Öncelikle en konsantre çamur pompalan r. Çamurun büyük k sm pompaland ktan sonra, su ile ayn hidrolik özelli e sahip sulu çamur pompaya gelir. Çamur özelli indeki bu de i im santrifüj pompan n daha fazla çal mas na sebep olur. Pompa motoru, ek yüklere ve de i ken h z artlar na, özellikle h z yava latmaya, uygun olacak ekilde seçilmelidir. Motor, yüksek h zl terfide elde edilen maksimum yüklemeler için boyutland r lmam ise, a r yüklenecek veya zarar görecektir. 294

303 Santrifüj pompalarda gerekli i letme h z ve motor gücünü belirlemek için, iletim hatt karakteristik e risi; Beklenen en yo un çamur, Ortalama artlar, ve su için hesaplanmal d r. Bu sistem e rileri, geçerli h z aral na ait pompa (H-Q) e risi grafi i üzerine çizilir. Belli pompalar için maksimum ve minimum h zlar, pompa karakteristik e risi ile sistemin istenen kapasitedeki karakteristik e risinin kesim noktas olarak elde edilir. Maksimum h z için pompa karakteristik e risiinin boru hatt n n su için olan e risi ile kesi im yeri pompa için gerekli yükü belirler. Yük kayb hesab nda çamurun reolojik özelliklerinin dikkate al nmas : Çamurun uzak mesafelere ta nmas için, çamurun reolojik özelliklerini dikkate alan özel bir yük kayb hesap metodu da geli tirilmi tir. Yük kayb hesap metodu, Babbitt ve Caldwell taraf ndan deneysel ve teorik çal malar sonucu laminer ak m artlar için geli tirilmi tir. Su, ya ve di er bir çok s v lar Newtonian olup, laminer ak m artlar nda bas nç dü ü ü do rudan h z ve viskozite ile orant l d r. H z art kritik de eri geçtikçe, ak türbülansl olmaya ba lar. Laminer ak tan türbülansl ak a geçi Reynolds say s na ba l olup, ak kan viskozitesi ile ters orant l d r. Ancak at ksu çamuru Newtonian karakterde de ildir. Laminar artlar alt nda bas nç dü ü ü ak ile orant l olmay p, ayr ca viskozite de sabit de ildir. Kar la lan türbülansl ak m özelli inde Reynolds say s çamur için belli de ildir. Çamurun Bingham plastik karakteri gösterdi i bilinmektedir. Bu özelli e göre ak ba lad ktan sonra kayma gerilmesi ve ak aras ndaki do rusal ili ki vard r. Bingham plastik ak kan iki sabit ile tan mlan r; S n r kayma gerilmesi, z y, Rijitlik katsay s, d r. S n r kayma gerilmesi ve rijitlik katsay s için tipik aral klar ekil 8.3te gösterilmi tir. Özel uygulamalar için reolojik verileri saptamada pilot deneysel çal malar n yap lmas gerekmektedir. Çamur için sürtünmeye ba l bas nç dü ü ünü (yük kayb ) hesaplamada iki boyutsuz say, Reynolds say s ve Hedstrom say s kullan labilir. Reynolds say s a a daki gibi tan mlan r; VD Re = (8.4) Burada, Re = Reynolds say s, boyutsuz, = çamurun özgül a rl, kg/m 3 = çamurun özgül kütlesi, kg/m 3 V = ortalama h z, m/s 295

304 D = boru çap, m = rijitlik katsay s, kg/m.s Hedstrom say s da a a daki ifade ile hesaplan r; D 2 y He = (8.5) 2 He = Hedstrom say s, boyutsuz y = sn r kayma gerilmesi, N/m 2 g = 9,8 m/s 2 yerçekimi ivmesi Türbülansl artlar için bas nç dü ü ü a a daki gibi hesaplan r; 2f LV 2 p = (8.6) D p = sürtünmeye ba l bas nç dü ü ü, N/m 2 f = sürtünme faktörü L = Boru uzunlu u, m Yukar daki e itliklerden de görüldü ü gibi, Reynolds say s, viskoziteye ba l Reynolds say s ile ayn de ildir. Plastik ak ta, etkin bir viskozite tan mlanabilir, ancak bu de i kendir ve rijitlik katsay s ndan çok büyüktür. Sürtünme faktörü f, su için belirlenen fden oldukça farkl olup, su için bulunan ekilde kullan lan de erin dört kat olabilir. (a) 296

305 (b) ekil 8.3 Yük kayb çarp m faktörleri a) farkl çamur tip ve konsantrasyonlar için, b) boruda farkl h zlar ve çamur konsantrasyonlar için. (1). 297

306 298

307 (c) ekil 8.4 Çamur reolojisi yöntemlerine göre borularda yük kayb hesab için e riler a) s n r kayma gerilmesine kar % KM, b) sertlik katsay s na kar % KM, c) Bingham plasti i olarak tan mlanan çamur için sürtünme faktörü (1) Çamurun Borularla letimi Ar tma sisteminde, çamur ileten boru hatlar nda çap 150 mmden küçük olmamal d r, ancak CTP hatlara daha küçük çaplar da ba ar l bir ekilde kullan l r. H z m/syi a mad sürece boru çap 200 mm den büyük olmamal d r. Çamur geri devir hatt n n çap 200mmden az olmamal d r. Pompa ba lant borular nda da çap 100 mmden küçük olmamal d r. Birincil çamur ve köpü ün ta n m nda çamurdaki gres borunun iç çeperlerini kaplama e ilimindedir. Gres birikimi büyük sistemlerde küçük sistemlere k yasla daha fazla probleme yol açar. ç çeperlerin kaplanmas, etkin çap azalt p terfi yükünü büyük oranda artt r r. Bu yüzden, dü ük kapasiteli mono pompalar için hesaplanan teorik yükün fazlas esas al n r. Sulu çamurun pompalanmas durumunda, ya birikiminin yol açaca yük kayb daha uzun sürede ve yava olu acakt r. Büyük kapasiteli santrifüj pompalar, ço unlukla sulu çamurun pompalanmas nda kullan l r. Baz sistemlerde, ya eritmek için ana boru hatt ndan döndürerek s cak su, buhar veya çürütme tank üst suyu geçirilir. 299

308 Ar tma sistemlerinde, boru boylar n n k sa olmas dolay syla sürtünme kay plar genellikle daha az olur ve emniyet faktörü belirlemede daha az zorlukla kar la l r. Uzun çamur hatlar n n tasar m nda, a a da özel tasar m yöntemleri dü ünülür; 8.4 Ön lemler Tek boru hatt n n t kanmas durumuna önlem olarak iki boru hatt önerilir. D korozyon ve yükler için önlemler al n r. Bas nçl su hatt na seyreltik su vermek için ilave kolayl klar sa lan r. Ar tma sistemine boru temizleyici yerle tirmek için gerekli donan m temin edilir. Buhar enjeksiyonu imkan için tedbirler al n r. Yüksek ve dü ük noktalar da hava tahliye ve s v bo altma vanalar bulundurulur. Su darbesi etkileri de dikkate al n r. Çamur ö ütme, kum ay rma, kar t rma ve depolama kademeleri, çamur i leme ünitesine homojen ve sabit özellikli bir çamur verebilmek için gereklidir. Kar t rma ve depolama, uygun tasarlanm bir birimde veya ayr birimlerde gerçekle tirilir Çamur Ö ütme Ö ütme, t kanmalar ve dönen ekipmanlara sar lmalar önlemek için, çamurdaki büyük ve erit halindeki maddeleri k rma veya kesme kuvveti ile küçük parçac klar haline getiren bir prosestir. Çamur ö ütmeyi gerektiren baz prosesler ve amaçlar Tablo 8.13de verilmektedir. Ö ütücüler yo un bak m gerektirir, ancak tasar mlanm dü ük h zl ö ütücülerin yeni modelleri daha dayan kl ve güvenilirdir. Bu yeni tasar mlar, geli tirilmi ta ma ve kapama, kesme i lemi için sertle tirilmi çelik malzeme, a r yüklemeye duyarl l k, t kan kl açmak için ters dönen kesiciler veya t kan kl n geçmemesi durumunda ünitenin durdurulmas için gerekli mekanizmalar içermektedir. Tablo Çamur ö ütmeyi gerektiren prosesler veya i lemler (1). lem veya proses Mono pompayla pompalama Santrifüjle ay rma Bant filtre ile susuzla t rma Is l ar tma Klorla oksidasyon Ö ütmenin amac T kanmay önleme ve a nmay azaltma T kanmay önleme, genellikle büyük parçac klar tutuldu u için çamur ö ütme gerekmez. Çamur da tma sisteminin t kanmas n önlemek, merdanenin e rilmesini önlemek ve daha uniform susuzla t rma sa lamak. Yüksek bas nç pompas n n s de i tiricinin t kanmas n önlemek. Çamur partikülleri ile klorun temas n artt rmak. 300

309 8.4.2 Kum Ay r c Biricil çökeltme tanklar n n ön k sm nda kumtutucular n kullan lmad baz tesislerde veya kum tutucular n pik debileri ve yükleri kar lamakta yetersiz kald durumlarda, çamurun i lenmesinden önce kumun ayr lmas gerekebilir. Birincil çamurun yo unla t r lmas planlan yorsa, çamurdan kum ay rma pratik bir çözümdür. Çamurdan kum ay rman n en etkin metodu, santrüfüj kuvvetlerinin uygulanmas d r. Bu i lem hiçbir hareketli parças olmayan siklon kum ay r c larla gerçekle tirilebilir. Çamur silindirik besleme k sm na te etsel olarak gönderilir ve üzerine bir santrüfüj kuvveti uygulan r. A r kum partikülleri silindir k sm n d na gider ve konik besleme bölümünden d ar at l r. Organik çamur ise ayr bir ç k tan (üstten) de arj edilir. Siklon kum tutucunun verimi, bas nca ve çamurdaki organik madde konsantrasyonuna ba l d r. Verimli bir kum giderimi için çamur seyreltik olmal d r. Çamur konsantrasyonu artt kça, giderilebilecek dane çap dü er. Siklon kum tutucular kullan ld nda, çamur genellikle bir yo unla t r c ya gönderilir Çamur Kar t rma Çamur, birincil, ikincil ve ileri at ksu ar tma sistemlerinde üretilir. Birincil çamur, ham at ksuyun ta d çökebilen kat lardan ikincil çamur ise, biyolojik ve çökebilen kat lardan olu ur. leri ar t m sistemi çamuru, biyolojik ve kimyasal çamurdan olu maktad r. Çamurda homojen bir kar m elde edilerek daha sonraki i lem ve prosesler için haz rlan r. Çamurun uniform özellikli olmas, susuzla t rma, s l ar t m ve yakma gibi k sa kalma zamanl sistemler için çok önemlidir. Uygun özellikli iyi kar t r lm çamur, sistemin i letme verimlili ini büyük ölçüde artt r r. Birincil, ikincil ve ileri ar t mdan kaynaklanan çamur birkaç ekilde kar t r l r; Ön çöktürme tank nda : ikincil ve ileri ar t m çamurlar ön çöktürme tank na geri döndürülerek birincil çamur ile birlikte çöktürülür. Borularda: Bu durumda iyi bir kar t rma için çamur kayna n n ve besleme h z n n dikkatli kontrol edilmesi gerekmektedir. Aksi taktirde çamurda uygun olmayan özellikler elde edilebilir. Uzun bekletme süresi gerektiren çamur i leme sistemlerinde: Haval ve havas z çürütücüler (tam kar ml tipleri) beslenen çamurlar uniform bir ekilde kar t r rlar. Ayr kar t rma tank nda: Bu yöntem kar t r lm çamurun kalitesini kontrol etmek için en iyi imkan sa lar. 44L/s kapasitesinin alt ndaki ar tma sistemlerinde, kar t rma ön çöktürme tank nda gerçekle tirilir. Daha büyük sistemlerde optimum verime kar t rmadan önce ayr yo unla t r c ile ula l r. Kar t rma tank genellikle, mekanik kar t r c ve yönlendirme perdesinden olu maktad r. 301

310 8.4.4 Çamur Depolama Çamur, debi dalgalanmalar n önlemek ve çamur ar t m üniteleri çal mad zamanlarda çamurun biriktirilmesini sa lamak amac yla depolan r. Çamur depolanmas n n önemi özellikle, kireç stabilizasyonu, s l ar t m, mekanik susuzla t rma, kurutma ve yakma proseslerine sabit besleme h z sa lamakt r. Dü ük bekletme süreli çamur depolama, at ksu çöktürme tank veya çamur yo unla t rma tank nda yap labilir. Uzun bekletme süreli çamur depolama, uzun bekletme süreli haval ve havas z çürütme tank gibi stabilizasyon tanklar nda veya özel tasarlanm ayr tanklarda yap l r. Küçük sistemlerde çamur genellikle çöktürme tank veya çürütücülerde depolan r. Haval ve havas z çürütme kullanmayan büyük sistemlerde, çamur ayr kar t r c da veya depolama tank nda saklan r. Bu tanklar birkaç saatten birkaç güne kadar depolama yapabilecek kapasitede boyutland r lmal d r. Çamur 2-3 günden daha uzun sürelerde depolanacak ise, çamurda bozunma meydana gelebilecek ve susuzla t r lmas güçle ecektir. Çamur, septikle meyi önlemek ve kar t rmay iyile tirmek için genellikle havaland r l r. Mekanik havaland r c lar tam kar m n sa lanmas için gereklidir. Septikle meyi ve kokuyu önlemek için depolama veya kar t rma tank nda klor ve hidrojen peroksit kullan lmaktad r. Sodyum hidroksit veya kireç ph yükselterek kokuyu kontrol etmek ve hidrojen sülfürü çözeltide tutmak için kullan l r. 8.5 Yo unla t rma Birincil, fazla aktif çamur, damlatmal filtre humusu veya kar k çamurlar n (birincil çamur + aktif çamur) kat içeri i, çamur özelli ine, çamur giderim ve iletim yöntemine ve i letme metoduna ba l d r. Yo unla t rma, çamur kar m ndaki s v y gidererek kat içeri inin artt r lmas i lemidir. kincil çöktürme tank ndan pompalanan %0.8 kat içeren fazla aktif çamur, yo unla t r c da %4 kat konsantrasyonuna kadar yo unla t r l r, yani çamur hacminde 5 kez azalma sa lan r. Yo unla t rma genellikle graviteli, flotasyonlu, santrifüjlü ve graviteli bant filtre gibi fiziksel yollarla olur. Tipik çamur yo unla t rma yöntemleri Tablo 8.14de verilmi tir. Graviteli yo unla t r c n n emas da ekil 8.5 verilmi tir. 302

311 Tablo Çamur proseslerindeki ba l ca yo unla t rma teknikleri(1). Metot Çamur tipi Kullanma s kl ve verim Graviteli Ham birincil çamur Çok iyi sonuç al n r. Hidrosiklon kum tutucu ile kullan l r. Graviteli Graviteli Çözülmü -hava ile yüzdürme Çözülmü -hava ile yüzdürme Sepet santrüfüj Helezon küreyicili santrüfüj Graviteli bant filtre Ham birincil ve at k aktif çamur At k aktif çamur Ham birincil ve at k aktif çamur At k aktif çamur At k aktif çamur At k aktif çamur At k aktif çamur S k kullan l r. Küçük sistemlerde çamur konsantrasyonu %4-6 aral nda elde edilir. Büyük sistemde sonuçlar s n rl d r. Nadiren kullan l r. Dü ük kat konsantrasyonlar elde edilir (%2-3). K s tl kullan l r. Sonuçlar graviteli yo unla t r c ya benzer. Yayg n kullan l r. yi sonuç verir (%3.5-5 kat madde konsantrasyonu). K s tl kullan l r. yi sonuç verir (%8-10 kat madde konsantrasyonu). Kullan m artmakta. yi sonuç verir (%4-6 kat madde konsantrasyonu). Kullan m artmakta. yi sonuç verir (%3-6 kat madde konsantrasyonu). Döner elekli yo unla t r c At k aktif çamur K s tl kullan m. yi sonuç verir (%5-9 kat madde konsantrasyonu). 303

312 (a) ekil 8.5 Graviteli yo unla t r c emas : a) plan ve b) kesit (1). (b) 304

313 8.5.1 Uygulama Alanlar Yo unla t r c larla ba l ca hacim azaltma, sistemde daha sonra gelen üniteler, örne in çürütme, susuzla t rma, kurutma ve yakma, için ba l ca a a da belirtilen dolay faydalar sa lan r; Gerekli tank ve ekipman kapasitesi azal r, Çamur artland rma için gereken kimyasal miktar dü er, Çürütücü için gereken s, s l kurutma ve yakma için gerekli yak t miktar azal r. Çamurun önemli bir uzakl a transfer edildi i büyük tesislerde, çamur hacminde azalma, boru çap nda ve terfi maliyetinde azalmaya yol açar. Küçük tesislerde, minimum çap ve h z ihtiyac, çamura ilave olarak önemli miktarda at ksuyu da pompalamak için gereklidir. Çamur yo unla t rma, ön çöktürme, çamur çürütme ve özel tasarlanm üniteler olmak üzere bütün at ksu ar tma sistemlerinde fayda sa lar. 44 L/sden dü ük kapasiteli ar tma sistemlerinde ayr bir çamur yo unla t r c seyrek kullan l r. Yo unla t r c çe itleri; Graviteli yo unla t r c, Flotasyon yo unla t r c, Santrifüj yo unla t r c, Bantl yo unla t r c, Döner elekli yo unla t r c. 8.6 Stabilizasyon Çamur stabilizasyonu ba l ca a a daki faydalar temin etmek üzere gerçekle tirilir: Patojenlerin azalt lmas, stenmeyen kokunun giderilmesi, Koku man n önlenmesi. Mikroorganizmalar n çamurda aktif kalmas durumunda patojenlerin canl kalmas, koku aç a ç kmas ve bozunma meydana gelir. Bu yüzden çamurun uçucu bile eninin stabilizasyonu gerekir. Stabilizasyon prosesi; Uçucu bile iklerin biyolojik parçalanmas, Uçucu bile iklerin kimyasal oksidasyonu, Mikroorganizmalar inhibe etmek üzere çamura kimyasal ilavesi, Çamurun sterilizasyonu veya dezenfeksiyonu için s uygulamas, lemlerinin en az birini veya birkaç n ihtiva eder. 305

314 Stabilizasyon prosesinin tasar m nda dikkat edilecek en önemli hususlar, ar t lacak çamur miktar ve di er ar tma ünitelerine uygun bir entegrasyonun sa lanmas d r. Çamur arazide kullan lacak ise, patojen giderimi bilhassa önemlidir. Çamur stabilizasyonunda kullan lan ba l ca teknolojiler; Kireç stabilizasyonu, Is l ar tma, Havas z çürütme, Haval çürütme, ve Kompostlama olarak s ralanabilir Kireç Stabilizasyonu Kireç stabilizasyonunda, kireç ham çamura ilave edilerek ph 12 veya üzerine yükseltilir. Yüksek phn n olu turdu u ortam mikroorganizmalar n canl kalmas na uygun de ildir. Bunun sonucu olarak ortam ph bu seviyede tutuldu u sürece, çamurda çürüme, kötü koku ve sa l a zararl durum olu mayacakt r. Kireç stabilizasyonunda iki ekilde uygulan r; Çamur susuzla t rmadan önce kireç ilavesi yap l r, bu i leme kireçle ön stabilizasyon, Çamur susuzla t rmadan sonra kireç ilavesi, buna da kireçle son stabilizasyon denir. Kireç stabilizasyonunda Ca(OH) 2 veya CaO kullan labilir. Baz durumlarda kül, çimento tozu, karpit kireci de kireç yerine kullan labilir. Kireçle ön-stabilizasyon: Sulu çamurda istenen ph seviyesine ula abilmek için daha fazla kireç ilavesine ihtiyaç duyulur. Buna ilave olarak, uygun patojen giderimine ula mak için susuzla t rmadan önce yeterli bekletme süresi sa lanmal d r. Önerilen tasar m kriteri, ph 12 nin üzerinde yakla k 2 saat kalma süresidir. Kireç dozaj çamur tipi ve kat madde konsantrasyonuna göre de i im gösterir. Tipik dozajlar Tablo 8.15de verilmektedir. Tablo S v çamur stabilizasyonu için tipik kireç dozlar (4). Çamur tipi Birincil çamur Aktif çamur Haval çürütülmü çamu Septik tank çamuru 1 ph 30 dakika 12 de tutmak için gereken miktar. Kat konsantrasyonu, % Kireç miktar, gca(oh) 2 /gkm 1 Aral k Ortalama Aral k Ortalama

315 Kireç stabilizasyonu, mikrobiyal büyüme için gereken organik maddeyi parçalamad ndan çamur ph nda önemli bir dü me olmadan çamur uzakla t r lmal veya daha fazla kireç ilave edilmelidir. lave doz miktar ph 12 ye getiren miktar n yakla k 1.5 kat kadard r. Kireçle son stabilizasyon: Organik maddelerin kireç ile stabilizasyonu her ne kadar bilinen bir yöntem olsa da, susuzla t r lm çamurun kireç ile ileri ar t m yeni bir yöntemdir. Bu proseste, Ca(OH) 2 veya CaO (sönmemi kireç) susuzla t r lm çamurun ph n yükseltmek amac yla kullan l r. Sönmemi kireç çamur suyuyla exotermik reaksiyon verdi ini için tercih edilir. Su kar m s cakl n 50 o Cnin üzerine ç kar r ve bu de er kurt yumurtalar n pasif hale getirmeye yetecek s cakl kt r. Kireçle ön stabilizasyona k yasla, son stabilizasyonun üstünlükleri; Kuru kireç kullan labildi inden dolay, susuzla t r lm çamura su ilavesi gerekmez. Susuzla t rma için ilave ba ka bir eye ihtiyaç yoktur. Kabuk problemi ve çamur susuzla t rma ekipmanlar n n bak m problemleri ortadan kalkar. Kireç ve çamurun iyi kar t r lmas durumunda, ufalanabilir iyi bir doku elde edilir. Bu çamur uzun süre saklanabilir veya araziye kolayl kla yay labilir Is l Ar t m Is l ar tma, stabilizasyon ve artland rma proseslerinin her ikisinde de çamurun yüksek bas nç alt nda k sa süreli s t lmas n içerir. Kullan m amac ; kat y koagüle etmek, jel yap s n parçalamak ve kat çamurun bünye suyunu azaltmakt r. Sonuç olarak çamur sterilize olur ve kolayl kla susuzla t r l r. Is l proses daha çok, sterilizasyonu ve artland rmas zor olan biyolojik çamura uygulan r. Yüksek yat r m maliyeti büyük sistemlerde bu yöntemin kullan m n k s tlar. Is l ar t mdan ç kan üst su, yüksek BOI, NH 4 ve P içerdi inden ana ar t m sistemine verilmeden önce ön ar t m gerekebilir. Is l ar t mdan ç kan k smen okside olmu çamur, vakum filtre, santrifüj, bant filtre veya kurutma yataklar nda susuzla t r labilir. Bu sistemin ba l ca üstünlükleri: Ula lan oksidasyona ba l olarak susuzla t r lm çamurun kat içeri i %30-50 aras nda de i ir. Olu an çamur için kimyasal artland rmaya gerek duyulmaz. Proses, çamuru stabilize eder ve hastal k yapan bakterileri yok eder. lenen çamurun s l de eri kj/gd r. Çamur bile imindeki de i im proses verimini etkilemez Uçucu kat n n tam oksidasyonu, yüksek bas nç ve s cakl klarda tamamlan r. 307

316 Sistemin önemli mahsurlar ; Ekipman yo un olmas ve korozyona dayan kl malzeme kullan m yüzünden yüksek ilk yat r m maliyetine sahiptir. Ustal k gerektiren bir i letme, tecrübe ve ciddi önleyici bak m program gerektirir. Proseste olu an at ksu yüksek organik karbon, amonyak ve renk kirlili ine sahiptir. Ar t m gerektiren kötü kokulu gazlar meydana gelir. Is de i tirici, borular ve reaktörde kazan ta olu umu problemi görülür. Kabuk kontrolü asitle y kama ve yüksek bas nçl su püskürtme gerektirir. 8.7 Havas z (Anaerobik) Çamur Çürütme Havas z çürütme, çamur stabilizasyonu için kullan lan en eski proseslerde biri olup moleküler oksijen yoklu unda organik ve inorganik maddelerin parçalanmas i lemi olarak tan mlanabilir. Bu sistemlerde meydana gelen biyokimyasal reaksiyonlar n özellikleri havas z kontakt prosesinin reaksiyonlar ile ayn özelliktedir. At ksu ar t m sonucu olu an ar tma çamurlar n n biyolojik stabilizasyonunda ve baz endüstriyel at ksular n ar t m nda günümüzde yayg n olarak kullan lmaktad r. Çürüme i lemi hava giri inin önlendi i kapal bir reaktörde gerçekle tirilir. Havas z çürüme bir seri organizma grubu taraf ndan yürütülen bir biyolojik bozunma i lemidir. Havas z çürütme i leminin mekanizmas daha önce Bölüm 7de detayl olarak aç klanm t r. Havas z çamur çürütücüler dü ük h zl ve yüksek h zl olmak üzere ba l ca iki tiptir ( ekil 8.6) Dü ük h zl (standart) çürütücülerde s tma ve kar t rma uygulanmaz. Hidrolik bekleme süresi yörenin iklimine ba l olarak gün aras nda de i ir. Yüksek h zl çürütücülerde ise havas z ayr ma sürecini h zland rmak amac yla s tma ve kar t rma uygulan r. Bu tip çürütücüler genellikle seri ba l 2 reaktörden olu ur. kinci reaktör kat lar n çökeltilmesini ve çamur ya n n kontrolünü sa lar. Bu iki sistemden dü ük h zl çürütücüler kesikli olarak çal t r lmakta olup, genellikle s t larak, gereken çamur bekletme süresi 30 ila 60 güne dü ürülmektedir. Bu tip çamur çürütme birimlerinde organik yükleme h z kguakm/m 3 -gün aras nda de i mektedir. Kar t rman n uygulanmad standart h zl çürütme tanklar dü ük kapasiteli ( 4000 m 3 /gün) biyolojik ar tma tesislerinde kullan lmaktad r. Yüksek h zl çürütme birimleri iki kademeli olarak i letilmekte, birinci kademede tam kar m sa lanarak çamurlar n s t lmas sa lanmaktad r. kinci tank ise çökeltme ve gaz biriktirme tank olarak görev yapmaktad r. Bu tip tanklara kg UAKM/m 3 - gün çamuryüklenebilmektedir. Birinci tanktaki çamur bekletme süresi 35 o Cde gün aras nda de i ebilir. Çamur çürütme tanklar genellikle dairesel olarak in a edilmektedir. Bu tanklar n çap 6mden 35mye kadar de i ebilir. Tank taban ¼ e iminde olmal d r. Merkezdeki s v derinli i 6 mden 15mye kadar de i ebilir. Çe itli at klar n havas z çürütmesi için kinetik katsay lar n tipik aral klar Tablo 8.16de verilmi tir. Sürekli ak ml tam kar t rmal çürütücülerde çe itli s cakl klar için tavsiye edilen ortalama çamur ya de erleri ise Tablo 8.17de verilmi tir. 308

317 Tablo 8.16 Çe itli at klar n havas z çürümesi için kinetik katsay lar n tipik aral klar (2). At k türü Evsel at ksu çamuru Ya asitleri Karbonhidrat Protein Kinetik katsay Birim De er(20 o C) Y mgukm/mgboi k d 5 gün Y mgukm/mgboi k d gün Y mgukm/mgboi k d gün Y mgukm/mgboi k d gün

318 ekil 8.6 Havas z çamur çürütücü tipleri ( 6). Tablo Sürekli ak ml tam kar t rmal çürütücülerde çe itli s cakl klar için tavsiye edilen ortalama çamur ya lar (2). S cakl k ( o C) Çamur ya ( c, gün) En dü ük Tasar mda tavsiye edilen

319 Çamur konsantrasyonu ve hidrolik bekleme süresinin uçucu kat madde yükleme h zlar üzerindeki etkisi Tablo 8.18de verilmi tir. Tablo Çamur konsantrasyonu ve hidrolik bekleme süresinin uçucu kat madde (UKM) yükleme h zlar üzerindeki etkisi (çamurun özgül a rl 1.02 ve kat maddelerin %75inin uçucu oldu u esas al nm t r)(2). Çamur konsantrasyonu Uçucu kat madde yükleme faktörü (kg/m 3.gün) (%) 10gün 12 gün 15gün 20gün Ki i ba na birim reaktör hacmi ihtiyac Tablo 8.19da verilmi tir. Bu de erler s tmal tanklar için geçerlidir. Is t lmayan tanklar için kapasiteler bölgesel iklim ko ullar na ve depolama ihtiyaçlar na göre artt r lmal d r. Tablodaki de erler mutfak ö ütücülerinin kullan ld yerlerde %60 oran nda ve endüstriyel at klar n çürütücülere verilmesi durumu söz konusu ise e de er nüfusa göre artt r lmal d r. Mesofilik s cakl k aral nda i letilen dü ük h zl ve yüksek h zl havas z çürütücüler için tasar m kriterleri Tablo 8.20da verilmi tir. Tablo Çürütücülerin hacim ihtiyaçlar (2). Tesis tipi Birincil çamur Kuru kat madde (g/n-gün) 72 Kat madde % 5 m 3 /10 3 N.gün 1.44 Hacim ihtiyac m 3 /10 3 N Birincil çamur + Damlatmal filtre humusu Birincil çamur + Aktif çamur

320 Tablo Dü ük h zl ve yüksek h zl havas z çürütücüler için tasar m kriterleri(2). Çamur ya (gün) Parametre Dü ük h zl Yüksek h zl Kat madde yükü(kgukm/m 3.gün) Hacim kriterleri(m 3 /ki i) Birincil çamur Birincil çamur + Damlatmal filtre humusu Birincil çamur + aktif çamur Besleme konsantrasyonu(%km) Ç k konsantrasyonu (%KM) Çürümü Çamur Suyu Özellikleri Çürütücü suyu kalitesi, çürütücünün tek veya iki kademeli olu u, kar t rma durumu ve kat maddelerin ayr lma (çökelme) oran vb parametrelere göre de i ir. Yo unla t r lm birincil çamur ve biyolojik aktif çamur kar m n n çürütüldü ü bir anaerobik çürütücünün tipik ç k suyu özellikleri a a daki Tablo 8.21de verilmi tir. Tablo Havas z çamur çürütücü ç k (üst) suyu özellikleri (6) Parametre Toplam kat madde BOI 5 KOI NH 4 Toplam P Konsantrasyon (mg/l) nhibitör ve Zehirli Maddeler Çamur çürütücülerin organik maddeleri ayr t rma verimleri, sisteme beslenen çamur içindeki çe itli inhibitör maddeler nedeniyle belli ölçüde de i im gösterebilir. Çamur çürüme sürecini belirgin oranda inhibe eden, pratikte s k rastlanan inhibitör maddelerin zehirlilik e ikleri Tablo 8.22de verilmi tir. 312

321 Tablo Kat madde oran %4.5 olan evsel at ksu ar tma tesisi çamurunun çürütüldü ü bir çürütücü için inhibitör madde zehirlilik s n r konsantrasyonlar (6). Madde Anyonik deterjanlar Metilen klorür, CH 2 Cl 2 Kloroform, CHCl 3 Karbon tetra klorür, CCl 4 1,1,1-trikloretan Monoklorobenzen Ortodiklorobenzen Paradiklorobenzen Pentakloro fenol Siyanür Zn Ni Pb Cd Cu Zehirlilik e i i (mg/l) At ksu ar tma tesisi giri indeki konsantrasyon 2 Ba lang çta çok zehirli ancak zamanla anaerobik bakteriler al abilir. 3 Zehirlilik etkisi metal sülfür olu umuna ba l olarak de i ir. 8.8 Haval (Aerobik) Çamur Çürütme Çe itli ar tma i lemlerinden gelen organik çamurlar n biyolojik stabilizasyonu için kullan lan bir prosestir. Havas z çürütmeye alternatif olarak, at k aktif çamur haval olarak da çürütülebilir. At k aktif çamur ayr bir tank içine al n r ve birkaç gün süre ile havaland r l r. Böylece çamur içindeki uçucu kat maddeler biyolojik olarak stabilize olur. Sonuçta olu an çamur haval çürük çamur ad n al r. Haval çürütmenin üstünlükleri a a daki gibi s ralanabilir: Uçucu kat madde (UKM) giderimi havas z çürütme ile elde edilene yak nd r. Substrattaki BOI konsantrasyonlar oldukça dü üktür. Kolayca bertaraf edilebilecek kokusuz, humusa benzer, biyolojik olarak kararl ürün elde edilir. Olu an çamurun susuzla t rma karakteristikleri çok iyidir. Çamurun gübre de eri yüksektir. letme problemleri azd r. Yat r m maliyetleri dü üktür. Haval çürütmenin üstünlükleri yan nda en önemli mahsuru, sisteme gerekli oksijeni sa lamak için yüksek, enerji ihtiyac d r. Metan gibi yararl bir son ürünün elde edilememesi de di er bir sorunudur. 313

322 8.8.1 Haval Çürütme Mekanizmas Haval çürütme aktif çamur prosesine benzer. Ortamda mevcut besi maddesi miktar azal rken, mikroorganizmalar hücre bak m reaksiyonlar için gerekli olan enerjiyi eld etmek üzere kendi protoplazmalar n yiyip bitirmeye ba larlar. Bu olay ba lad nda mikroorganizmalar endojen fazda bulunmaktad rlar. Hücre dokusu, haval ortamda su, karbondioksit ve amonya a oksitlenir. Gerçekte hücre dokusunun yaln zca %75-80i oksitlenir; kalan %20-25lik k s m ise inert maddeler ve biyolojik olarak indirgenemeyen organik maddelerden meydana gelmektedir. Bu oksidasyondan aç a ç kan amonyak, sonuçta nitrata oksitlendi inde ph dü ebilir. Teorik olarak oksitlenen kg amonyak ba na 7.1 kg CaCO 3 alkalinitesi giderilir. Haval çürütücülerin tasar m kriterleri Tablo 8.23de verilmektedir. Aktif çamur veya damlatmal filtre çamuru ön çökeltim çamuru ile kar t r l p haval olarak çürütüldü ünde ön çökeltim çamurundaki organik maddenin direkt oksidasyonu ve hücre dokusunun içsel oksidasyonu bir arada gerçekle ir. Haval çürütücüler kesikli veya sürekli reaktörler olarak i letilebilir. Sürekli beslemeli haval çürütücüye ait ematik kesit ekil 8.7de verilmi tir. Sistemin iki uygulamas vard r: Klasik haval çürütme, Saf oksijenli haval çürütme. ekil 8.7 Haval çürütücü sistemine ait ematik resim. 314

323 Tablo Haval çürütücüler için tasar m kriterleri(2). Parametre Birim De er Hidrolik bekleme süresi Gün At k aktif çamur Ön çökeltimsiz aktif çamur Birincil çamur+aktif çamur veya damlatmal filtre çamuru Kat madde yüklemesi kgukm/ m 3.gün Oksijen ihtiyac Hücre dokusu (UKM) Birincil çamurdaki BOI 5 kg/kg tüketilen Kar t rma için enerji ihtiyac Mekanik havaland r c Bas nçl hava ile kar t rma kw/10 3 m 3 m 3 /10 3 m 3.dakika Sudaki çözünmü oksijen mg/l 1-2 S cakl k o C 15 Uçucu kat madde giderimi % Kompostla t rma Haval Kompostla t rma ehirle me ile birlikte kat at k olu umu h zla artm ve günümüzde en önemli çevre sorunlar ndan biri haline gelmi tir. Organik maddeler evsel kat at klar n önemli bir k sm n olu turmaktad r. Bu probleme ekonomik ve çevre dostu çözümler ara t r lmas sonucunda kompost uygulanabilir bir çözüm olarak gündeme gelmi ve uygulanmaya ba lanm t r. Kat at klar n haval artlarda biyolojik ar t m kompostla t rma olarak adland r l r. Haval ve havas z kompostla t rma, hacim azaltmak, stablizasyon ve patojen giderme amac yla uygulanan kat at k dönü türme ve uzakla t rma teknolojileridir. Kompostla t rma organik at klar n, haval termofilik çürüme ile olabildi ince stabil çamur benzeri bir humusa dönü türülmesidir. Sonuç olarak ortaya ç kan humusta %25e varan oranda ölü veya canl organizma mevcut olabilir. Kompostla t rmada pratik olarak kontrol edilmesi gereken en önemli parametreler karbon/azot oran, s cakl k ve havaland rmad r. Do ru bir kompostla t rma için C/N oran 40tan fazla olmamal ve nem oran %60 geçmemelidir. Optimum s cakl kta 60 o Cdir. Mekanik havaland rma, kompostla ma süresini 10 haftadan 2 haftaya indirebilir. Kat at klar n biyolojik ar t m s v ve gaz at klar n giderilmesinden farkl l k gösterir. Kat at klar çok heterojen yap da ve biyolojik parçalanmas zor at klard r. Kat at k olu umunun minimize edilmesi ve geri dönü ümle sisteme verilmesi en uygun çözüm olarak görülmektedir. Metal, cam ve ka t at klar n n geri kazan l p tekrar kullan lmas, plastiklerin de tekrar kullan labilir cinsten olmas gerekir. Kat at klar n depolama alanlar nda toprak alt na gömülmesi uzun dönemde koku ma ve yer alt suyu kirlili i gibi problemlere yolaçabilir. 315

324 Biyolojik olarak parçalanabilen kat at klar haval veya havas z olarak kompostla t r labilir. Haval prosesler kompostla t rma olarak bilinir ( ekil 8.8 ve 8.9). Biyolojik bozunma düzeyine ve sonuç i lemine ba l olarak kompost 4 tipte s n fland r labilir. ekil 8.8 Bir haval kompostla t rma tesisi için kütle dengesi. ekil 8.9 Bir havas z kompostla t rma tesisi için kütle dengesi. 316

325 Ar tma Çamuru: At ksu ar tma tesislerinden kaynaklanan çamur susuzla t r ld ktan sonra kompostla t r labilir. Çe itli at ksu ar tma proseslerinde olu an çamurun bile imi Tablo 8.24de verilmi tir. Çamurun suyunun al nmas, hacim ve a rl azalt r. Örne in %5 kat madde içeren 20 kg çamurda yaln zca 1 kg kat madde vard r. Susuzla t rma i leminden sonra %40 kat madde içeren (hacmi 1/8 e dü en) bu çamurun a rl sadece 2.5 kg gelecek yani %87.5luk bir a rl k azalmas olacakt r. Tablo Ar tma çamurlar n n özellikleri (2). Çamur tipi Nem oran (%a rl k) Kat oran (% a rl k) Ham birincil çamur Organik kat lar (%kuru a rl k) norganik kat lar (% kuru a rl k) Dü ük h zl damlatmal filtre çamuru Yüksek h zl damlatmal filtre çamuru At k aktif çamur prosesi Çürümü çamur Biyolojik ar tma i lemi sonucunda ortaya ç kan çamurlar n, insanlara ve çevreye de i ik zararlar bulunmaktad r. çerdi i organik maddeler, mikroorganizmalar n ço almas na f rsat tan r. Bu mikroorganizmalar de i ik hastal klara yol açaca ndan bu çamurlar n mutlaka düzenli depolama alanlar na ta nmas gerekmektedir. Ancak hiçbir i leme tabi tutulmam çamurun ta nmas ve depolanmas, kat madde (KM) oran n n çok dü ük olmas ndan dolay pek ak lc bir yakla m de ildir. Örne in 1 ton kat madde içeren at k çamurun farkl i lem düzeylerindeki miktarlar ekil 8.10da verilmi tir kg 4000 kg 1050kg 500kg %4KM içeren %25KM içeren susuzla t r lm %95KM içeren yakma ham çamur çamur çamur 25 m 3 4 m m m 3 ekil ton kat madde (KM) içeren at k çamurun farkl i lem düzeylerindeki miktarlar. 317

326 Kompostla t rma mekanizmas Kat at klar n haval artlarda biyokimyasal süreçlerle stabilizasyonu kompostla t rma olarak adland r l r. Biyolojik olarak parçalanabilen kat at klar (özellikle g da sanayi at klar ) ö ütülerek küçük parçac klar haline getirildikten sonra y n halinde alt taraf zgaral bir zemin üzerine konarak gerekirse uygun mikroorganizmalarla a land ktan sonra alt taraftan havaland r larak biyolojik parçalanmaya tabi tutulurlar. Kompostla t rma süresi ortalama olarak 5-7 hafta aras nda de i ebilir. Kompostla t rma, kat organik maddelerin uygun çevresel ko ullarda mikroorganizmalar taraf ndan haval çürütülme ve stabilizasyonudur. Son ürün stabil, topra a benzer ve humusça zengin hijyenik bir maddedir. Kompostla t rma prosesinin amac, at n çevreye zarar vermeden biyolojik olarak parçalanabilmesidir. Kompostla t rma, at n biyolojik olarak parçalanabilen k sm n n geri kazan lmas ve yeniden de erlendirilmesi olarak görülebilir. Bu proses, biyolojik olarak parçalanabilen at n hacmini, kütlesini ve nemini azalt p de erli birtoprak düzenleyici haline dönü türür. Her canl, canl kalabilmek ve ya am n düzenlemek için enerjiye ihtiyaç duyar. Kompostla t rma s ras nda, mikroorganizmalar ürettikleri enzimler yard m yla organik maddeleri parçalarken oksijen tüketirler. Havaya yüksek s, büyük miktarda CO 2 ve su buhar verilir ve yeni mikroorganizmalar geli ir ( ekil 8.11). Bir grup haval mikroorganizma, partiküllerin yüzeyini saran s v tabakas nda olu ur. Mikroorganizmalar partikülün iç k sm n de i tirmeden b rakarak partikül yüzeyindeki uygun oksijeni kullan rlar. Partikülün suyu çekilir ve mikroorganizma faaliyetleri ile ayr r. Is n n ortaya ç kmas direkt olarak mikrobiyal aktiviteyle ba lant l olmas na ra men, s cakl k proses için iyi bir indikatördür. Kompostla t rman n ilk günlerinde organik at klar n kolayca parçalanabilen bile ikleri metabolize olur. S cakl k baz durumlarda 60 o Cyi a abilir. Bu yüksek s cakl k patojenleri ve zararl tohumlar öldürür, ancak bu arada birçok mikroorganizma da ölmeye ba lar veya daha dirençli hale gelir. Bu da daha az s n n olu mas ve sonuç olarak y n n birkaç gün sonra so umas demektir. Y n so udu unda sporlar, termofilik mikroorganizmalar ve son olarak mezofilik popülasyon olu ur. Normal olarak kompostlanan maddenin s cakl o C lik h zl bir art takip eder. Bu s cakl k aral birkaç hafta devam eder. Aktif kompostla t rma yava lad nda, s cakl k yava yava 37 o C ve sonunda çevre havas s cakl na dü er. Sonunda y n yeteri kadar so ur ve içinde do al olarak toprak mikroorganizmalar, protozolar, solucanlar, mantarlar, böcekler ve di er daha büyük mikroorganizmalar ve organik maddeler yer al r. Zaman içindeki bu s cakl k de i imi kompostla t rma prosesindeki ayr man n h z n ve tipini yans t r. Kompostla t rma ham maddedeki bir çok besleyici maddeyi saklar ve bunlar stabil organik bile iklerde stoklar. Bu da bitkilere besinlerin h zl bir ekilde sa lanmas n azalt r, ancak bunlar n yava yava serbest b rak lmas n sa lar. 318

327 Bu olgunla ma periyodunu aktif kompostla t rma dönemi izler. Maddeler daha yava h zda olmak üzere biyokompostlanmaya devam eder ve oksijen tüketim h z azal r. Aktif biyokomppostla t rma döneminden sonra elde edilen komposttaki azot, amonyum (NH 4 + ) halindedir. Bir çok bitki, yüksek konsantrasyondaki amonyumdan zarar görür. Kompostla t rma prosesi belli bir noktada durmaz. Maddeler enerji yorgunu organikler ve inorganikler kalana kadar parçalanmaya devam eder. Her eye ra men kompost göreceli olarak stabil olur ve uzun süre bu durumda kal r. Olgunla mam kompost tarlaya uyguland ktan sonra da oksijen tüketmeye devam eder ve topraktan bitkiye giden O 2 miktar n azalt r. ekil 8.11 Kompostla t rma mekanizmas. Y n n tepesindeki olgunla mam kompost yüksek seviyelerde organik asit içerebilir veya yüksek C/N oran na sahip olabilir. Olgunla mam kompost ürün ve bitkilere zarar verebilir. Kompost C/N oran, oksijen gereksinimi, s cakl k ve koku gibi sabit karakteristikleri ile de erlendirilir. Zamanla kompostla t rma tamamland kça bile iklerin kar m daha üniform olur. Orjinal maddelerin çok az ay rt edilebilir veya hiçbiri ay rt edilemez. Madde koyu kahverengiden siyaha do ru renkler al r. Partiküller küçülür, sabitle ir ve toprak gibi olur. Kompostla t rma mikroorganizmalar n geli mesini belirleyen ve sa layan ko ullar sa land nda en yüksek h za ula r (Tablo 8.25). 319

328 Tablo H zl kompostla t rma için tavsiye edilen ko ullar (2). Ko ul C/N oran Nem içeri i Oksijen konsantrasyonu Partikül çap (cm) ph S cakl k ( o C) Kabul edilen aral k 20:1-40:1 %40-60 % Önerilen aral k 25:1-30:1 %50-60 %5 Çe itli Kompostla t rma mekanizmas n etkileyen parametreler Mikroorganizmalar: Kompostla t rma i lemine katk da bulunan mikroorganizmalar aras nda bakteriler, mantarlar, küfler ve aktinomisetler say labilir. Kompostta bulunan patojenler Tablo 8.26da verilmi tir. Dü ük nem artlar nda (%50-60nem) özellikle küf ve aktinomisetler rol oynarlar. Daha yüksek nemde (%60-90), bakteriler de kompostla t rma i leminde aktif rol oynarlar. S cakl klara göre a a daki mikroorganizmalar ay rt edilir: Mezofilik (10-40 o C) Bakteriler: Pseudomonas, Proteus, vd. Mantarlar : Mucor, Rhizopus, Aspergillus, Phanaerochaeta, Trichoderma Termofilik: Bakteriler (30-65 o C): Basicullus, Streptemyces, Thermoactinomyces Mantarlar (40-50 o C): Aspergillus, Fumigatus, Chaetomium, Humicola Tablo Kompostta bulunan patojenler. Mikrorganizma türü Salmonella spp. Entamoeba histolytica Ascaris lumbricoides Taenia spp. Aspergillus fumigatus vd.türler Hastal k Ba rsaklarda bozukluk ve tifo Amipli dizanteri Yuvarlak kurt Yass kurt Sporlarla akci er enfeksiyonu Havaland rma: Havaland rma, haval kompostla t rma i lemi için mutlaka gereklidir. Izgara eklinde bir taban üzerine konan kat at klar alttan bir blower yard m yla sürekli havaland r l rlar. Hava genellikle m 3 /kg uçucu kat gün h z yla verilir. Havaland rma y n belli aral klarla aktar larak ta sa lanabilir. Nem (su) muhtevas : Kompostla t rma i lemi at klar n nem içeri ine ba l d r. Ortalama nem içeri i %40-70 aras nda de i mekle birlikte optimum nem içeri i %55 civar olarak bilinir. Yüksek nem içeri i bakterilerin aktivitelerini artt r r ve kompostla t rman n daha h zl olu mas n sa lar. Dü ük nem içeriklerinde ise küf ve aktinomisitler aktivite gösterir.nem miktar %40a yakla t kça inhibe olur. %40 n 320

329 alt nda mikrobik aktivite yava lar. Nem %65i a arsa y ndaki materyalin bo luklar ndaki havan n suyla yer de i tirmesine sebep olur. S cakl k: S cakl k ortalama o C aras nda de i ebilir. Yüksek s cakl klarda (T 60 o C) termofilik mikroorganizmalar n aktif rol almas nedeniyle kompostla t rma h z artar. Kompostla t rma i lemi çok hassas s cakl k kontrolü olmadan yap ld n da s cakl k genellikle y n n n üst k s mlar ndan taban na do ru art gösterir. Besin maddeleri: Mikroorganizmalar hücrelerini beslemek ve düzenlemek için minimum miktarlarda belli elementlere gereksinim duyarlar. Bu besin maddelerinin miktarlar türlerine, büyüme yerlerine ve çevresel ko ullara ba l d r. Biyokompostla t r lan at kta C/N oran genellikle 40 n üzerindedir. Ancak aktif komostla t rma sa lamak için C/N=40/1 civar nda olmas gerekir. Optimum C/P oran 100/1 civar nda olmal d r. Bu nedenle optimum C/N/P=100/2.5/1 olarak bilinir. Kat at klarda azot ve fosfor içeri i dü ük oldu u için d ar dan evsel at ksu çamuru veya azot ve fosfor tuzlar ilave edilerek C/N/P oran istenilen seviyeye yükseltilir. C/N oran 40dan fazla olursa, mikroorganizmalar n fazla karbonu kullanabilmesi için kompostla t rma süresi uzar. ph: Kompostla t rma i lemi 4.5 ph 9.5 aras nda olu ur ve optimum ph = 6.5 civar ndad r. Dü ük ph de erleri bakterilerin, yüksek ph de erleri küf ve aktinomisetlerin daha yo un olmas n sa larlar. Kompostla t rma materyali mikroorganizmalar n geni spektrumu nedeniyle pha göreceli olarak daha az duyarl d r ancak istenen aral k aras d r. Katk Maddeleri: Katk maddesi çe itlerinden baz lar Tablo 8.27de verilmi tir. Ar tma çamurlar n n kompostla t r lmas nda bo luk art r c ve su muhtevas n n azalt c katk maddeleri büyük önem ta r. 321

330 Tablo 8.27 Katk maddesi çe itleri (2). Ürün kal nt lar Saman Yapraklar Yonga Çim k rp nt lar Gazete Meyve ve sebze Mukavva Orta dereceden fazla nem Uygun C/N oran Eski ürün daha kuru ve daha az azot içerir. yi parçalanabilme Kuru ve karbonlu yi parçalanabilme yi yap sa lar Göreceli olarak kuru Yüksek karbon Orta derecede nem adsorbsiyonu yi parçalanabilme Kuru Yüksek karbon Mükemmel yap Kötü parçalanabilirlik Orta derecede slak yi bir azot kayna Kar t rmal, sadece k rp nt lar kompaktla ma ve havas z olmas na neden olur. Kuru Yüksek karbon içeri i Orta derecede parçalanabilme yi absorpsiyon Kötü yap Muhtemel a r metaller Meyve ve sebze Kötü yap yi parçalanbilme Kuru Yüksek karbon içeri i yi parçalanabilme yi nem adsorpsiyonu ve yap Süre: Kompostla t rma süresi genellikle 5-7 hafta aras nda de i mekle birlikte kolay parçalanabilen kat lar için bu süre 3 hafta olabilir. Zor parçalanan kat lar için ise kompostla t rma süresi 9-10 haftaya kadar uzayabilir. Biyokompostla t r lacak at klar belirli aral klarla (haftada bir-iki defa) aktar l r ve böylece daha homojen bir havaland rma sa lanabilir. Uygun nem içeri i ve C/N oran na ek olarak havaland rma kompostla t rma periyodunu en k sa süreye indirir. Prosesi yava latan ko ullar, nem azalmas, yüksek C/N oran, dü ük s cakl k, yetersiz havalanma ve büyük partiküllerdir. stenen kompostla t rma süresi amaçlanan komposta ba l olup, genellikle 3-6 ay sürer. Parçac k boyutu: Kompostla t r lacak kat at klar genellikle cm boyutlar na gelecek ekilde ö ütülmesi uygun olur. Daha küçük parçac klar, daha fazla yüzey 322

331 alan na sahip olduklar ndan tercih edilebilirler ancak çok küçük parçac klar hava ak m yla sürüklenebilecekleri ve ta mada zorluk ç karacaklar için pratikte pek tercih edilmezler. Ar tma çamurlar nda ö ütme ihtiyac yoktur Kompostla t rma uygulamalar Çevre ve Orman Bakanl taraf nda ç kar lan 14 Mart 1991 tarihli Kat At klar n Kontrolü Yönetmeli i gere i depolama sahalar n n havza koruma alanlar ve konut alanlar n n d nda olmas gerekmektedir. stanbul Büyük ehir Belediyesi, Eyüp lçesi K s rmand ra Köyü hudutlar nda 32 hektarl k saha içerisinde, 1000 ton/gün kapasiteli(1-1.5 milyon nüfusça üretilen kat at a e de er) stanbul Kat At k leme (Komostla t rma ve Geri Kazanma) tesisi yap m planlanm t r. Bu tesise gelecek 1000 ton/gün çöpün ay klanmas ndan sonra yakla k tonu kompost ünitesine sevk edilecek, buradan günde ton kompost elde edilmektedir ton at k da yak n mesafedeki Odayeri düzenli depolama sahas na gönderilecektir. stanbulda yap lan kat at k analizlerine göre, at klar n yakla k %50si de erlendirilebilir ya at klardan (organik at k) olu maktad r. Organik at k oran, semtlerin gelir durumuna ve mevsime göre de i mektedir. Planlanan tesiste üretilen kompostun maliyetinin, $/ton seviyesinde olaca tahmin edilmektedir. Halen stanbulda 1 ton çöpün düzenli depolama sahas nda bertaraf 12 $ civar ndad r. Burada kompost için sarf edilecek ilave bedel 8-10 $/tondur. Kompostun faydal kullan m halinde getirisi ton ba na 8-10 Dolar n üzerindedir ve bu nedenle mevcut maliyete ilave herhangi bir etkisi olmayacakt r. Kat at k i leme tesisinin i letme birimleri Tablo 8.28de verilmektedir. Kat at k i leme tesisinde üretilecek kompostun kalitesi hakk nda bilgi vermek amac yla, halen zmirde ba ar ile çal t r lan Uzundere kompostla t rma tesisinde üretilen kompost ile stanbul Zeytinburnundan al nan çöp numunesinden üretilen bir kompost numunesinin analiz sonuçlar Tablo 8.29da verilmi tir. stanbul tesislerinde üretilen kompost, faaliyeti bitmi maden ocaklar n n (30000 hektar civar nda) slah için hem dolgu malzemesi, hem de ye illendirme çal malar nda nebati toprak olarak de erlendirilecektir. Kompostun %20si Orman Bölge Müdürlü üne verilecek ve bu kompost orman arazilerinin slah nda kullan lacakt r. 323

332 Tablo 8.28 stanbul Kat At k Kompost Tesisinin (Tünel reaktör) letme birimleri(2). Konu Süre Gerekli araç ve ekipman Araç kabulü ve ara depolama Günlük 1 adet loder, 5m 3 hacimli kepçe Ön artland rma Sürekli çifte döner elek (8 ve mm delik çap ), M knat s ay r c Çürütme 3Kapal +5aç k=8haft Havaland rma tertibat Nemlendirme tertibat Otomatik ta ma ve kar t rma makina Hava çekme tertibat Son artland rma Kompost deposu ve Pazarlama Ay rma De erlendirilebilir malzemelerin haz rlanmas Süresiz Max.3 ay Sürekli Sürekli nce elek (çifte döner elek, 10 ve 40m aç kl kl ) M knat sl ay r c Sert malzeme ay r c s Hafif malzeme ay r c s 2 adet konveyör band,ilerleme h z m/s 30ar çal ma yeri M knat sl ay r c Ka t ve plastik için pres ve balyalam makinasi Metal pres ve balyalama makinas Cam k r c At klar n depolama sahas na gönderilmek üzere haz rlanmas - At ksu depolama ve ar tma At ksu depolama ve ar tma - - Biyolojik y kay c Baca Ar tma tesisi 324

333 Tablo zmir Uzundere ve stanbul Zeytinburnunda Üretilen Kompostun A r metal içeri i(2). Parametre zmir tesisi Zeytinburnu 1 Almanyada Ziraate Referans de er kullan labilecek maks.de erler 2 Su içeri i (ya a rl k,%) Organik madde (%) Kur un (mg/kg) Kadmiyum(mg/kg) Krom (mg/kg) Bak r (mg/kg) Nikel (mg/kg) Civa (mg/kg) Çinko (mg/kg) Zeytinburnunda al nan çöp numunesinden üretilmi kompost. 2 Bu de erler her üç y lda 40ton/ha kompost (kuru madde olarak) araziye verilmesi durumunda geçerlidir. De erler, Kat At klar n Kontrolü Yönetmeli i Tablo Ek IV-B kullan larak hesaplanm t r Havas z Kompostla t rma Kuru (yüksek kat l ) havas z kompostla t rma, çürümenin %22 veya daha yüksek toplam kat içeren bir ortamda gerçekle ti i biyokimyasal bir süreçtir. Yüksek kat l havas z kompostla t rma nispeten yeni bir teknoloji olup, bu yolla evsel kat at n organik k sm ndan enerji eldesi henüz geli tirme a amas ndad r. Bu prosesin iki önemi üstünlü ü; dü ük su muhtevas ve birim reaktör hacmi ba na (dü ük kat l prosese göre) daha yüksek gaz üretimidir. Ba l ca mahzuru ise kurulu tesis say s ve i letme tecrübesinin az olmas d r. Havas z kompost sistemlerinde proses seçiminde ba l ca iki proses esas al n r. Bunlar; Çamur çürütme benzeri dü ük kat l prosesler, Yüksek kat l proseslerdir. Yüksek kat l havas z kompostla t rma prosesi, henüz geli tirilme a amas nda olup, önemli tasar m parametreleri Tablo 8.30da özetlenmi tir. Genellikle yüksek kat l havas z kompostla t rma prosesi, çamur çürütme benzeri dü ük kat l havas z proses 325

334 göre daha fazla organik at stabilize etme ve birim reaktör hacmi ba na daha fazla gaz üretme potansiyeline sahiptir. Tablo 8.30 Evsel kat at n organik k sm n n kuru havas z kompostla t r lmas prosesi için tasar m parametreleri (6). Parametre Madde boyutu Kar t rma ekipman Çamurla kar t r lan kat at k yüzdesi Çamur ya Organik yük Kat (kuru madde) oran S cakl k Uçucu Kat Maddelerin Giderimi Toplam kat giderimi Gaz üretimi Aç klama Çürütülecek at klar parçalarak, besleme ve bo altma mekanizmalar n n çal ma verimine engel olmayacak b boyuta indirilmelidirler. Kullan lacak reaktörün tipine ba l d r. Çamurun özelliklerine ba l d r. Tasar m için gün al nabilir. Pilot tesis çal ma sonuçlar esas al n r. 6-7 kg KM/m 3 -gün. Daha yüksek h zlar da bildirilmi ti %20-35 aras nda (tipik olarak %22-28) de i ir. Mezofilik artlar için o C, Termofilik artlar için 5 60 o C aras ndad r. Çamur ya ve hacimsel yüke ba l olarak %90-98 aras de i ir. At n lignin içeri ine ba l olarak de i ir m 3 /kg giderilen UKM (CH 4 = %50, CO 2 = % artland rma Çamurun susuzla t rma özelli ini artt rmak üzere uygulan r. Kimyasal ilavesi ve s l ar tma bu amaçla çok kullan lan metotlard r. Dondurma, nlama ve çözücü ekstraksiyonu gibi di er metotlar da deneysel olarak kullan lmaktad r Kimyasal artland rma Çamuru daha iyi susuzla t rmak amac yla artland r c kimyasallar n kullan m, yüksek verimi yüksek ve esnekli i dolay syla ekonomiktir. Kimyasal artland rma at n özelli ine ba l olarak, giren çamurda %90-99 su azalmas sa layarak nem muhtevas n %65-85e dü ürür. Bu yöntemin esas, kat n n koagülasyonu ve absorbe olan suyun aç a ç kar lmas d r. artland rma, vakum filtre, santrifüj, bant filtre ve 326

335 pres filtre gibi ileri mekanik susuzla t rma sistemleri öncesinde kullan l r. Kullan lan ba l ca kimyasallar; demir klorür, kireç, alüm ve organik polimerlerdir. Kimyasallar kolayl kla s v formunda uygulanabilirler. Toz halindeki kimyasallar için çözücü tank gerekmektedir. Ço u sistemlerde tek vardiya dikkate al nd nda bir tank yeterli olabilmektedir. Tank korozyona dayan kl maddeden yap lm ve/veya iç yüzeyi kaplanm olmal d r. Polivinil klorür, polietilen ve kauçuk tank ve boru sisteminde kullan labilecek aside dayan kl uygun malzemelerdir. Çamur artland rmas n Etkileyen Faktörler: Çamur artland r c malzemelerin tipi ve dozu, çamur özelli ine, kar t rma tipine, susuzla t rma ekline ba l olarak de i ir. Önemli çamur özellikleri, çamur kayna, kat konsantrasyonu, çamur ya, ph ve alkalinitedir. Kat konsantrasyonu, artland rma maddesinin da l m n ve dozunu etkiler. ph ve alkalinite, özellikle inorganik artland r c n n verimini etkiler. Yüksek ph ya ula mak için kireç kullan lmas durumunda kuvvetli amonyak kokusu ve kazan ta olu umu gibi problemler meydana gelir. Susuzla t rma metodu, farkl kar t rma ekipmanlar ndan ve seçilen metottan dolay artland rma kimyasallar n n seçiminde etkilidir. Örne in, polimerler santrifüj ve bant filtrelerde genellikle kullan l rlar, ancak vakum ve pres filtrelerde daha seyrek kullan l rlar. Laboratuar ve pilot tesis çal malar yap larak, kimyasal artland r c madde seçimine gidilmesi tavsiye edilmektedir. Dozaj: Kimyasal dozaj laboratuar çal malar ile belirlenir. Bu maksatla yap lan testlerle standart jar test, çamur özgül direnci, kapiler emme süresi (KES) belirlenir. Genellikle en dü ük kes ve özgül direnci veran artland r c dozu optimum doz olarak belirlenir. Standart jar test, kullan m son derece kolay bir yöntem olup, farkl artland r c dozlar nda h zl kar t rma, flokla t rma ve çöktürme sonucu elde edilen çamur hacminin ve üst faz bulan kl n n ölçümüne dayanmaktad r. Genel olarak gerekli kimyasal dozu, çamurun cinsine ba l olarak de i ir. Farkl çamurlar için susuzla t rma metotlar ve artland r c polimer miktarlar Tablo 8.31de verilmektedir. 327

336 Tablo Farkl susuzla t rma metodu ve çamurlar için polimer miktarlar (1). Çamur tipi kg Polimer/10 3 kg kuru kat Vakum filtr Bant filtre Santrifüj Birincil çamur Birincil ve aktif çamur Birincil ve damlatmal filtre humusu At k aktif çamur Havas z çürütülmü birincil çamur Havas z çürütülmü birincil + aktif çam Haval çürütülmü birincil + aktif çam Polimer dozajlar, kullan lan polimerin molekül a rl na, iyonik iddetine ve aktivite seviyesine ba l d r. Demir klorür ve kireç, vakum ve pres filtrelerde artland rma için en s k kullan lan kimyasallard r. Çamur Kar t rma: Tam bir artland rma için çamur ve kimyasal n birlikte iyi kar m esast r. Kar t rma olu an floku k rmamal ve kalma zaman minimumda tutulmal d r. Kar t rma ihtiyac kullan lan susuzla t rma metoduna ba l olarak de i ir. Ayr kar t rma ve flokülasyon tank vakum ve pres filtrelerin giri inde yer al r; ayr flokülasyon tank bant filtre için de kullan labilir veya artland rma bant filtrenin çamur besleme hatt na eklenir Is l Ar t m Is l ar t m sürekli bir proses olup, 260 o Cye kadar 2760 kn/m 2 bas nçta yakla k 30 dk gibi k sa sürede çamurun s t lmas esas na dayan r. Is l ar tma hem stabilizasyon hem de artland rma prosesi olarak i lev görür. Ço unlukla s l artland rma prosesi olarak s n fland r l r. Is l ar tma, kimyasal kullanmaks z n çamurun susuzla t r lmas n sa lar. Çamur yüksek s cakl k ve bas nç alt nda kald nda s l aktivite ile ba l su çamurdan ayr l r ve çamur koagüle olur. Buna ilave olarak, proteinli maddelerin hidrolizi gerçekle ir, hücre parçalan r, çözünmü organik bile ikler ve amonyak aç a ç kar Di er Prosesler Çamur artland rmada ara t r lm di er prosesler; Organik polimer ve inorganik kimyasallar birlikte kullanarak yap lan kimyasal artland rma. Dolgu malzemesi olarak ka t hamuru ve uçucu kül kullan m. Susuzla t rmay iyile tirmek için çamur asidifikasyonu. Çamurun dondurulmas ve çözülmesi. Çamurdan ya ve gresin ekstraksiyonu. UV uygulamas d r. 328

337 8.11 Dezenfeksiyon Çamurun araziye yay lmas ve tekrar kullan m için yönetmelik k s tlar ndan dolay çamur dezenfeksiyonu giderek önem kazanmaya ba lam t r. Çamurun araziye verildi i alanlarda halk sa l aç s ndan insanlar n hastal k yapan organizmalarla temas kontrol alt na al nmal d r. S v ve susuzla t r lm çamurda hastal k yapan organizmalar n yok edilmesi için a a daki yöntemler uygulanabilir: Pastörizasyon Is l artland rma, s l kurutma, yakma ve piroliz gibi di er s l prosesler Yüksek ph ar t m, (kireç ile ph 12nin üzerine getirilir, 3 saat kalma zaman ) Çürütülmü s v çamurun uzun süreli depolanmas Çamurun stabilizasyonu ve dezenfeksiyonu için klorür ilavesi Di er kimyasallarla dezenfeksiyon Yüksek enerjili n uygulamas ile dezenfeksiyon 55 o Cnin üzerinde tam kompostlama ve en az 30 gün olgunla t rma Haval ve havas z çürütme çamuru tam dezenfekte etmemekte ancak önemli say da patojen bakteri azalmas na sebep olmaktad r. Bu çamurlar n tam dezenfeksiyonu, pastörizasyon veya uzun süreli depolama ile sa lanabilir Pastörizasyon Pastörizasyon Avrupada kullan lmakta olup, Almanya ve sviçrede bahar ve yaz dönemlerinde özellikle topra a verilecek çamur için uygulanmaktad r. Nemli çamurun pastörizasyonu için 30 dakika temas süresi ve 70 o C s cakl k parazit larvalar ve kistleri etkisiz hale getirecektir. S v çamurun Pastörizasyonu için iki metot kullan lmaktad r; Do rudan buhar enjeksiyonu Dolayl s de i imi. Is de i tiricinin iç yüzeyinde kabuk olu umu ve organiklerden dolay kirlenmesi nedeniyle, do rudan buhar enjeksiyonu çok daha uygun bir metottur. Bu metodun ematik diyagram ekil 8.12 verilmektedir. 200 L/s kapasitenin alt ndaki sistemler için bu metodun kullan lmas ekonomik de ildir Uzun süreli depolama Çürütülmü çamur normal olarak toprak lagünlerde depolan r. Depolama için yeterli alan gerekir. Depolama, hava artlar veya bitki su ve gübre ihtiyac dolay s yla bekletme gerektiren artlar için genellikle araziye uygulama sisteminin yan nda olmal d r. Bu durumda, depolaman n yan s ra dezenfeksiyon da sa lanm olur. Dezenfeksiyon için tipik bekleme süresi 20 o C de 60 gün, 4 o C de ise 120 gündür. 329

338 ekil 8.12 Çamur pastörizasyon sisteminin ematik diyagram (1) Çamur Kurutma Çamur Kurutman n Önemi Çamur tasfiyesi, ar tma tesisleri bünyesindeki en karma k i lemlerinden birisidir. At ksu ar t m nda otaya ç kan çamur miktar, at ksuyun %1, ila %6s gibi dü ük bir yüzdesini te kil etmekle beraber, çamur tasfiye (ar tma) ünitelerinin yat r m bedeli toplam sistem maliyetinin %30-40 i letme maliyeti ise bütün i letme maliyetinin %50si kadard r. Bu yüzden en uygun çamur tasfiye metodunun seçilmesi büyük önem ta maktad r. Çamurun nihai uzakla t r lmas n kolayla t rmak bak m ndan kat madde muhtevas n n art r lmas veya su muhtevas n n azalt lmas yani suyunun al nmas gerekmektedir. Çamurun suyunun al nmas ile a a daki faydalar sa lan r. Çamurun su muhtevas azald nda hacmi de azalaca ndan nihai uzakla t rma sahas na nakil masraf azal r. Kürek, kepçe nakil band, traktör gibi vas talarla ta nabildi inden s v haldeki çamura göre daha kolay nakledilebilir. 330

339 Yakma bahis mevzuu oldu u zaman, su muhtevas azald ndan yak lmas daha da kolayla r. Çamurun tamamen kokusuz olmas n ve ayr mamas n temin eder. Çamurun nihai olarak araziye serilme durumunda, yeralt na s zma sonucu yer alt suyunun kirlenmesi önlenebilir. Çamur suyunun al nmas, vakum, pres, yatay band filtre, burgulu pres, santrifüj gibi usullerle veya kurutma yataklar ve çamur lagünleriyle sa lanabilir ( ekil 8.1). Vakum, pres ve yatay band filtre gibi sistemler, makine ve teçhizat gerektiren, yeti mi elemana ihtiyaç gösteren, ayn zamanda yat r m ve i letme maliyetleri çok yüksek olan sistemlerdir. Kurutma yataklar ise in a ve i letme kolayl ile nisbeten dü ük yat r m ve i letme maliyetleri sebebiyle di erlerine göre tercih edilmektedir. Bunlar n tek mahzurlu taraf fazla alana ihtiyaç göstermeleridir. klim artlar n n uygun oldu u hallerde bu mahzur ortadan kalkmaktad r. Aktif çamur ve damlatmal filtre tasfiye tesislerinden ç kan çamurlar çürütüldükten sonra çamur kurutma yataklar na verilebilir. Aktif çamur tesislerinde çürütme öncesi tercihen çamur yo unla t rma uygulanmaktad r. Evsel at ksu ar tma tesislerinin çe itli k s mlar nda ortaya ç kan çamur miktarlar ve özellikleri Tablo 8.32de özetlenmi tir. Aktif çamurun tadil edilmi ekillerinden biri olan uzun havaland rmal sistemde uzun bekletme süresi sebebiyle çamurlar stabilize oldu undan yo unla t rmay müteakip çamurlar do rudan çamur kurutma yataklar na verilebilir. Klasik aktif çamur sisteminde havas z çamur ar t m n n yeri ekil 8.13de verilmi. 331

340 Kum Tutucu lk Çöktürme Havaland rm Son Çöktürme Birinci l Biyolojik Biyogaz Su T. Süzüntü Çamur Yo unla t r c Çamur Çamur Kurutma Yataklar veya Mekanik Susuzla t rma ekil.8.13 Klasik aktif çamur sisteminde havas z çamur ar t m Ba l ca Çamur Kurutma Teknikleri Çamur Kurutma Yataklar Çamur kurutma yataklar n n alan iklime ve bilhassa ya ile buharla maya ba l olarak de i mektedir. Kurutma yata nüfus veya birim alan ba na dü en y ll k kat madde yükü cinsinden hesaplanabilir. Kurutma yataklar n n alan ihtiyac n bulmak için yata a bir y lda kaç defa çamur serilebilece inin bilinmesi gerekir. Bu ise kurutma yata na giren ve ç kan su miktarlar n n bilinmesiyle, yani madde korunum denklemleri yaz lmak suretiyle bulunabilir. Türkiyede yerle im merkezlerinin ya ve buharla ma rasadlar da dikkate al narak hesaplanan ki i ba na lüzumlu kurutma yata alanlar Tablo 8.33de gösterilmi tir. Tablo Türkiye çin Kurutma Yataklar n n Bir Y lda Kullanma Say s ve Ki i Ba na Kurutma Yata Alan htiyac Ortalamalar (n=46 yerle im merkezi) Ortalama S.Sapma En az En fazla Çamur serme say s Alan ihtiyac, m 2 /nüfus Tablo 8.33ün incelenmesi ile Türkiye için anaerobik olarak çürümü çamurlar n serildi i kurutma yataklar na y lda ortalama 3 ila 24 defa çamur serilebilece i ve ki i ba na kurutma yata ihtiyac n n ila m 2 /N aras nda de i ti i görülmektedir. zmit, Rize, Trabzon ve Zonguldak gibi bölgelerde ya n buharla madan çok fazla olmas sebebiyle aç k kurutma yata yap lmas uygun görülmemektedir. Bu gibi yerle im bölgeleri 332

341 için çamur kurutma yataklar n n üzerinin kapat lmas veya ba ka bir usulün tatbiki icab etmektedir. Yukar daki beldeler d ndaki 46 ehir ve kasaba için ortalama de erler hesaplanarak Tablo 8.34de gösterilmi tir. Çamurun Mekanik Yöntemlerle Kurutulmas : - Santrifüjlerle Kurutma: Santrifüjler, h zla dönen bir silindirle sulu çamurlar yüksek merkezkaç kuvvetine maruz b rak rlar. Genellikle baz kimyasallarla (poli elektrolit alum, kireç vb.) artland r lan çamurlar dev/dak. H zlar yatay bir eksen etraf nda dönen santrifüjlere verilir. Süzülen su d ar at l r, koyula an çamur ise eksenel yönde ilerleyerek ç k ucundan al n r. Santrifüjlerden ç kan çamur keklerinde kat madde oran %20-25 ve kat madde tutulma nisbeti %90-95 d r (Tablo 8.35). Gerekli artland r c polimer miktar d beslenen çamurun kuru kat madde yüzdesi ba na %3-10dur. Santrifüjler fiyat ve verim bak m ndan vakum filtrelerle rekabet edebilir durumdad r. Az yer kaplamalar ve tam kapal olmalar dolay s yla koku problemi olmay en önemli üstünlükleridir. Bak m zorlu u, mekanik a nma riski ve ç k s v s nda yüksek AKM konsantrasyonu ise bu sistemin mahzurlar olarak verilebilir 333

342 Tablo 8.34 Anaerobik Çürümü (Ön Çöktürme+Aktif Çamir Fazla Çamuru) çin Kurutma Yata htiyaçlar Yerle im Kot Ort.Y ll k Ort.Y ll k Ya Y lda yata Ki i ba na Merkezi M buharla ma Y.(mm/y l) kullanma say s Tolan ihtiyac B(mm/y l) Adana Afyon Akhisar (Manisa) Anamur (Mersin) Ankara Antalya Bal kesir Beypazar (Ankara) Bey ehir (Konya) Bilecik Bolu Burdur Bursa Ceylanp nar Viran ehir-urfa Çorlu (Tekirda Çorum Diyarbak r Edirne Elaz Erzurum Gaziantep Gölcük (Kocaeli) Göztepe ( stanbul) Isparta nebolu (Kastamonu) skenderun Islahiye (Gaziantep) zmit (Kocaeli) Kastamonu K r ehir Konya Kütahya ,6 1054,8 1162,9 1605,4 1304,6 1445,8 1447,8 2491,9 987,5 1095,3 677,2 1072,2 1048,4 328,4 568,6 401,1 495,9 599,3 433,2 450,5 558,9 653,7 673,4 619,3 1052,2 785,4 850,7 768,0 449,7 378,7 323,9 554,6 646,8 455,5 609,5 1032,3 357,0 1058,2 609,2 390,2 477,4 436,3 533,7 436,7 713,1 328,4 568,6 401,1 495,9 599,3 433,2 450,5 558,9 653,7 673,4 619,3 1052,2 785,4 850,7 768,0 449,7 378,7 323,9 554,6 9,05 7,82 7,77 9,22 11,26 7,21 18,85 23,91 6,92 8,41 3,11 8,16 5,71 17,26 5,39 8,26 17,04 5,25 10,93 7,83 11,46 3,39 3,05 8,78 4,34 4,46 10,78 x 3,00 10,74 10,29 5,03 0,101 0,117 0,117 0,099 0,081 0,127 0,064 0,038 0,132 0,108 0,293 0,112 0,160 0,053 0,169 0,110 0,054 0,174 0,083 0,117 0,080 0,269 0,298 0,104 0,210 0,205 0,085 x 0,304 0,085 0,089 0,181 Lüleburgaz (K rklareli) ,5 614,5 10,03 0,091 Malatya Manisa Menemen ( zmir) Mersin ( çel) Merzifon (Amasya) Mu la Nazilli (Ayd n) Ni de Rize Samsun Sinop Sivas Tekirda Trabzon Urfa U ak Zonguldak ,6 745,7 606,4 617,5 378,8 1220,9 611,0 348,8 2357,0 735,0 679,6 411,3 590,5 822,7 473,1 540,6 1242,9 382,6 745,7 606,4 617,5 378,8 1220,9 611,0 348,8 2357,0 735,0 679,6 411,3 590,5 822,7 473,1 540,6 1242,9 10,35 8,38 13,79 4,37 10,47 4,81 7,15 14,00 x 3,01 2,81 8,05 4,83 x 18,44 12,66 X 0,088 0,109 0,066 0,209 0,087 0,190 0,128 0,065 x 0,303 (0,325) 0,113 0,189 x 0,049 0,072 X (*) B bölgelerde aç k kurutma yata uygun de il. 334

343 Tablo Santrifüjlerin Kurutma Verimleri Çamur tipi Kekteki KM orankat madde geri Polimer ihtiyac (%) kazan m (%) (kg/ton KM) Ham ilk çökeltme Anaerobik çürütülmü ilk çökelme çamuru Ham aktif çamur Anaerobik çürütülmü aktif çamur Ham kar k çamur Anaerobik çürütülmü kar k çamur Uzun havaland rma veya aer çürütme çamuru Vakum Filtrelerle Kurutma: Döner vakum filtreler ham ve çürütülmü çamurlar n suyunun al nmas nda yayg n olarak kullan lmaktad r. Bu tip filtrelerin tasar m nda artland r lm çamur özellikleri, kurutma süresi, viskozite, uygulanan vakum çamur kekinin özgül direnci, filtre bezi tipi ve filtre verimi gibi faktörler önem ta maktad r. Vakum filtrelerin yüzey alan 5 ila 60 m 2 aras nda de i ir ve filtre bezi normal olarak filtre üreticisi firmalarca sa lan r. Döner vakum filtrede bulunan belli ba l ekipmanlar vakum pompas, süzüntü suyu toplay c s ve pompas, filtre bezi ve çamur artland rma düzenleridir. Normal olarak beher m 2 filtre yüzeyi alan ba na 69 kn/m 2 vakum alt nda 0.5 m 3 /dk hava debisine ihtiyaç duyulmaktad r. Vakum filtrelerin kurutma verimleri ve tasar m parametreleri Tablo 8.36de verilmi tir. Tablo 8.36 Döner Vakum Filtrelerin Kurutma Verimleri Çamurun Beslenen Kimyasal Dozaj Filtre Verimi Kekteki Kat Cinsi Çamurdaki (KMnin yüzdesi (kg/m 2 -sa) Madde (%) Kat Madde olarak)* % FeCl 3 CaO Ham çamur lk çök.çamuru lk çök.+aktif çam lk çök.+damlatmal filtre Anaerobik Çürümü Çamur lk çökt.çamuru lk çökt.+aktif çam lk çök.+dam.filtre Aerobik Çürümü Çamur lk çök.+aktif çam % 1 lik kimyasal madde dozaj = 10 g/kg. kuru çamurdur. 335

344 - Pres Filtrelerle Kurutma: Pres filtreler, dü ey plakalardaki çerçevelere gerilen filtre bezleri içerisine yüksek bas nçta verilen çamurlar n süzülmesine imkan verirler. Çamur basma pompas kn/m 2 lik bir bas nç sa layabilecek kapasitededir. Plakalar aras nda biriken filtre edilmi çamur kekleri, plakalar mekanik olarak aç larak uzakla t r l r. Pres filtrenin dolmas için dk yeterlidir. Filtreye doldurulan çamurun tasar m bas nc nda 1-4 saat tutulmas gerekir. Bu süre sonunda kekteki kat madde nisbeti %40a ula abilir. Pres filtrelerin kurutma verimleri Tablo 8.37de verilmi tir. Tablo 8.37 Pres Filtrelerinin Kurutma Verimleri Çamurun Beslenen Kimyasal Dozaj Filtre Verimi Kekteki Kat Cinsi Çamurdaki (KMnin yüzdesi (kg/m 2 -sa) Madde (%) Kat Madde olarak)... % FeCl 3 CaO lk çöktürme + aktif çamur Anaerobik Çürümü lk çök.+aktif çam Termal artland r lm lk çök.+aktif çam Yatay Bant Filtrelerle Kurutma : Yatay bant filtreler hareketli tek ve çift filtrelerle sürekli çamur s k lmas n sa larlar. Kesintisiz çal t r labilmeleri, daha yüksek kek/kat madde oran ve dü ük enerji maliyeti bu sistemin en önemli üstünlükleridir. Ba l ca mahzurlar ise filtre bezinin ekonomik ömrünün k sal ve verimin çamur özelliklerine ba l olarak de i im gösterebilmesidir. Yatay bant filtreler gerek evsel ve gerekse endüstriyel at ksu çamurlar n n suyunun al nmas nda yayg n olarak kullan lmaktad r. Bant filtrelerin tasar m ve i letme parametreleri Tablo 8.38de özetlenmi tir. Tablo Yatay Bant Filtreler çin Tasar m Parametreleri artlar De erler Beslenen çamurdaki kat madde (%) 3 10 Kekteki kat madde (%) Polimer miktar (K.M.nin yüzdesi olarak), Anaerobik veya aerobik olarak çürütülmü kar k çamurlarda 1,5 7,5 Süzüntü suyundaki AKM konsantrasyonu (mg/l) Kat tutma verimi (%) Filtre verimi (kg/m 2 -sa) Filtrenin süzme h z (kg/m-sa)

345 - Burgu Pres: Burgu pres, h zl kar t rma (statik mikser ve yumakla t rma tank ile çamur presinden olu an paket bir çamur susuzla t rma sistemidir. Çamur silosu veya çürütme tank ndan gelen çamur statik mikser ve yumakla t rma tank nda uygun kimyasal maddeler (genellikle polimer) artland r l r ve suyunu daha kolay b rakmas sa lan r. artland r lm çamur, çok ince gözenekli özel çelik zgaradan kademeli olarak artan bas nç alt nda geçirilerek sürekli ekilde susuzla t r l r. Çamur susuzla t rma için gerekli bas nç, d taki tambur ele in enkesit daralmas ve ayn ekilde elek içindeki burgunun da hatvesinin küçülmesi ile sa lan r. Yumakla t rmay kolayla t rmak ve kimyasal madde tasarrufu sa lamak üzere süzüntü suyu k smen yumakla t rma tank na geri devrettirilir. Tek ünitede 1-22 m 3 /sa debiyle sürekli çamur susuzla t rma yap labilen Burgu Preslerle elde edilen i letme sonuçlar ndan baz lar Tablo 8.39de özetlenmi tir. Sürekli çak t r labilmeleri ile i letme ve bak mlar n n kolay, enerji giderlerinin çok dü ük olu u Burgu Preslerin giderek yayg nla mas na yol açmaktad r. Tablo Burgu Preslerle Çamur Susuzla t rma Uygulamalar Çamur Debisi Çamur Tipi Kat Madde (%) (m 3 /sa) Giri te Ç k ta (kekte) 4 19 Aerobik stabilize edilen 0,8 2, aktif çamur 4,5 24 Birincil çamur 1,5 3, Anaerobik stabilize 0,5 2, edilen D.Filtre çamuru 4 18 Biyolojik A.Tesisi (ka t 0,5 2, san.) 4,5 18 çme suyu ar tma tesis 0, Süt endüstrisi at ksuyu 0, biyolojik çamuru 4,5 22 Fazla biyolojik çamur 0,5 1, ,5 21 Çürümü çamur 1,5 3, Çamur Lagünleri Çamur lagünleri, çamur kurutmaya bir alternatif olarak baz durumlarda tercih edilebilir. Burada verilen çamur lagünleri, ham çamurlar için de il, haval veya havas z olarak çürütülmü çamurlar içindir. Bu lagünler, çamurun bir yere de arj edilmesinden önce bekletme amac yla kullan lan depolama lagünleriyle kar t r lmamal d r. Çamur lagünleri, alt k s mlar nda kat maddelerin biriktirilip s k t, organik maddelerin uzun bir süre sonunda biraz daha bozunmaya u rad ve gelen ak mla yer de i tiren nispeten durulmu suyun d ar at ld lagünlerdir. Uygun topografik artlarda, lagünler do al çukurlardan olu turulabilir. Ham çamur lagünlerinde oldu u gibi, bu lagünlerde de kötü koku problem olu turmaz. Bilhassa haval yolla stabilize olmu çamurlar için kullan ld klar nda, koku çok azd r. Yer seçiminde di er at ksu havuzlar nda ve lagünlerinde oldu u gibi, yer alt suyu kirlenmesine kar önlemler al nmal d r. Lagüne d ar dan yüzey suyunun girmesi de engellenmelidir. D ar verilen duru su, ar tma tesisine veya do rudan araziye verilebilir. S cak iklimlerde s v hacmi azalmas nda buharla man n etkisi de büyüktür. 337

346 Birkaç y ll k temizleme aral klar yla lagün veya lagünün bölümlerinden biri by-pass edilerek çamur al n r ve bu çamur tar m arazilerinde kullan l r. Temizleme i leminde s k s k az miktarda çamur al nmas yerine daha uzun aral klarla stabilize olmu çok miktarda çamur al nmas tercih edilmelidir. Biriken çamurdaki organik maddeler, yava bir ekilde bozunmaya u rarlar. Belirli lagün s cakl klar nda ve di er özel çevre artlar nda bir bozunma katsay s (K v ) belirlemek için yeterli veri yoktur. Baz tahminlere göre, K v de eri, aras ndad r. Kat madde birikmesi ve bozunmas, zamanla artar. Net UKM birikmi, birinci-derece kinetik kabulüyle a a daki ekilde verilebilir: Burada, W t = t zaman sonra uçucu kat madde a rl, W o = Birim zamanda beslenen uçucu kat madde a rl, K v = Birim zamanda bozunma (UKM giderimi) h z katsay s. (8.18) Çamur lagünlerindeki yükleme de eri kg/m 2 -y l olarak verilmektedir (3). Lagün gereklerini mahalli artlara göre belirlemek daha iyidir. Özellikle iklimin kurutma için elveri li olmad yerlerde, derin olmayan lagünler, arazi ihtiyac yönünden kurutma yataklar na üstün de ildir. S cak iklimlerde çok fazla arazi tasarrufu sa lanamaz; ancak topografya uygun de ilse in aat maliyeti daha dü ük olabilir. UYGULAMALAR Problem 8.1: Sabit (mineral) ve uçucu (yan c ) k s mlar n n özgül a rl klar s ras yla 2,4 ve 1,0 olan, bünyesinde %95 oran nda su ve çamurun (%5 KMli) özgül a rl klar n bulunuz. (Çamurda UKM/TKM oran n n %70 oldu u kabul edilecektir) Çözüm: Verilenler: S f = 2,4 KM=1 0,95 = 0,05 S v = 1,0 UKM/TKM = 0,70 Kat k s mlar n özgül a rl (S s ): 1 S s UKM S v 1 UKM S Çamurun özgül a rl (S ç ): f 0,70 1,0 0,30 2,4 S s 1,21 338

347 1 S ç Su S s kat S s 0,95 1 0,05 1,21 S ç 1,009 Problem 8.2: a) ekildeki aktif çamur sisteminde olu acak fazla biyolojik çamur miktar n kg KM/gün ve m 3 /gün olarak hesaplay n z. (çamur ya ( c ) 12 gün al nacakt r) b) %4 KM muhteval yo unla ma çamur miktar n ve hacim azalma oran n bulunuz. (yo unla t rmada kullan lan katyonik PEin %70inin yo unla m çamurda kald kabul edilecektir) c) Yo unla m çamuru aneorobik olarak stabilize etmek için gerekli mezofilik çürütücüyü boyutland r n z ve olu acak %70 CH 4 içeren biyogaz debisini bulunuz. (çamurdaki UKMnin ~%55inin stabilize edildi ini (giderildi ini) kabul ediniz; Y=0,05, k d =0,025 gün -1 al n z) d) Çürütücüden çekilecek çürümü çamurun santrifuj sistemi ile susuzla t r lmas sonucu olu acak %27 KMli kek miktar n hesaplay n z. Santrifüj öncesi 5 kg PE/ton KM dozunda artland r c katyonik PE kullan lacak ve PEin %80inin keke geçti i kabul edilecektir. e) Çürümü çamurda %4 KM ve santrifüj kat madde tutma verimi %95 oldu una göre süzüntü suyu debisini ve AKM içeri ini (konsantrasyonunu) bulunuz. (Çürümü çamur ve kekte özgül a rl klar s ras yla 1,020 ve 1,060 al nacakt r) Çözüm: a) Fazla biyolojik çamur debisi (Q W ) hesab : c V Q W X X r Q 10 W 12 gün QW m 3 /gün, %1 KMli Q w içindeki KM miktar, W Q X kg KM/gün x w r b) Katyonik PE = 2 kg/ton KM x 20 ton KM/gün = 40 kg/gün 339

348 Kekteki PE = 40 x 0,70 = 28 kg/gün W kg 20 ton/gün X,YÇ 0,01 QYÇ Q w 500 m 3 /gün, %4 KMli 004 0,01 Hacim azalmas 1 0, 75 (%75) 0,04 c) QYÇ 500 m 3 /gün, %4 KM, 20 ton KM/gün UKM 0, kg UKM/gün UKM gid 0, kg UKM/gün Gerekli çürütücü hacmi: Hacimsel yük 3 kgukm/m 3 -gün al narak, L x 3 V m 3 V c 12 gün, V = 500 x 12 = m 3 ise seçilen hacim: V = m 3 (1.kademe) V = m 3 (2 kademe) Aneorobik çamur olu umu, P x 1,42 UKM gid 1 0,05 1, kg UKM/gün 1 0, Metan üretimi (T = 35 o C, p=1 atm): V 0,3951,42 UKM 1, 42 P CH4 0,395 1, , m 3 /gün VCH Q 4 gaz m 0,70 3 /gün, %70 CH 4 Çürütücüdeki KM giderimi özeti: Y k d gid c x % kg KM/gün % kg UKM/gün %38, kg UKM gid /gün m 3 CH 4 /gün kg UKM/güm d) Çürütücü sonras çamur ak a a daki emada özetlenmi ve hesaplar ayn ema üzerinde gösterilmi tir. 340

349 PE = 5 kg/ton KM x13 = 65 kg/gün Çürümü çamur 13 ton KM/gün (%4 KM) Santrifüj susuzla t r c Kek Q ç 323m ,04 3 / gün 65 1,010 Süzüntü suyu X kek = ( x 0,80) x 0,95 = kg Q kek ,27 1,060 43,3m 3 / gün X s = = 666 kg KM/gün Q s = ,3 280 m 3 /gün AKM s = 665 / 280 = gün/m 3 Problem 8.3: AKM = 300 mg/l, PO 4-3 = 40 mg/l ve 180 mg CaCO 3 /L sertlik ihtiva eden bir at ksuya sönmü kireçle fiziko-kimyasal çöktürme uygulanmaktad r. Ar tma sonunda sertlik 200 mg CaCO 3 /Lye yükselmekte ve kimyasal çamur olarak sadece Ca 5 (OH)(PO 4 ) 3 olu makta olup, fazla kireç CaCO 3 formunda kalmaktad r. Uygulanan kireç dozu 250 mg Ca(OH) 2 /Ldir. Fosfat n tamam n n Ca 5 (OH)(PO 4 ) 3 halinde giderildi ine ve AKM giderim verimi de %90 oldu una göre olu acak toplam çamur miktar n kg KM/m 3 olarak hesaplay n z. (Ca:40, P:31, O:16, H:1) Çözüm: Ca 5 (OH)(PO 4 ) 3 çamuru: Ca( OH )( PO ( PO 4 ) 3 4 ) 3 PO ,5 mg/l Sertlik art na yolaçan (çökelme reaksiyonuna girmeyen) kireç miktar : = 20 mg CaCO 3 /L Bunun için harcanan Ca, 341

350 20 Ca CaCO mg/l Ca 5 (OH)(PO 4 ) 3 teki Ca miktar, ,5 28,1 mg/l 502 ilave edilen toplam Ca, Ca( OH ) ,1 mg/l Çamurdaki Ca = 135,1 (28,1 + 8) = 99 mg/l Olu an CaCO 3 çamuru = , 5 mg/l Toplam çamur; AKM : 0,90 x 300 = 247,5 mg/l Ca 5 (OH)(PO 4 ) 3 : 70,5 mg/l CaCO 3 : 247,5 mg/l Toplam : 558 mg/l (gün/m 3 ) 342

351 KAYNAKLAR (1) Metcalf & Eddy, Wastewater Engineering, Treatment, Disposal and Reuse, McGraw-Hill internationaleditions. (2) Recep leri, Çevre Biyoteknolojisi, De i im yay nlar. (3) Soli J. Arceivala, Çevre Kirlili i Kontrolünde At ksu Ar t m, Tata McGraw Hill Publishing company limited. (4) Ludovico Spinosa and P.Aarne Vesilind, Sludge into Biosolids, Processing, Disposal and Utilization, IWA Publishing, UK. (5) Syed R.Qas m, Wastewater Treatment Plants, Planning, Design, and Operation, Technomic publication. (6) zzet Öztürk, Anaerobik Biyoteknoloji ve At k Ar t m ndaki Uygulamalar, Su vakf yay nlar, lim Ara t rma Serisi:

352 9. DENIZ DESARJI UYGULAMALARI 9.1 Dearj Öncesi At ksu Ar t m Karada bir ekilde ar t ma tabi tutulmu at ksular özümseme kapasitesi yüksek oldu undan denizlere ve büyük göllere de arj edilirler. At ksu, denizde seyrelerek kirletici konsantrasyonu dü er. At ksu de arj noktas na deniz dibine dö enmi veya gömülmü boru veya kanallar vas tas yla ta n r. Al c ortam su kalitesi standartlar n sa lamak üzere at ksular n deniz de arj öncesi ar t ma tabi tutulmas gerekmektedir. Bu konuda iki yakla m söz konusudur (1): 1) Ön ar tman n derecesine ba l olarak de arj artlar n n belirlenmesi, 2) De arj öncesi ar tmay takiben derin deniz de arj. Birinci yakla mda, öngörülen su kalitesi standartlar n sa lamak üzere ön ar tman n derecesine ba l olarak de arj derinli i veya de arj hatt boyu öngörülür. Derin deniz de arj uygulamas nda de arj noktas k y dan yeterli mesafede ise, at ksu deniz ortam nda seyrelece inden, BOI 5 genellikle önemli bir parametre olmaz. K y dan yap lan ve s de arjlarda ise önemli bir seyrelme söz konusu olmad ndan k y kesiminde halk sa l ve çözünmü oksijen konsantrasyonu bak m ndan bir risk söz konusudur. De arj hatt tasar m, at ksu içindeki bakteri ve virüslerin (yüzme standartlar n sa lamak üzere) gerekli ta nma süresine imkan verilecek ekilde ve at ksudaki organik kirlili in seyrelme yolu ile konsantrasyonunun azalaca dikkate al narak yap lmal d r. De arj hatt uzunlu u yeterli de ilse de arj öncesi dezenfeksiyon uygulanarak sahil suyu kalite standartlar n n sa lanmas yoluna gidilir. kinci yakla mda ise geçerli de arj standartlar dikkate al narak gerekli ar t m yap ld ktan sonra de arj yap l r. Aç k denizlerle ba lant s s n rl olan iç deniz ve kapal körfezlere de arj söz konusu oldu unda bu yöntem uygulan r. Bu tür sularda kirleticilerin birikimi söz konusudur. Özellikle besin elementleri (N,P) kapal sularda birikerek ötröfikasyona neden olabilece inden bu tür sulara de arj söz konusu oldu unda de arj öncesi N ve P giderimi gereklidir (2). Besin elementleri d nda al c ortam n estetik durumunun de i mesine neden olan yüzer maddeler, ya -gres, koku ve renk parametrelerinin kontrolü için de de arj öncesi ar t m gerekmektedir. Bunlar n d nda besin zinciri içinde veya biyolojik olarak birikimi söz konusu olan a r metal, DDT, PCB, PCP gibi maddeler için kaynakta kontrol ve s f r de arj en etkin ve ekonomik kontrol yöntemidir. Virüslerin T 90 de eri (konsantrasyonun %90 azalmas için gerekli süre) 48 saat mertebesindedir. De arj hatlar bakterilerin yok olmas için gerekli süreyi sa lamas na kar n virüsler için yetersizdir. Evsel at ksulardaki virüs konsantrasyonlar PFU/100 ml mertebesindedir. Teorik olarak 1 PFUnun bile hastal k yapabilece i göz önünde tutulursa yok olma için en az 1/1000 lik seyrelme gerekir (1). Bu mertebede seyrelmenin sa lanamad hallerde virüslerin de arjdan önce uygun yöntemlerle ar t lmalar gerekir. 344

353 9.2 Deniz Dearj Öncesi Ar tma Yöntemleri Mekanik ar t m: Çok küçük yerle im birimlerinde at ksular n de arjdan önce zgaradan geçirilmesi önerilmektedir. Izgara sonras kum tutucu olmas de arj terfi merkezindeki pompalar n ve de arj hatt n n ömrünü uzatacak ve bak m masraflar n azaltacakt r. Izgara ve kum tutucularda tutulan maddeler genellikle evsel çöplerle birlikte çöp depolama yerlerinde depolanabilir. Orta büyüklükteki yerle im birimlerinde kaba zgara ile birlikte döner mikroelek kullan m da yayg n bir uygulamad r (1). Biyolojik ar t m: Orta ve büyük ehirlerin at ksular na de arj öncesi, aktif çamur, biyodisk, stabilizasyon havuzlar ba ta olmak üzere çe itli biyolojik ar tma yöntemleri uygulanmaktad r. Bu sistemlerde %85-95 oran nda organik karbon giderimi sa lanmaktad r (3). Klasik aktif çamur sistemlerinde nütrient giderimi %30-45, stabilizasyon havuzlar nda ise %40-50 aral ndad r (Tablo 15.1). Bu yüzden nütrient gideriminin önem ta d al c ortamlara de arj öncesi nütrient giderimi de uygulanmal d r. Fiziko-kimyasal ve biyolojik ar tma yöntemleri ile etkin bir ekilde Nütrient giderimi sa lanabilir (4),(5). Fiziko-kimyasal ar t m: Küçük ve orta büyüklükteki yerle im birimleri ve endüstriyel at ksular için en çok uygulanan de arj öncesi ar t m yöntemidir. Fizikokimyasal ar tma yöntemlerinin arazi ve enerji gereksinimi biyolojik sistemlere k yasla daha azd r, s cakl k de i imlerinden etkilenmezler ve istenildi inde kesikli (mevsimlik) olarak çal t r labilirler. Fiziko-kimyasal ar t m ile%90 PO 4, %30-40N, %70-80 BOI 5 ve %50-90 a r metal giderimi sa lanabilmektedir. Kimyasal ar t mda giderilemeyen ask daki fosfor kimyasal ar t m sonras h zl kum filtresinde giderilir. Fizikokimyasal ar t m n bir dezavantaj fazla çamur evsel at ksular için biyolojik ar t ma k yasla kat fazla çamur ç kmas d r. Dezenfeksiyon: At ksuyun de arj edilece i al c ortam artlar na ba l olarak do rudan veya mekanik veya biyolojik ar t m sonras at ksular dezenfekte edilerek al c ortama de arj edilirler. Dezenfeksiyon için Klorlama, ozonlama veya UV yöntemleri kullan l r. Yurdumuzda Ege, Akdeniz ve Marmaradaki koy ve sahillerde yer alan turistik beldelerdeki at ksularda büyük debi de i imleri oldu undan ar tma birimlerinin söz konusu mevsimlik ve günlük sal n mlara cevap verecek ekilde tasarlanmas gerekmektedir. Büyük ehirlerde ve turistik beldelerde derin deniz de arj öncesi ar t m ünitelerinin a ama a ama yap lmas ülkemiz ekonomik ko ullar için daha uygundur. Ba lang çta sadece mekanik ön ar tma birimlerini içeren ar tma tesisi nüfus art ve yat r m olanaklar na paralel olarak geli tirilerek belli bir süre sonra 2., gerekiyorsa 3. kademe biyolojik ar tma eklenebilir. De arj hatt n n uzunlu u de arj öncesi yap lacak ar tma derecesine göre tasarlan r. Bu yüzden at ksular n mekanik ar t m sonras biyolojik ar t mdan da geçirilece i dü ünülerek de arj borusu uzunlu u sadece mekanik ar t m yap lmas durumuna göre daha k sa tutulur. Herhangi bir nedenle biyolojik ar t m ünitesi devre d oldu unda deniz daha fazla kirlenir. De arj borusu uzunlu unun çok emniyetli seçilmesi durumunda böyle bu tür riskler ortadan kalkar. 345

354 ekil 9.1. Ar tma sistemlerinin verimleri ve i letme özellikleri (1) Parametre Klasik aktif çamur sistemi Uzun havaland rmal aktif çamur sistemi Damlatmal filtre Fakültatif havaland rmal havuz Sirkülasyon havuzu Biyolojik BOI giderimi,% N giderimi,% P giderimi,% Koliform giderimi,% Arazi gereksinimi,m 3 /N S cak iklim <0.1 Il man iklim <0.1 Enerji gereksinimi, kw-s/n.y l yok 6-12 Çamur uzakla t rma ekli Çürütme yataklar, mekanik ekipman Kurutma yataklar Çürütme, kurutma yataklar 5-10 y lda bir çamur uzakla t rma 5-10 y lda bir çamur uzakla t rma - Gerekli alet ve teçhizat Havaland r c, geri devir pompas, s y r c, çamur çürütücü, gaz toplama Havaland r c, geri devir pompas Geri devir pompas, s y r c, yo unla t r c, çürütücü ve gaz toplama Havaland r c - Geri devir pompas, s y r c, yo unla t r c, çürütücü letme Yeti mi eleman Daha az yeti mi eleman Yeti mi eleman Basit Basit Yeti mi eleman 346

355 9.3 Dearj artlar At ksular n denize de arj nda göz önünde tutulmas gereken hususlar unlard r: Denizin estetik görünü ünü bozan yüzücü kat maddeler ve ya -gres, de arjdan önce at ksudan ayr lmal d r. DDT, PCB, PCP, a r metaller, solventler v.b. zehirli maddelerin kaynakta ayr lmas yoluna gidilmeli, hiçbir ekilde at ksuya kar mas na meydan verilmemelidir. yi projelendirilmi ve yeterince uzun de arj hatlar nda BOI, ask da kat madde, çözünmü oksijen, tuzluluk ve besi maddeleri gibi kirlilik parametreleri fazla önem ta mamaktad r. Ancak hassas bölgelere de arj edilen besin elementi yükü al c ortamda ötrofikasyona neden olabilece inden dikkatle irdelenmelidir. 9.4 Su Kalitesi Standartlar Su kalite standartlar, k y sular n n kullanma amac na göre de i ir. Burada sadece yüzme ve su sporlar için kullan lan k y suyu kalite standartlar ndan söz edilecektir. Evsel at ksular n denize de arj nda de arj hatt boyunun belirlenmesinde koliform mikroorganizma konsantrasyonu s n rlay c d r. Bu yüzden de arj sisteminin ekonomik olarak projelendirilmesinde koliform standartlar önemli rol oynar. Koliform standartlar deniz suyunun halk sa l ve estetik bak mdan yeterli özellikte olmas göz önüne al narak belirlenir. Türkiye için koruma bölgesi s n r nda zaman n %90 ndaki koliform konsantrasyonu de eri 1000/100 ml al nmas öngörülmekte dir. Koruma bölgesi geni li i olarak da ço u ülkelerde oldu u gibi asgari 300 mlik bir sahil band al nabilir. Çe itli ülkelerdeki koliform standartlar Tablo 9.2 de verilmi tir. Yönetmelikte ayr ca nüfusa ba l olarak minimum de arj boylar için de belli de erler öngörülmektedir. Tablo 9.2 Çe itli ülkelerin koliform standartlar Koliform (EMS)/100ml Ülke Organizma türü %50 %80 %90 %95 AT üyeleri Toplam koliform ,000 Fekal koliform Fekal streptococci ABD(California) Koliform Danimarka E.Koli 100-1,000 - Japonya 1, Hollanda 100-1, Rusya sveç Türkiye Toplam koliform - - 1,000 - Fekal koliform Baz ülkelerde Koliform mikroorganizma için ilk seyrelmede s n rlama getirilmi tir. ABDnin Kaliforniya eyaletinde zaman n %50sinde en az 100, %90 nda ise 80 misli seyrelme öngörülmektedir. spanyol standartlar nda, minimum seyrelmenin 100 veya de arj derinli inin 20m. olmas, bunun mümkün olmamas durumunda de arj hatt boyunun en az 2000m. olmas 347

356 öngörülmektedir. Su kirlili i kontrolü yönetmeli inde de minimum ilk seyrelmenin 40, de arj derinli inin 20m. olmas öngörülmektedir. Su kirlili i kontrolu yönetmeli inde deniz de arj na izin verilebilecek at ksularda aranan özellikler Tablo 9.3 te, uygulanacak kriterler Tablo 9.4 te, minimum de arj boylar ise Tablo 9.5 te verilmi tir. Tablo 9.3 Derin deniz de arj na izin verilebilecek at ksular n özellikleri (1) Parametre S n r Aç klama ph 6-9 S cakl k ( o C) 35 Ask da kat madde (mg/l) 350 Ya ve gres (mg/l) 10 Yüzer maddeler Bulunmayacakt r BOI 5 (mg/l) 250 KOI (mg/l) 400 Toplam azot (mg/l) 40 Toplam fosfor (mg/l) 10 Yüzey aktif maddeler (mg/l) 10 Biyolojik olarak parçalanmas Türk Standartlar Enstitüsü standartlar na uygun olmayan maddelerin bo alt m yasakt r. Di er parametreler Tehlikeli ve zararl maddeler yönergesinde bu parametreler için verilen s n r de erlere uymal d r. Tablo 9.4 Derin deniz de arj için uygulanacak kriterler (1) Parametre Limit S cakl k En muhtemel say (EMS) toplam fekal koliformlar Kat ve yüzen maddeler Serbest bakiye klor Di er parametreler Deniz ortam n n seyrelme kapasitesi ne olursa olsun denize de arj edilecek sular n s cakl 35 o Cyi a amaz. S cak su de arjlar difüzörün fiziksel olarak sa lad birinci seyrelme (S 1 ) sonucunda kar t deniz suyunun s cakl n Haziran-Eylül aylar n kapsayan yaz döneminde 1 o Cden, di er aylarda ise 2 o Cden fazla artt ramaz. Derin deniz de arj yla sa lanacak olan toplam seyrelme sonunda say (EMS) insan temas olan koruma bölgesinde, zaman n %90 nda, EMS olarak toplam koliform seviyesi ve 1000 TC/100 ml koliform seviyesi 2000 FC/100ml den az olmal d r. Difüzör ç k üzerinde toplam geni li i o noktadaki deniz suyu derinli ine e it olan bir erit d nda gözle izlenebilecek kat ve yüzer maddeler bulunmayacakt r. <0.5 mg/l yi a mamal d r (su ürünleri yönetmeli i). lgili yönetmelikte Tablo 4 de verilen limitlere uyulacakt r. 348

357 Tablo 9.5 Evsel at ksu debilerine göre minimum de arj boyu Nüfus Debi (m 3 /gün) Minimum de arj boyu(m) < , Dearj Edilen At ksular n Seyrelmesi De arj, de arj hatt üzerindeki tek noktadan (single-port) veya birkaç noktadan difüzörlerle yap l r. At ksuyun yo unlu u, al c ortamda da l m yönünden kontrol edici parametredir. Deniz de arj nda at ksu yo unlu u, ortam n yo unlu undan daha azd r. Deniz suyunun yo unlu u t ile ifade edilir ve suyun g/l yo unlu undan 1000 ç kart larak elde edilir. Örne in deniz suyu yo unlu u 1024 g/l, veya 24 t dir. Deniz suyu yo unlu u tuzluluk ve s cakl a ba l d r. At ksu yo unlu u ise s cakl k ve biraz da ask da kat konsantrasyonuna ba l d r. Genellikle at ksuyun yo unlu u deniz suyundan daha az oldu u için difüzörlerden de arj edilen at ksu ak m yüzeye do ru ç kma e ilimindedir. Deniz dibinde at ksu huzmesi ematik görünümü ekil 9.1 de verilmi tir. Birinci bölgede (ilk kar ma bölgesi) de arj suyu, h zla yükselen yüzer bir huzme olu turur. Bu huzme büyük miktarda ortam suyunu içine alarak seyrelir. Su yüzeyi ak nt huzme Ortam suyu giri i Maksimum yükselme mesafesi istasyon dip Ortam suyu giri i ekil 9.1. Deniz dibinde at ksu de arj huzmesi Denizlerde s cakl k ve tuzluluk fark ndan dolay olu an tabakala malar nedeni ile daha derinlerdeki so uk su katmanlar, üst taraftan s cakl daha fazla ve yo unlu u daha dü ük su katmanlar taraf ndan örtülmektedir. At ksuyun alt tabakalara de arj edilmesi ile olu acak at ksu-so uk deniz suyu kar m n n yo unlu u üst katmanlardaki daha s cak suyun yo unlu undan fazla ise at ksuyun yüzeye ç kma olas l çok dü ük olacakt r. Bunun 349

358 ötesinde su katmanlar aras ndaki tabakala ma bu geçi i zorla t ran faktör olmaktad r. Dolay s ile e er de arj yap lan al c ortamda tabakala ma varsa huzmeye giri im yapan ilk yo un su daha az yo un su ortam na yükselirken huzmenin yukar do ru yüzebilirli i azal r. Bu yükseli s ras nda herhangi bir noktada huzmenin yo unlu u ortam suyunun yo unlu u ile e itlenir, yükselme durur. Huzme orta denge yüksekli ine ula r. ayet tabakala ma azsa veya k aylar nda oldu u gibi hiç yoksa, huzme su yüzeyine kadar yükselir. Yak nalan olarak adland r lan ilk kar ma bölgesinin ötesinde, Uzakalan olarak tan mlanan bölgede at ksu ortam ak nt lar ile ta n r ve difüzyonla seyrelir. Yak nalan ve uzakalanda gerçekle en seyrelme mekanizmas tamamen farkl oldu undan ayr incelenmi tir. 9.6 Seyrelme Hesaplar Uzun bir de arj hatt ile denize verilen at ksular n bünyesindeki kirleticiler de arj ortam nda üç de i ik yolla seyreltilir. l. lk seyrelme (S 1 ) : At k su hüzmesinin difüzör deli i ile at ksu tarlas n n te ekkül etti i seviye aras ndaki hareketi esnas nda u rad seyrelmedir. 2. kinci seyrelme (S 2 ): At ksu tarlas n n türbülans difüzyonu ve boyuna dispersiyon etkisi ile yatay istikamette yay l p, aç larak seyrelmesidir. 3. Üçüncü seyrelme (S 3 ): At ksu içerisindeki korunamayan türden unsurlar n zamanla biyolojik olarak ayr mas, güne tesiri ve çökelen maddelerle sürüklenme yoluyla u rad klar ilave seyrelmedir. Zamanla ayr p azalmayan türdeki maddeler (korunan madde) sadece l. ve 2. seyrelme tesiri ile seyreltilir. Bu tür maddeler netice olarak S l.s 2 defa seyreltilmi olurlar. Organik madde, bakteri gibi korunamayan maddeler ise ayr ca 3. seyrelmeye u rad klar için S l.s 2.S 3 defa seyreltilirler. Yo unluk, seyrelme ve konsantrasyon aras ndaki ili kiler ekildeki su prizmas yard m yla ifade edilebilir. S a o a S l o l S (9.1) a C S = C o (S - 1) C = C S o (9.2) Burada, S a : al c ortam yo unlu unu : S misli deniz suyu ile kar m at ksu-denizsuyu kar m n n yo unlu unu : seyrelme say s n 350

359 C o C : Ba lang çtaki kirletici konsantrasyonunu : At ksuyun seyrelmeden sonraki konsantrasyonu göstermektedir. Öteki büyüklükler daha önce tan mland gibidir. Deniz ortam na, tabandaki bir boru üzerindeki bir delik (nokta kaynak) veya yar ktan (çizgi kaynak) de arj edilen at ksular n seyrelmesi ile ilgili çok say da ara t rma bulunmaktad r. Abraham (l963), Fan ve Brooks (l969), Brooks (l974), Kor (l968), Cederval (l968). De i ik al c ortam artlar için geli tirilen ve pratikte tasar mlar için kullan lan ifadeler ve uygulama s n rlar a a da özetle verilmi tir lk Seyrelme Hesab lk seyrelme ile ilgili birçok çal ma yap lm ve hesab oldukça iyi bir formüle edilmi tir. Verilen teorik hesap metodlar deneysel çal malarla da do rulanm t r ( ekil 9.2). S : At k suyun seyrelmesi, (boyutsuz) c : At k sudaki kirletici konsantrasyonu, (kg/m 3 ) y : Difüzör deli inden itibaren ölçülen dü ey mesafe, (m) x : Difüzör deli inden itibaren ölçülen yatay mesafe, (m) s : Jet ekseni boyunca difüzör deli inden olan mesafe, (m) r : Jet eksenine dik eksen boyunca uzunluk, (m) : Jek ekseninin yatayla yapt aç, (derece) u : jet eleman n n h z, (m/sn) g : yerçekimi ivmesi,( m/sn 2 ) : yo unluk, (kg/m 3 ) D : difüzör delik çap, (m) F : densimetrik Froude say s, (boyutsuz) F = U o (g.d) -0.5 (9.3) dir. ndislerin anlamlar a a da verilmi tir. (m) indisi, jet eksenindeki, (o) indisi, jet ba lang c ndaki, (a) indisi, deniz suyuna ait büyüklükleri ifade etmektedir. 351

360 Durgun ve Üniform Younluklu Ortamda Yatay Dairesel Jet Dearj nda lk Seyrelme Hesab (l) At k Su Jetleri Aras nda Giri im Olmamas (Nokta kaynak) Hali Difüzör deliklerinden ç kan at ksu jetleri aras nda giri im olmamas için delikler aras ndaki mesafe (L), at ksu su tarlas n n yüzeyde te ekkül etmesi halinde, 1 L > h (9.4) 3 batm tarla halinde ise, 1 L > ymax 3 (9.5) olmal d r. Bu ifadelerde h, delik üzerindeki su derinli ini, y max ise batm at ksu tarlas n n üst s n r n n, difüzör deli inden olan uzakl n göstermektedir. E er difüzör delikleri a rtmal ise, bu de erlerin yar s al nabilir. Roberts (l977), y/l>5 halinde giri imin ihmal edilebilece ini belirtmektedir. Hansen ve Jensen (l977), delikler aras ndaki mesafenin, at ksu tarlas n n yüzeyde te ekkülü halinde, (2 D S m - 1)U o < L h u (9.6) 4 batm tarla halinde ise, 2 2 (2 D S m - 1)U o < L ymax u (9.7) 4 ifadelerinden hesaplanabilece ini belirtmektedir. Burada u, difüzör eksenine dik ak nt h z n göstermektedir. Durgun ve üniform yo unluklu ortamlara yatay dairesel delikten at ksu de arj nda jet yar çap n n hesab için ekil 9.3. deki grafik kullan labilir. (Arceivala, 1982) 352

361 ekil 9.2. Durgun ve Üniform Bir Ortamda Yatay Dairesel Jet çin Eksenel Seyrelmeler 353

362 ekil 9.3. Durgun ve üniform ortamlara yatay dairesel jet de erj nda jet yar çap (r) - Delik çap (D) oran n n hesab için grafik (1) Durgun (ak nt s z) ve üniform yo unluklu ortamlarda dairesel jetteki eksenel seyrelmenin hesab, S m = f(y/d,f, ) (9.8) ifadesi analitik olarak çözülmek suretiyle yap lm t r. Bu çözüm ekil 9.3'de grafik halinde verilmi tir. ekil 9.3 den y/d ve F'nin fonksiyonu olarak okunacak eksenel seyrelmeler (S m ), difüzör deli inden 6D kadar uzaktaki noktaya göre rölatif seyrelmeyi vermektedir. Difüzörün delik kesitine göre rölatif eksenel seyrelmeyi bulmak için Froude say s (F) %7 artt r larak, F = 1.07.F (9.9) De eri için hesap yap l r. Jet eksenine dik eksen boyunca konsantrasyon ve h z da l m normal oldu undan ortalama ilk seyreltme, S o = 2S m (9.10) dir. Yatay dairesel jet ( =0) halinde y/(d.f) > 30 için difüzör deli inden 6D mesafedeki noktaya göre rölatif eksenel seyrelme, 354

363 S m = (y/d) 5/3 F -2/3 (9.11) difüzör deli ine göre rölatif eksenel seyrelme ( (9.11) ifadesinin 1.15 kat al narak) S m = (y/d) 5/3 F -2/3 (9.12) = g 1/3. y 5/3. Q -2/3 ifadelerinden hesaplan r. Üniform ve durgun ortamlarda yatay dairesel jetlerdeki eksenel seyrelmeler için Cedervall (1968) a a daki yakla k ifadeleri vermi tir. Bu ifadeler yakla k olmalar na ra men, pratikte tasar m içib yayg n ekilde kullan lmaktad r. y/d<0.89 F için S m = 0.54 F.y (D.F) (9.13) y/d>0.89 F için S m = 0.54 F(0.38 y. D -1.F ) 1.67 (9.14) Difüzör delik ekseninin yatayla belli bir 0 aç s yapmas halindeki eksenel seyrelmeler için de ekil 9.5. daki grafik kullan labilir. ekil 9.4. Durgun ve Üniform Yo unluklu Ortamda Yatay Dairesel Jet Halinde Eksenel Seyrelmelerin Hesab için Grafik (1) 355

364 ekil 9.5. At ksu Jetlerinin Yatay Eksenle o Aç s Yapmas Halinde, Eksenel Seyrelmelerin Hesab için Grafik (1) 356

365 (2) Jetler Aras nda Giri im Olmas (Çizisel kaynak) Halinde lk Seyrelme Hesab Difüzör delikleri birbirine çok yak n olursa jetler aras nda giri im meydana gelir. Bu halde at ksular adeta B kal nl kl bir çizgisel kaynaktan de arj ediliyor gibi dü ünülür. Bu eritvari yar n alan D çapl deli in alan na e it al n r.bu durumda (y/b). F -4/3 >20 için yatay dairesel jetlerdeki eksenel seyrelme, S m = (y/b). F -2/3 (9.15) veya S m = g' l/3. q -2/3.y (9.16) ifadelerinden hesaplanabilir. Burada B, B = (.D 2 )/(4.L) (9.17) ba nt s ile tan mlanmakta olup, çizgi kaynak formundaki giri imli jetlerin geni li ini göstermektedir. q ise birim difüzör boyu ba na dü en debidir. B geni likli yatay dairesel yar ktan yatay jet de erj halindeki eksenel seyrelmeler ekil 9.6. dan hesaplanabilir. Ortalama seyrelme de, S o = 2 S m (9.18) ifadesi ile hesaplan r. Yo unluk tabakala mas bulunmayan (üniform) ortama yatay dairesel jet de arj nda, her halükarda at ksu bulutu su yüzeyine ç kar. Belli bir derinlikte tutulma sözkonusu de ildir. 357

366 ekil 9.6. B Geni likli Yar ktan Yatay Jet De arj Halindeki Eksenel Seyrelmelerin Hesab için Diagram ( Ortalama Seyrelme 2S'e e ittir.) Ak nt Yolu le Seyrelme b Roberts (l977) 3.7< < 30 ve F < 0.l için ak nt yolu ile olan ilk seyrelmenin h a a daki denklemlerle hesaplanabilece ini göstermi tir. 358

367 U.h S m = 0.27.F -l/3 (9.19) q S m S o = 0.27 F -l/3 (9.20) F 3 U g. q (9.21) Burada, S o U b h q F : ortalama ilk seyrelmeyi : ak nt h z n : ak nt ya dik difüzör boyunu : su derinli ini : birim difüzör boyu ba na debiyi : Ak nt Froude say s n göstermektedir. F>0.l için ak nt yönü ile difüzör ekseni aras ndaki 9.6 dan hesaplanabilmektedir. aç s na ba l olarak, S m /S o oranlar ekil ekil 9.7. Çizgi Kaynaktan Jet De arj Halinde Ak nt Yolu le Seyrelme Ak nt yolu ile olan ilk seyrelme daha basit olarak, süreklilik denklemi yard m ile Q o. S o = U.b.h * (9.22) ifadesinden de hesaplanabilir. Burada, Q o h * : difüzörden de arj edilen toplam at ksu debisini : at ksu tarlas kal nl n 359

368 göstermekte olup, di er büyüklükler önceden tan mland gibidir. At ksu tarlas kal nl, yüzeyde tarla halinde h * h/5, batm tarla sözkonusu oldu unda ise h * y max /2 al nabilir. Ak nt n n difüzör eksenine paralel olarak gelmesi özel durumunda, etkili difüzör boyu b h/3 al nabilir kinci Seyrelme (S 2 ) Hesab Denize de arj edilen at ksular su yüzeyine veya tutulma seviyesine ç kt ktan sonra ak nt lara tabi olarak sürüklenirler. Bu esnada denizdeki mevcut türbülans n etkisiyle, deniz suyu ile at ksu tarlas aras nda ilave kar mlar ve seyrelmeler meydana gelir. De arj noktas ndan (difüzörden) koruma bölgesine kadar olan ta nma esnas nda meydana gelen seyrelmeye, türbülansl difüzyon yoluyla seyrelme veya ikinci seyrelme denir. Türbülansl bir ortamda birim alandan geçen madde ak s, Fick kanununa göre, c Q A = (9.23) x ifadesi ile verilir. Burada, : Türbülansl difüzyon katsay s d r. Yatay olarak hareket eden at ksu tarlas nda korunamayan türden bir kirleticinin konsantrasyonu c ise, türbülansl bir ortamda seyrelme, c t + (U x C)+ (V y C)+ (W z C] = ( x c c C x )+ ( y )+ ( z ) - k C = 0 (9.24) x y y z z Burada, U, V, W : S ras ile x, y ve z eksen do rultular ndaki zamansal ortalama h zlar. x, y, z : Türbülans difüzyonu katsay lar n k : Kirleticinin giderilme h z sabitini göstermektedir. 360

369 ekil 9.8. kinci Seyrelmenin ematik Gösterimi Bu difüzyon denklemi a a daki kabuller alt nda çözülmü tür. (l) = o.f(l) veya L = f (x) (2) Dü ey kar m ihmal edilebilir ( z = 0) (3) Ak nt yönündeki boyuna kar m ihmal edilebilir. ( x =0) (4) Ak m kararl d r ( c/ t = 0) (5) Koliform mikroorganizma konsantrasyonu giderimi l. derece reaksiyona (-kc) uymaktad r. Bu durumda (9.24) denklemi, (U C) - x ( y c y )+ k C =0 (9.25) y eklini al r. Bu diferensiyel denklemin çözümü için a a daki s n r artlar esas al nm t r. x= 0 i b b - < y < 2 2 b y > 2 C = C C =0 o Söz konusu dispersiyon denklemin genel çözümü, C = (x,y). e -kx/u (9.26) 361

370 dir. Korunamayan maddelerin zamanla azalmas n ifade eden e -kx/u terimi ihmal edilerek C = (x,y) özel çözümü elde edilebilir. Denklem (5.66), C = (x,y) ve KC = 0 için yeniden düzenlenirse, 2 y 2 =U x (9.27) olur. Türbülans difüzyonu katsay s n n, = o f(x) oldu u gözönünde tutulursa (9.27) ifadesi için, 2 U o = (9.28) f(x) x y 2 elde edilir. Bu son denklem için Brooks (l960) taraf ndan a a daki çözümler verilmi tir. x = o için L/b = (l+2ß ) l/2 (9.29) b x = o. L/b için L/b = l + ß (9.30) b x = o.(l/b) 4/3 için L/b = (l+ 2/3 ß ) 3/2 (9.31) b Burada, o L b ß : x = 0 noktas ndaki türbülans difüzyonu katsay s n : x'in belli bir de eri için at ksu tarlas geni li ini : x = 0 noktas ndaki at ksu tarlas geni li ini : l2 o /u.b ile verilen boyutsuz bir sabiti göstermektedir. Yap lan çok say da deneysel çal ma sonunda ba lang çtaki türbülans difüzyonu katsay s n n, 4/3 o = L (9.32) denklemiyle ifade edilebilece i ve Eddy difüzyonu katsay s ( )'nin de ortalama bir de er olarak, = 0.0l al nabilece i gösterilmi tir (Arceviala,1982). At ksu tarlas n n x ekseni boyunca u rayaca ikinci seyrelme için Brooks çözümleri a a daki gibidir. = o için S 2 = erf {3/(4.ß x/b) } -l/2 (9.33) 362

371 = o. L/b için S 2 = erf {3/2/[(l+ß x/b) 2 -l]} -l/2 (9.34) = o. (L/b) 4/3 için S 2 = erf{(3/2)/((l+ 2/3 ß x/b) 3 -l)} -l/2 (9.35) Burada erf (.), standart hata fonksiyonunu göstermekte olup de eri Tablo 9.6 'dan al nabilir. At ksu tarlas n n x ekseni boyunca yatay hareketi s ras nda konsantrasyon da l m normal olup, 1 y 2 C (x,y) = C max. exp (-. ) (9.36) 2 2 denklemi ile ifade edilebilir ( ekil 9.9). x ekseni üzerindeki eksenel konsantrasyon da, C (x,0) = C max = C o /S 2 (9.37) olacakt r. Burada Co, S l seyrelmesi sonundaki kirletici konsantrasyonunu göstermektedir. C(x,y) da l m n n standart sapmas,, L = (9.38) 2 3 al nabilir. At ksu tarlas s n r civar ndaki konsantrasyon, 363

372 Tablo 9.6. Standart Hata Fonksiyonu De erleri 364

373 ekil 9.9. Yatay Yönde Yay lan At ksu Tarlas ndaki Konsantrasyon Da l m L C (x, ) = e -3/2. C max (9.39) 2 L d r. Dolay s ile C max /C(x, ) oran 4.5 dir. 2 kinci seyrelmenin x,b ve u ak nt h z n n fonksiyonu olarak hesab na imkan veren abaklarda geli tirilmi tir ( ekil 9.10). Özel bir hal olarak ak nt n n difüzör eksenine paralel yönde etkili olmas durumunda, ba lang çtaki (x=0) at ksu tarlas geni li i b=h/3 al nabilir. Denklem (9.26) de bakterilerin zamanla yok olmas n ifade eden ikinci terimin yol açt ilave seyrelmenin üçüncü seyrelme hesab Bölüm de ayr ca verilmi tir. 365

374 9.6.3 Üçüncü Seyrelme (S 3 ) Hesab ekil kinci Seyrelme (S 2 ) Hesab çin Abak Denize de arj edilen at ksu içerisindeki korunamayan türden maddelerin, at ksu tarlas n n yatay hareketi esnas nda güne nlar n n radyasyon tesiri, tuzluluk ve çökelen maddelere tutunma gibi etkiler sonucu seyreltilirler. Mikroorganizmalar n su ortam ndaki yok olma olay, genel olarak a a daki l.derece reaksiyonu ile ifade edilir. dc dt = -k C (9.40) Bu diferensiyel denklemin çözümü sonunda, C t = C o.e -k t = C o. l0 -kt (9.41) 366

375 ifadesi elde edilir. Burada k ile gösterilen, bakteri azalma h z katsay s T 90 parametresinin fonksiyonudur. T 90, mikroorganizmalar n %90'n n n yok olmas için geçen süredir. T 90 sonunda C t = 0.l C o olaca ndan, k için, k = l/t 90 (9.42) e itli i yaz labilir. T 90 de eri mevsimlik de i im gösterir. Bu sebeple yaz, k ve bahar mevsimleri için ayr ayr hesaplanarak de erlendirilmesi gerekebilir. Türkiye'nin çe itli yerlerinde de i ik zamanlarda ölçülen T 90 de erleri Tablo 5.2 de verilmi tir. Tablo 5.2. Türkiye'nin Muhtelif Denizlerinde Tesbit Edilen T 90 De erleri Yer Y l T 90 (Saat) stanbul l l.7 (l.l) Bodrum l977 l.0 Erdek l977 l.l Ayval k l skenderun - l.l Karadeniz Ege Denizi - l.0-l.5 Su Kirlili i Kontrolu Yönetmeli i : Ege Denizi ve Akdeniz l.5 Karadeniz 2.0 Denklem (9.41) e göre t ta nma müddeti sonundaki mikroorganizma konsantrasyonu, C t = C o.l0 -t/t90 (9.43) oldu undan, üçüncü seyrelme, S 3, C o S 3 = = l0 t/t90 (9.44) C t ifadesinden bulunabilir. Burada t ta nma müddeti, x ta nma mesafesi ve u ak nt h z na ba l olarak, t = x / u (9.45) ifadesiyle verilir. 367

376 Yukar daki üç ayr seyrelme sonucu meydana gelen toplam seyrelme (S T ), S T = S l.s 2.S 3 (9.46) olarak hesaplan r. De arj edilen at k suyun ba lang çtaki koliform konsantrasyonu Co ise, koruma bölgesi s n r ndaki koliform konsantrasyonu (C), C = C o /S T (9.47) olur. Bu ekilde bulunan C konsantrasyonu, koruma bölgesi s n r için öngörülen standard a mayacak ekilde de arj hatt uzunlu u belirlenir. UYGULAMALAR Problem (9.l) Bir at ksu deniz de arj sisteminde l., 2. ve 3. seyrelmeleri (S l, S 2 ve S 3 ) s ras ile l00, l0 ve l000 dolaylar nda olaca tahmin edilmektedir. Bu at ksu içerisindeki ba lang ç konsantrasyonu l0 mg/l olan Li ve l0 8 /l00 ml olan koliform mikroorganizmalar n, a) Difüzörün tam üzerinde ve deniz yüzeyinde b) Koruma bölgesi s n r ndaki konsantrasyonlar n hesaplay n z. Al c ortam n yo unlu unun üniform (derinlik boyunca sabit) oldu u kabul edilecektir. Çözüm C o l0 a) C Li = = = 0.l mg/l S l l00 C koli = C o S l = l0 8 /l00 = l0 6 mg/l C o l0 b) C Li = = = 0.0l mg/l (korunan madde) S 1.S 2 l00.l0 C o l0 8 C koli = = = l00/l00 ml S l.s 2.S 3 l00 x l0 x l

377 Problem (9.2) ç çap l000 mm lik bir at ksu de arj hatt ile ortalama debisi l.57 m 3 /sn olan bir ehrin at ksular n n -25 m derinlikten, a = l.02 gr/cm 3 yo unluklu bir al c ortama de arj planlanmaktad r. Evsel at ksuyun yo unlu unu o = gr/cm 3 alarak, a) D = l000 mm lik tek bir delikten de arj hali için minimum ve ortalama ilk seyrelmeleri, b) S m = 30 olmas için gerekli de arj derinli ini, c) y = 25 m de S m = 30 olmas için at ksuyun delikten ç k h z n, d) üzerinde D = 440 mm çapl n = 3 adet delik bulunan bir difüzör olmas halinde ilk seyrelmeyi hesaplay n z. Çözüm 4.Q 4x1.57 a) U o = = = 2 m/sn D 2 x l 2 F = U o = g D = = F = l.07 x 4.47 = 4.79 y } ekil 9.4 ten : S m = l3, S 0 = 2xl3 =26 = = 24.5 D l b) y-0.5 ~ = 50 D } için ekil 9.4 ten S m = 30 bulunur. F = 4.79 Bu durumda, y = 50 x l = 5.05 m olmal d r. Dolay s ile de arj hatt boyu uzat lmal d r. c) y-0.5 = 24.5 D } S m = 30 ekil 9.4 ten F = 95 bulunur. F F = 1.07 = 88.8 = U g o U o = D 0.45 U o = m/sn bulunur ki böyle bir h z pratik olarak sa lanamaz. 369

378 d) D l = 440 mm, n = 3 delik Q u 0.52 = = = 0.52 m /sn,u o= = 3.5 m/s Q1 2 F = ll.74 > F= l.07 x ll.74 = l2.56 y 24.5 } ekil 5.6 den S m =30 ; S 0 =60 D l 0.44 Delik say s n n artt r lmas (difüzör te kili) seyrelmeyi artt r r ve daha ekonomik çözüm verir. Difüzör boyu (b), difüzör hariç de arj hatt uzunlu u (L), deniz taban e imi (m), derinlik (y) ve ilk seyrelme (S l ) aras nda, ds l /db = r = 2/3 (y/(m.b)) ds l /dl e itli i yaz labilir. ayet, r > l ise difüzör boyunun uzat lmas, r < l ise derinli in (boru hat boyunun) artt r lmas daha ekonomik çözüm verir. r = l halinde bu iki durumdan biri veya ikisi birlikte tercih edilebilir. Problem (9.3) A a daki verileri kullanarak bir kasaban n evsel at ksular n denize de arj edecek de arj hatt n boyutland r n z. Proje nüfusu Birim at ksu debisi De arj derinli i Piknoklin derinli i : ki i : 200 l/n.gün : -25 m (sahilden 650 m uzakta) : - l0 m Ak nt H zlar, u 1 u 2 T 90 = 0.06 m/sn (Piknoklin seviyesinde, difüzöre dik do rultuda) = 0.04 m/sn (Piknoklin seviyesinde sahil yönünde) = l.l saat Koruma bölgesi geni li i : 150 m Ham at k suyun ba lang ç ndaki koliform konsantrasyonu (C o )=l0 6 /l00 ml. 370

379 Çözüm Problemin verileri a a daki ekil üzerinde gösterilmi tir. Ortalama at k su debisi Q 24 = x 200x l0-3 =6000 m 3 /gün Q = m 3 /s De arj borusu enkesit alan : A = Q/ V = m 3 /s /1.0 = m 2 4.Q 4x Boru çap : D = ( ) l/2 = ( ) l/2.l x l.0 D = 300 mm, V= 0.98 m/sn Difüzör uzunlu u için l000 m 3 /gün debi ba na 2-3 (2) m difüzör uzunlu u dü ünülerek, toplam difüzör boyu, b = (6000/l000) x 2 = l2 m elde edilir. lk Seyrelme Hesab a) Difüzör eksenine dik do rultuda, Q. S 1 = u 1. b. h * 0.06 x l2 x (25-l0).0.5 S l = = m 3 /sn b) Boru eksenine paralel do rultuda, etkili difüzör boyu, b = h/3 al narak, 371

380 0.04x 8x (25-l0)0.5 S l = = Ak nt do rultusu ile difüzör, boyu gözönünde tutulur. gibi bir aç yap yorsa, hesaplarda ak nt do rultusuna dik difüzör kinci Seyrelme Hesab o = 0.0l (800) 4/3 = 74.1 = 12 x 74.1 / (4x800) = S 2 = erf ( 1 3/2 2 x (1+ 3 b 1/2 ) 3 ) - 1 = 1/erf(0.0273) erf (0.0273) = 0.05 ( Tablo 9.6) oldu undan, S 2 = l/0.05 = 20 dir. kinci seyrelme ekil 5.l6 ten de bulunabilir. Üçüncü Seyrelme Hesab x 500 t = = = sn = 3.47 saat u 0.04 S 3 = l0 t/t90 = l0 (3.47/l.l) = l427 bulunur. Toplam seyrelme S T = S l.s 2.S 3 = 35 x 20 x l427 = Koruma bölgesi s n r ndaki koliform mikroorganizma konsantrasyonu, C o l0 6 C = = l /l00 ml. < l000/l00 ml. S T dir. Bu netice, toplam uzunlu u 650 m ve ucunda l2 m'lik difüzör k sm bulunan bir de arj hatt n n, koliform standartlar n sa layacak derecede bir seyrelme temin etti ini gösterir. 372

381 KAYNAKLAR (1)., Öztürk, At ksu ön ar tma ve deniz de arj sistemleri,.t.ü. n aat Fakültesi Matbaas. (2) Metcalf & Eddy, Wastewater Engineering, Treatment Disposal Reuse, McGraw-Hill International Editions. (3) WPCF Manual of Practice No Wastewater Treatment Plant Design, ASCE, NY. (4) Murphy K.L., and Wilson R.W Evaluation of biological nitrification Denitrification at Penticton, Environment Canada, British Columbia. (5) Proceedings of NATO/CCMS workshop on advanced wastewater treatment Ontario, Canada. 373

382 10. ARITMA S STEMLER NDE VER M, ENERJ, BAKIM VE LETME Ar tma yöntemi, projelendirme kriterleri ve ilgili di er ihtiyaçlar ba l ca a a daki faktörlerce kontrol edilir. At ksu debisi ve özellikleri, Ar tma seviyesi, Verimdeki de i im ve güvenilirlik, Di er proses ihtiyaçlar At ksu debisi ve özellikleri: Proses seçimi için gereken en önemli bilgiler bu ba l k alt nda toplan r. Ar tma seviyesi: Evsel at ksular söz konusu oldu unda, BOI, KOI, azot, fosfor, koliformlar, helminitler, vs. gibi belli ba l parametrelerin ne oranda giderilece i ar tma seviyesini belirler. Arazide ar tma sistemleri için ar tma seviyesi, yüzey sular na de arj sistemi için gerekli ar tma seviyesinden daha dü üktür. Arazide ar tma ayr azot ve fosfor giderimi gerektirmedi inden, fizibil oldu u takdirde ço u kez daha uygundur. Ar tmada yaln zca BOI giderimine a rl k vermek do ru bir yakla m de ildir. Ar tma prosesi seçilirken, bütün önemli parametrelerin giderim verimleri belirlenip at ksuyun al c ortamlara de arj limitleri göz önüne al nmal d r. Verimdeki de i im ve güvenirlilik: At ksu debi ve kirletici özellikleri devaml de i im gösterir. Bu yüzden de arj standartlar n n istatistiksel bazda sa lanmas gerekir. Örne in, ngilterede ar tma sisteminin, arzulanan BOI standard n, zaman n %95inde kar lamas beklenmektedir. Farkl ar tma prosesleri farkl verim dalgalanmalar gösterir. E er ar t lm su de arj standard BOI 30 mg/l ise, sürekli bu standard sa lamak amac yla bir prosesi 25 mg/l, di er bir prosesi ise 20 mg/l ar t m yapacak ekilde emniyet pay b rakarak projelendirmek gerekebilir. Di er proses ihtiyaçlar : Proses seçimini etkileyen di er baz faktörler a a da s ralanmaktad r. Gerekli alan ihtiyac. Gerekli enerji: Enerji konusu iki yönden incelenebilir. Minimum enerji kullan m ve enerji kesintilerinde tesisin çal maya devam etmesi. letme ve bak m için gerekli ekipman. Ekipman n kolay ve ucuz temin edilebilirli i. Yeti mi eleman ihtiyac. Bak m problemleri (ekipman, makine ve di er yap lar). Çamur üretimi ve bertaraf. Çamur ar t m toplam ar t m maliyetinin çok büyük bir k sm n olu turur. Mevcut hidrolik yük ve tesisteki hidrolik yük kayb (amaç mümkün oldu u kadar terfiden kaç nmakt r). leride ihtiyaç duyulmas halinde tesisin tevsi imkan. Baz ar t m proseslerinin enerji ve arazi ihtiyaçlar Tablo 10.1de verilmektedir. 374

383 Tablo De i ik proseslerin arazi ve enerji ihtiyaçlar (1). Proses S cak iklimler için enerji ihtiyac (m 2 /ki i) a Klasik aktif çamur 0,2-0,25 Enerji ihtiyac (kwsaat/ki i-y l) Uzun havaland rmal A.Ç. Damlatmal filtre HÇYR+k sa bekletmeli lagün Fakültatif havaland rmal lagün HÇYR+7 günlük lagün Oksidasyon havuzu 0,15-0,2 0,2-0,3 b 0,2-0,3 c 0,3-0,4 d 0,3-0,4 1,0-2,8 e Yok Yok Yok HÇYR+su havuzlar mercime i+bal k 2,0-2,8 Yok Yapay sulak alanlar 2,0-3,5 Yok Vermikültür 0,3-0,4 Yok a ki i ba na su kullan m 180 l ve BOI=50 g/gün b Çamurun susuzla t r lma sistemine ba l d r (mekanik veya kurutma yataklar ). c havuz yerle imi ve standartlar kar lamak için gerekli al koyma süresine ba l d r. d 3 metre su derinli i, sedde evleri: 2 (yatay), 1 (dü ey) e deneysel Enerji tasarrufu: At ksu ar t ma tesisleri projelendirilirken, enerjinin korunmas na ve enerji tasarrufuna büyük önem verilmelidir. Enerji konusunda iki kademeli bir yakla m uygulanabilir. Birinci yakla m, ar tma tesisinin maliyetini ve karma kl n artt rmadan, enerji tasarrufu sa layacak yap labilir ve uygulanabilir metotlar seçmektir. Bunu yaparken teknolojide a r l a kaçmamal, proses ve ekipmanlar dikkatli seçilmeli ve iyi bir mühendislik ve mimarl k tasar m na gidilmelidir. kinci yakla m, daha geli mi ekipman ve cihazlar içeren proseslerde sadece fazla masraf analizine yo unla makt r. Bu ikinci yakla m n uygulanabilirli i sadece geli mi ülkelerle s n rl d r. Birinci yakla mla ilgili metotlar a a da verilmektedir. 1. Ar t lm at ksu kalite standartlar n sa layabilecek en az enerji kullanan proses seçilmelidir. Tabloda görüldü ü gibi stabilizasyon havuzlar nda hiç enerji ihtiyac yoktur. HÇYR sisteminde çok az, fakültatif havaland rmal lagünlerde fazla, mekanik havaland rmal lagünlerde ise çok fazla enerji ihtiyac vard r. Ayr ca haval çamur çürütme s ras nda havas z çürütmeye göre daha fazla enerji kullan l r. Fazla enerji kullanan bir proses seçilmi ise, bu seçimin temelinde çok yüksek BOI giderimi, yüksek nitrifikasyon verimi, i letmenin daha güvenilir olmas gibi sa lam gerekçeler olmal d r. Basit bir stabilizasyon havuzu fizibil bulunmu ise, herhangi bir ba ka enerji tasarrufuna ihtiyaç yoktur ve bu metot tercih edilmelidir. Ço unlukla, farkl enerji ve arazi ihtiyaçlar olan bu iki proses birle tirilerek toplam maliyet ve enerji 375

384 ihtiyac optimize edilebilir. Seçilmi belli bir proseste enerji ihtiyac n azaltman n çe itli yollar vard r. Örne in, aktif çamur prosesinde ve uzun havaland rmal AÇ sistemlerinde enerji ihtiyac n azaltman n bir yolu, denitrifikasyon esnas nda aç a ç kan oksijenden yararlanmakt r. Benzer ekilde, mekanik havaland rmal lagünler için s cak iklimlerde üniteler daha derin yap larak enerji ihtiyac azalt labilir. Bunun yan s ra kar m kineti ine ve s kayb na kar al nacak tedbirlere daha çok dikkat edilerek lagün hacmi ve enerji ihtiyac küçültülebilir. 2. Proses seçme imkan m z yoksa, yani uygulanacak proses bize verilmi ise, en az enerji tüketimi sa layacak ekipman ve in aat teknikleri kullan lmal d r. Örne in, vidal (burgulu, salyangoz) pompalar ve dalg ç pompalar di er pompalara göre daha az enerji tüketirler. Ayn ekilde, lagünlerdeki oksijen ihtiyac için mekanik havaland rmal sistemlerde enerji ihtiyac pnömatik olanlara göre daha azd r. Ar tma tesisi yerindeki topografik e imlerden yararlanarak, pompaj ihtiyac n azaltacak ekilde tesis yerle imi yap lmal d r. So uk iklimlerde, uygun malzemeler ve in aat teknikleri kullan larak s tasarrufu sa lanabilir. Di er baz enerji tasarrufu metotlar a a da s ralanm t r. Konvansiyonel enerji kaynaklar, mümkünse rüzgar ve güne enerjileri ile desteklenebilir. Ar tma sistemlerinde pompalar n, havaland rma rotorlar n n ve benzeri ekipman n çal t r lmas nda bu tip alternatif enerji kaynaklar n n kullan m imkanlar ara t r lmal d r. Is enerjisini geri kazanan geli mi cihazlar kullan labilir. Bunlar aras nda, çamur çürütücülerden s ve enerji üretmek amac yla metan kazan m önemlidir. Ancak bu sistem önemli ölçüde mekanik aksam gerektirdi inden dolay her zaman kullan lmamaktad r Maliyet Analizin Esaslar Optimum çözümü bulmak üzere dü ünülen seçenekler için ilk yat r m ve i letme maliyetlerini içeren toplam maliyetler bulunur ve k yaslan r. lk yat r m maliyeti, tesis çal maya ba layana kadar yap lan bütün yat r m harcamalar içerir. Bunlar: Yasal ödemeler (vergiler) dahil arazi bedeli Mühendislik, projelendirme ve mü avirlik hizmetleri n aat, ekipman ve montaj maliyetleri n aat esnas nda temin edilen paraya (kredi) ödenen faizler letme maliyeti, tesis çal maya ba lad ktan sonra yap lacak i letme harcamalar ve amortismanlar içermektedir. Bunlar: Personel Kimyasal maddeler Yak t ve elektrik giderleri Nakliye masraflar Bak m ve tamir giderleri Sigorta masraflar Genel masraflar 376

385 10.2 Farkl ar tma metotlar n n yakla k maliyetleri At ksu ar tma maliyeti at ksuyun özelliklerine, kullan lan ar tma prosesine ve arzulanan ar tma derecesine ba l d r. Baz at ksu ar tma prosesleri için belirlenen ortalama ilk yat r m maliyetleri Tablo 10.2de verilmektedir Ar tma maliyetlerinin kar la t r lmas Farkl proseslerin ilk maliyet ve i letme masraflar da farkl oldu undan, aralar nda kar la t rma yapmak zordur. Anapara ile i letme masraflar birbirine eklenemez. Anapara bir kerelik harcanan bir para olup, i letme masraflar ise her y l yap lan harcamalar kapsamaktad r. Bu nedenle ya i letme ve bak m masraflar ilk yat r m baz na getirilir, ya da yat r m de eri y ll k baza indirgenir. Bu konuda gerçekçi bir yakla m bugünkü de er metodudur. Birbirlerine alternatif olan farkl ar tma prosesleri bugünkü de er metoduyla mukayese edilebilirler. Bugünkü de er metodu: Farkl ar tma alternatiflerini belli bir zaman aral nda k yaslamak için kullan lan en yayg n metotlardan birisidir. Bunun için a a da maddeler halinde eri ilen bilgilere ihtiyaç vard r. Toplam ilk maliyet bedeli (in aat, elektrik, malzeme ve arazi bedeli) lk yat r m n kaç y lda tamamland ve her y l ne kadar harcama yap ld Tesisin i letmeye aç ld ilk y ldaki bak m ve i letme de erleri ve daha sonraki y llarda tesisin ömrü boyunca enflasyon oran nda ar t lm y ll k bak m ve i letme de erleri Daha sonraki toplam bir paray bugünkü net de ere çevirmek için indirim oran (veya faiz oran ) Tesisin hizmet süresi doldu u zamanki de eri Tablo At ksu ar t m nda yakla k ilk yat r m maliyetleri (1). Ar tma sistemi Klasik aktif çamur (AÇ) Yakla k ilk yat r m maliyetleri ( y llar için) $ a /ki i $ b Milyon litre/gün 12,3-14,4 0,68-0,8 Uzun havaland rmal AÇ HÇYR Havaland rmal lagün 8,2-10,3 8,2-10,3 6,2-8,2 0,45-0,58 0,45-0,58 0,35-0,45 Stabilizasyon havuzu 3,1-4,1 0,16-0,22 a E de er nüfus için su tüketimi 180 l/gün ve günlük BOI 5 50 g olarak dikkate al nm t r. Bu durumda 10 6 l/gün ki iye kar l k gelmektedir. b Arazi fiyat hariç 377

386 10.4 leri Biyolojik Ar tma Sistemlerinde letme ve Yat r m Maliyeti Genel olarak evsel at ksu ar tma sistemleri karbonlu organik maddenin giderilmesine yönelik olarak tasarlanmaktad r. Ancak al c su ortam nda ötrifikasyonun ve kirlili in artmas sonucu at ksu de arj nda özellikle hassas bölgeler için daha s k de arj limitleri getirilmi tir. Özellikle azot ve fosfor parametrelerinin öncelikle kontrol edilmesi gerekmektedir. Bu durumda pek çok ülkede yeni kurulacak ve mevcut olan ar tma sistemlerinde azot ve fosfor ar t m için ilave maliyet ve optimizasyonlu ar t m verimi gerekli olmaktad r. leri Biyolojik Ar tma Sisteminde letme Giderleri: letmede olan ileri evsel at ksu ar t m nda i letme maliyetini kapsayan kalemler a a daki gibidir: Enerji giderleri: elektrik, do al gaz vd. Kimyasal giderler: P gideriminde kullan lan kimyasallar Çamur artland rma için kimyasal giderleri: çamur susuzla t rmada polimer+kireç Uzakla t rma giderleri: çamur, kat at k vd. uzakla t rma Onar m-bak m giderleri Personel giderleri Yönetim giderler: telefon, sigorta, posta vd. Enerji ihtiyac, havaland rma ile ilgili olup at ksudaki organik madde ve azot yükü ile belirlenmektedir. Kimyasal madde ihtiyac, fosfor yüküne ve üretilen çamur miktar na ba l d r. Bak m ve onar m maliyeti, yaln zca yük ile de il, sistemin kapasitesi ile de ilgilidir. Öncelikli olarak sistem organik madde yükünden de etkilenmektedir. Tablo N ve P giderimi olan evsel at ksu ar tma sisteminde i letme giderleri ( ki i, sistem havas z çürütme içermektedir) (3). Maliyet kalemleri Enerji (elektrik) Tüketim Aral k Ortalama Birim KWsaat/ki i-y l Kimyasallar (P için) Mol metal/ki i-y l Çamur uzakla t rma a Kg susuz çamur/ki i-y l Onar m-bak m 0,5-1% 0,6% n a maliyetinin% /ki i-y l Toplam personel b 0,08-0,15 0,12 Ortalama maa /1000ki i-y l Di er 3-15% Masraflar n %si 1 çamur tutma+susuzla t rma+kurutma+kompostla t rmay içerir. 2 tüm i çi masraflar : i letme+laboratuar+yönetim+idari+muhasebe+temizlik vd. 3 Çamur artland rma ve laboratuarda kullan lan kimyasallar+büro ihtiyaçlar, sigorta, görev vd. 378

387 Tablo Avusturyada ileri evsel at ksu ar tma sistemi i letme giderleri ( ki ilik) (3). Enerji (elektrik) Tüketim (birim) Birim fiyat ( ) ki i-y l 10kWsaat/ki i-y l 0,12 1,2 Kimyasallar (P) 18 mol/ki i-y l 0,06 1,1 Çamur uzakla t rma 60 kg/ki i-y l 0,04 2,4 Onar m-bak m n an n %0,6SI Toplam personel 0,12 ort/1000ki i-y l 35 4,2 Di er %15-1,7 Top.i letme masraf ,5 Bu tabloda verilen hesaplarda kimyasal olarak demir klorür al nm t r. FeCl 3 demir sülfattan 3 kat daha pahal, alüminyum tuzundan 3 kat daha ucuzdur. Çamurun uzakla t rmas ndaki hesaplarda depolama alanlar na kabul fiyatlar da hesaplara kat lm t r. Bu çal mada bak monar m masraflar sistemin kurulma masraflar yla orant l olacak ekilde verilmi tir. Avusturyadaki 200 /ki ilik birim maliyet tasar m yüküne göre belirlenen fiyatt r. Nitrifikasyon ve besi maddesi ar t m için Avusturyada ileri evsel at ksu ar tma sisteminin i letme masraf, at ksu ar t m, enerji ve fosfor çöktürmede kullan lan kimyasallar için en az 3 /ki i-y ld r. Bu miktar toplam i letme masraf olan /ki i-y ln n %20sine denk gelmektedir. Ar tma sisteminin i letmesinde en masrafl kalem personel giderleridir. Bu tüm Avrupa Birli i ülkeleri için geçerlidir (Nowak, 2000) leri Biyolojik Ar tma Sisteminde Yat r m Maliyetleri: At ksu ar tma sistemlerinde maliyet, i letme ve yat r m maliyetlerinin toplam eklinde hesaplanmaktad r. Tasar m ve yap m masraflar üç kategoride incelenebilmektedir. n aat mühendisli i Makine mühendisli i Elektrik mühendisli i Almanyada toplam yat r m maliyetinin %35inin makine mühendisli i + kontrol + ekipmanlara yap lan harcamalar olu turmaktad r. Kum filtre a rl kl sistem makine-alet teçhizata dayal olup makine mühendisli i toplam fiyat n %40 n, elektrik mühendisli i, alet ve kontrol miktarlar %10unu olu turmaktad r. Kalan %50 k s m in aat mühendisli i fiyatland rmas n olu turur. 379

388 Tablo Alt Avrupa Ülkesindeki At ksu Ar tma Sistemi Maliyeti (4). Ülkeler Anaerobik Yat r m Maliyeti letme maliyeti Y ll k sistem say s toplam maliyet /ki i-y l Y ll k fiyat (%) /ki i-y l Y ll k fiyat(%) CH , ,5 D , ,5 DK , ,5 F , , NL I , , /ki i-y l Tablo 10.5te verilen sonuçlar Avrupadaki toplam 34 ileri at ksu ar tma sistemi ile ilgili ortalama sonuçlar vermektedir. Almanyada evsel ar tma sisteminin maliyeti a a da verilen parametrelerin ar t m ile orant l d r: Ar t lan birim kg azotun maliyeti: 5 7,5 Ar t lan birim kg fosforun maliyeti: 12,5-2 0 Ar t lan organiklerin (KOI) kg maliyeti: 0, Çe itli Sistemlerin letme Maliyetleri Birçok skandinav ülkesinde büyük ar tma sistemleri besi maddesini de giderebilecek ekilde düzenlenmekte veya iyile tirmektedir. Çal mada sviçrede be ar tma sistemi belirlenerek i letme maliyetleri verilmi tir. Bu sistemler: Sistem A: At ksu ar tma = N giderimi (oksik + anoksik) + Fosfor giderimi (havas z + demir sülfat) Çamur ar tma: mekanik yo unla t r c + havas z çürütme + susuzla t rma Sistem B: At ksu ar tma = nitrifiye aktif çamur (metanol) + ak kan yatakl kum filtresinde son (post) denitrifikasyon + demir ile fosfor giderimi. Çamur ar tma: yo unla t r c + santrifüj + havas z çürütme + santrifüjde susuzla t rma Sistem C: At ksu ar tma = kimyasal ar tma (Al + polimer) + haval biyofiltre (BOI ve nitrifikasyon) + biyofiltre ile denitrifikasyon (metanol), 380

389 Çamur ar tma: mekanik yo unla t r c + havas z çürütme + filtrepreste susuzla t rma Sistem D: at ksu ar tma= nitrifikasyon-ön nitrifikasyon + demir sülfat + kum filtresi, Çamur ar tma: yo unla t r c + santrifüj + havas z çürütme + susuzla t rma, Sistem E: at ksu ar tma= aktif çamur-denitrifikasyon + damlatmal filtre (nitrifikasyon) + fosfor giderimi (demir sülfat), Çamur ar tma: yo unla t r c + havas z çürütme + susuzla t rma. Tablo Kimyasal tüketimleri ve fiyatlar (5). Sistem A Sistem B Sistem C Sistem D Sistem E Kimyasallar FeSO 4 FeSO 4 PE+Alum FeSO 4 FeSO 4 Kullan lan,mol/y l 11, ,6 36,9 31,6 Kullan lan,mol/molp 0,44 1,1 1,67 1,44 1,48 Polimer, kg/y l - - 0, Metanol, kgkoi/y l - 13,5 10,5 - - Metanol, kgkoi/kgn-y l - 3,69 3, Fiyat, /y l 0,29 2,71 4,5 0,45 0,39 E de eri, /y l 0,36 2,38 6,45 0,74 1,74 Sonda-denitrifikasyon ve kimyasal ön ar tman n olmas durumunda Sistem B ve C için kimyasallara yap lan harcama di er sistemlerden fazlad r. Tablo Çamur ar tmada kullan lan kimyasal tüketimi ve fiyatlar (5). Sistem A Sistem B Sistem C Sistem D Sistem E Kimyasallar polimer polimer Polimer+kireç polimer polimer Kullan m,g/y l Kullan m,kg/tonkm a 8 3,5 3, ,6 4,7 Fiyat, euro/y l a toplam çamur (KM) 0,9 0,24 1,12 0,28 0,31 Sistem B, D ve Ede santrifüj kullan lmakta olup kimyasal fiyatlar yakla k olarak benzerdir. Sistem Ada santrifüj kullanmaktad r ancak kimyasal kullan m fazla oldu u için maliyeti yüksektir. Presfiltreden önce kireç kullan ld ndan maliyeti en yüksek sistemdir. 381

390 Tablo Enerji kullan m ve maliyeti (5). Elektrik, kum tutucu, kwsaat/y l Sistem A Sistem B Sistem C Sistem D Sistem E 22,4 98,9 46, ,6 Elektrik, kwsaat/y l 18,6 0 19,4 19,8 19,2 Top.elektrik, kwsaat/y l 41 98,9 65,9 40,8 51,8 Di er enerji harc., kwsaat/y l ,7 0 Elektrik fiyat, /MWsaat 56,2 42,1 33,5 52,6 47,3 Enerji harcama, /y l 2,02 1,98 1,45 1,99 1,47 Sistem Bnin enerji gereksiniminin A ve Dden daha fazla oldu u bulunmu tur. Bde son denitrifikasyon mevcut olup ak kan yatakl sistem bulunmaktad r. Sistem C a rl kl olarak biyolojik filtre esasl olup, aktif çamur sisteminden daha fazla enerji harcamaktad r. Sistem D enerjiyi yaln z s tma amac yla kullanmaktad r. Tablo Personel ihtiyac ve harcamalar (5). Toplam çal an Sistem A Sistem B Sistem C Sistem D Sistem E , letmede çal an 17 31,3 30, ,4 Maa +fazla mesai (maa n %si) 1,5 5 8,6 5,9 18,6 adam-y l 16, ,2 41,6 personel harcama /ki i-2.y l 3,41 5,1 2,19 2,64 2,35 di er hizmetler /ki i-2.y l 1,94 0,21 0,55 0,56 1,09 Ak kan yatak için, 0,5 adam-y l kabul edilir. Yukar daki tabloda ar tma sisteminde çal an personel say lar ve toplam verilmektedir. dari, laboratuar, endüstriyel gözetmen, çamur uzakla t rma ve pompa istasyonu ve ilgili toplama sisteminde çal an tüm personel hesaplamalarda kullan lm t r. Uzun süreli Ar-Ge personeli bunun d nda tutulmu, do rudan sistemle ilgili personeller dahil edilmi tir. Personel say s ar tma sistemi tipi, her bir ünitenin boyutu ve say s ile do rudan ili kilidir. Sistem B de ihtiyaç duyulan adam-gücü d hizmetlerden dolay di erlerine k yasla oldukça fazla ç km t r. 382

391 Klasik biyolojik ar tma sisteminin maliyeti: Koredeki 42 ehirde toplam 48 ar tma sistemi bulunmaktad r. Bunun 39u klasik aktif çamur olup di erleri uzun havaland rmal aktif çamur, havas z lagün, oksidasyon hende i ve DBD (döner biyolojik disk)dir. Bu sistemlerde BOI, KOI ve AKM ar t lmaktad rlar. Söz konusu evsel at ksu ar tma sistemleri ile ilgili bilgiler Tablo 10.10da verilmektedir. Tablo Ar tma sistemlerinin i letme masraflar (1992) (6). Sistem say s Sistem kapasitesi (1000 m 3 /gün) Toplam fiyat (1000 $/y l) Fiyat/m 3 ($) ,46 Klasik ve ileri biyolojik ar tma sistemlerinin k yaslamas : Hollandada yap lan çal mada üç kademeli biyolojik ar tma sisteminin yat r m maliyetinin klasik 2. kademe biyolojik ar tma sistemin maliyeti ile kar la t r lmas tablo 10.11de verilmi tir. Üç kademeli reaktörün ilk kademesinde biyolojik fosfor ve KOI giderimi yap lmakta olup ikinci reaktör biyofilm esasl nitrifikasyon, üçüncü reaktör ise gene biyofilm esasl denitrifikasyon reaktörüdür. Tablo ki i kapasiteli at ksu ar tma sistemi yat r m maliyeti de erleri () (7). Yat r m maliyeti, toplam Yat r m maliyeti/ki i Y ll k maliyet, toplam Y ll k maliyet/ki i Klasik sistem a Üç-kademeli sistem Gerekli asgari alan (m 2 ) çok dü ük yüklemelerde ve geri besleme ak mlar nda çal an oksidasyon hende i. Verilen maliyet hesaplar arazi bedelini içermemektedir. K yaslama Hollandada çok s k rastlanan dü ük yüklemelerde çal an oksidasyon hende i ile yap lm t r. Üç kademeli sistem oksidasyon hende inin kaplad alan n %40 n kaplamaktad r. Tablo 10.12de iyile tirilmi ve geli tirilmi uzun havaland rmal aktif çamur sisteminin maliyet bilgileri verilmektedir. Bu sistemde nitrifikasyon ve denitrifkasyon için anoksik ve aerobik alanlar olu turulmakta ve reaksiyonlar ayn anda meydana gelmektedir. Bu sisteme konvansiyonel olmayan sistem denilmektedir. letme masraflar ndaki dü ü, çözünmü oksijen konsantrasyonu nedeniyle elektrik enerjisindeki tasarruftan kaynaklanmaktad r. 383

392 Tablo Ön-denitrifikasyon ve konvansiyonel olmayan sistemler için fiyat k yaslamas (8). Önde denitrifikasyon sistemi Konvansiyonel olmayan sistem Yat r m maliyeti ($) Oksidasyon reaktörü Denitrifikasyon Havaland rma sistemi Geri besleme Dalg ç kar t r c Di er 1 TOPLAM Elektrik enerjisi Di er letme Masraflar ($/y l) TOPLAM Di er: Kimyasallar, çamur uzakla t rma, onar m, personel. Tablo10.13de N ve P ar t labilecek ekilde de i tirilen ve geli tirilen biyolojik azot giderimi esasl VIP prosesinin fiyat analizini vermektedir. Tablo VIP prosesi bilgileri (9). Yap m maliyeti ($) Sistem 1 Sistem 2 Sistem 3 Sistem 4 Sistem letme maliyeti ($) Kapasite, m 3 /gün B&O 1 fiyat ($)/y l B&O/1000m 3 /gün B&O: Bak m ve Onar m Tablo verilen Sistem 3 küçük olmas na ra men bak m ve i letme giderleri aç s ndan daha masrafl olmaktad r. Fosforun ar t m nda kimyasal çöktürme metodundan biyolojik metoda geçilmesi sonucu i letme masraflar nda y lda $ kar edilmi tir (Randal, 2000). Ancak bu sistemlerin devreye al nmas nda problemlerle kar la lm t r. Fosfor ar t m veriminin at ksu giri indeki BOI/TP oran ile do rudan ili kili oldu u görülmü tür. 384

393 10.6 Türkiyeden örnekler Genelle tirilmi lk Yat r m ve letme Maliyetleri (10) At ksu Ar t m : n aat ve y ll k i letme ve bak m için genelle tirilmi ar tma tesisi maliyet e rileri Tablo 10.14de verilen bilgilerin kendi içindeki ili kileri kullan larak üretilmi ve s ras yla ekil 10.1de ve 10.2de gösterilmi tir. De i ik temel i lemleri ve bile enlerini esas alan be farkl ar tma derecesi için bunlar u ekilde verilmi tir: lk ar tma, giri terfi merkezi, debi ölçümü, zgaradan geçirme, kum giderme ve genel olarak binalar ve saha tanzimi kalemlerinden olu an maliyetleri kapsamaktad r. Birinci derece ar tma, ilk ar tmadaki maliyet kalemlerinin yan s ra, ilk çöktürme, klorlama ve çamurun kendi halinde bekletilerek yo unla t r lmas, havas z çürütme ve bant filtrelere su giderme maliyetlerini de kapsamaktad r. Bardenpho prosesi ile besi maddelerinin giderildi i ileri kademe ar tmadaki aktif çamur prosesi ile ayn temel i lemleri ta maktad r; ancak, prosese nitrifikasyon ve denitrifikasyon için anoksik ar tma kademeleri ilave edilmi tir. ekillerde gösterildi i gibi, üçüncü derece ar tman n ilave edilmesi, maliyette çok az art meydana getirmektedir. zafi olarak küçük maliyet ar t sebebi ise stanbulun at ksu ar tma tesislerinin ilave besi maddesi giderimi üniteleri dü ünülerek tasar mlar n n yap lm veya yap lacak olmas d r ve besi maddesi giderimi ünitelerini ilave etmek nispeten kolayd r. leri ar tmada, besi maddesi giderimine ilaveten filtrasyon kademesi de eklenmi tir. çilik, enerji, malzeme, kimyasal maddeler için harcamalar ABDdeki genel deneyimlerden faydalan larak ayr olarak, y ll k i letme ve bak m maliyetleri ise her bir temel i lemin maliyetlerinin toplanmas ile geli tirilmi tir. Yerel birim fiyatlar bu tahminlere uygulanm ve özellikle i gücü ile ilgili fiyatlar ve uygulamalar dikkate al nm t r. Birincil ve biyolojik ar tma aras nda bir ara ar tma kademesi niteli i ta yan iyile tirilmi birincil ar tma özellikle ele al nm t r. P ht la t rma ve kat maddelerin çökeltilmesini sa lamak için kimyasal madde ilave edilmesi BOI gideriminde dü ük maliyetli bir proses oldu u görülmü olup, biyolojik ar tma ile kar la t r ld nda tasarruf sa layabilecektir. Gelecekteki deniz modelleme çal malar, belli ar tma tesisleri de arjlar için BOI yüklerinin belli bir limit dahilinde s n rlanmas gerekti ini gösterebilir. Bu limit, ar tma tesisi ç k suyu kalitesi aç s ndan birincil ve biyolojik ar tma aras na dü tü ü takdirde, iyile tirilmi birincil ar tma yeniden de erlendirilmelidir. 385

394 ekil At ksu Ar tma Tesisleri için n aat Maliyetleri (1998 y l ortas ) (10). 386

395 ekil At ksu Ar tma Tesisleri için Y ll k letme ve Bak m Maliyeti (1998) (10). 387

396 Tablo Ar tma maliyetlerinin hesap ekli (10). Ar tma Tesisleri n aat Maliyetleri (Milyon $ ) = a (Kapasite ( 1000 m 3 /gün))^b a b lk Ar tma 0,330 0,770 Birinci derece 0,530 0,818 yile tirilmi birinci derece 0,552 0,816 kinci derece 1,060 0,820 Üçüncü derece 1,274 0,803 leri ar tma 1,378 0,813 Ar tma Tesisleri Y ll k letme ve Bak m Maliyeti (Milyon $)=a(ar t lan Debi( 1000 m 3 /gün))^b A B lk Ar tma 0,011 0,793 Birinci derece 0,023 0,8195 yile tirilmi birinci derece 0,024 0,827 kinci derece 0,045 0,81 Üçüncü derece 0,0488 0,8623 leri ar tma 0,054 0,863 Ar tma Tesisleri Yenileme Maliyetleri (Milyon $)= ( n aat maliyeti * 0,2) Hizmet süresi : 20 y l Mekanik&Elektrik : %20 Ar tma Tesisi Hurda De eri (Milyon $): (( n aat y l )/50)* n aat Maliyeti Borular ve Di er Malzemeler Yenileme maliyeti (Milyon $) = Ard k Toplam (Yeni Tesisler)*0,02 Y ll k i letme ve Bak m Maliyeti (Milyon $) = Ard k Toplam (Yeni Tesisler)*0,006 n aat için genelle tirilmi maliyet e rilerinden elde edilen sonuçlar stanbuldaki ar tma tesisleri için yerel maliyet tahminleri ve halen in a halindeki ar tma tesislerinin ihale fiyatlar ile kar la t r lm t r. Bu genelle tirilmi maliyet e rileri planlama amac na yönelik yerel maliyetlerin tahmin edilmesinde yeterli fikir vermekte, kapasite ve ar tma derecelerine göre çe itli seçenekler dahilinde ar tma tesislerinin kar la t r labilmesine uyumlu bir esas te kil etmektedir. At ksu kanallar na ve ar tma tesislerine yap lan büyük yat r mlar korumak ve biyolojik ar tma proseslerinin etkin bir ekilde i letilmesini sa lamak üzere endüstriyel at ksu ön-ar tmas n n kontrolü için etkin bir program gerekmektedir. Ancak, burada endüstriyel at ksu kontrol program n n kurumsal yap da geli mesi için herhangi bir özel maliyet dahil edilmemi tir. Ar tma tesisindeki çamur i leme tesisi maliyeti, tesis için genelle tirilmi yat r m maliyeti içine dahil edilirken ( ekil 10.1 ve 10.2), çamur uzakla t rma ve i letme maliyetleri ise genelle tirilmi i letme ve bak m maliyetleri içerisine dahil edilmi tir. Çal ma alan na özgün 388

397 alternatif çamur yönetim planlar n n ayr bir de erlendirmesi ile birlikte, ar tma yeri için bireysel maliyet tahminleri yap lmam t r. Bu nihai olarak seçilecek çamur yönetim stratejisine ba l d r. Çamur Ar t m ve Uzakla t r lmas : Genelle tirilmi ar tma tesisi maliyetlerine ilave edilen çamur ar tma sistemlerinde, Master Planda önerilen ar tma derecelerinin her biri için a a daki prosesler esas al nmaktad r: Ar tma derecesi lk ar tma Birinci derece ar tma kinci derece ar tma, üçüncü derece ar tma leri Ar tma Çamur Ar tma Yöntemi yok yerçekimi ile yo unla t rma Bant filtre 1 Yerçekimi ile yo unla t rma Yüzdürme ile yo unla t rma Havas z çürütme 2 Bant Filtre 2 1 Birinci derece ar tmaya yönelik 2 Birinci derece ar tmaya ve aktif çamur sistemlerine yönelik Genel ar tma tesisi maliyeti içinde öngörülen in aat ve i letme maliyetlerinin ayr lmas için a a daki fonksiyon kullan labilir: C = AQ b 10.1 Bu denklemde Q, m 3 /gün cinsinden ortalama at ksu debisi ve C 1000 $ cinsinden, tahmini çamur maliyeti olmak üzere çe itli ar tma dereceleri için a a daki katsay lar uygulanmaktad r: n aat Maliyetleri: Birinci kademe ar tma A: ; b: 0,6463 kinci kademe ve daha üstü A: ; b: 0,7384 Y ll k letme ve Bak m Maliyetleri: Birinci kademe Ar tma A: 0,5554 ; b: 0,8653 kinci kademe ve daha üstü A: 2,3851 ; b: 0,8518 At ksular n Toplanmas : Tali at ksu kanallar, ku aklama kolektörleri, tüneller ve bas nçl hatlar için geli tirilen genel maliyet e rileri ekil ve Tablo de verilmi tir. Bu maliyet e rileri öncelikle yerel birim fiyatlara ve in aat ihalelerinde verilen fiyatlara dayanmakta ve 1993 y l ortalar ndaki fiyatlar yans tmaktad r. Bunlar n USD cinsinden olmas günümüz (1998/99) planlama amaçlar için hala uygun kabul edilmekte, çünkü bu süre zarf nda USD enflasyonunun ortalamas (Merkez Bankas taraf ndan yay nlanan resmi dolar deflatör endekslerine göre %15) USD baz ndaki maliyetlerdeki dü ü le durma e ilimini göstermektedir. Bu durumu do rulamak üzere fiyatlar en son tekliflerle kontrol edilmi tir. Gösterilen maliyetler sadece in aat içermekte, mühendislik 389

398 hizmetleri, beklenmedik masraflar ve vergileri kapsamamaktad r. Pompa istasyonlar için in aat maliyetleri, stanbul sisteminde daha önce projelendirilmi istasyonlar için yap lan maliyet tahminlerinden geli tirilmi tir. At ksu kanalizasyon birim maliyetleri baca ve baca kaplamalar n, borular, birle imleri, kaz lar, dö emeyi, dolguyu, ula m ve s n ra kadar olan tali ba lant lar içerir. Tahminlerde, kaplamas z alanlar için olan de erler kullan lm t r. Yerel at ksu kanalizasyonu tali kanallar için in aat maliyetleri, bacalar n fiyat n, ba lant lar n (mülkiyet s n r na kadar), yol ve kald r mlar n eski haline getirilmesi dahil kanal n beher metresi için 150 $ olarak tahmin edilmi tir. Yerel tali ya mursuyu drenaj için in aat maliyetleri, ya mursuyu kanal n n beher metresi için 200 $ olarak tahmin edilmi tir. Bu de erler, mühendislik hizmetleri, beklenmedik masraflar ve vergileri kapsamamaktad r. At ksu kolektörleri ve ya mursuyu kanallar bilgisayar destekli tasar m yöntemine dayanarak, baca say s n, kolektör veya kanal boyunca kaz derinli ini de dikkate alan, detayl bir maliyet ara t rmas yap larak tahmin edilmi tir. At ksu kanallar ve di er borular için y ll k i letme ve bak m maliyeti, söz konusu at ksu kanal veya boru hatt n n yat r m maliyetinin %0,6s olarak tahmin edilmektedir. Y ll k yenileme maliyeti ilk yat r m maliyetinin %2si olarak dü ünülmektedir; ancak yenileme 20 y l sonra uygulanacakt r. Tablo Tali At ksu Kanallar n n Temin ve n aat Birim Fiyatlar (1998 ortas ) (10). Çap (cm) Birim m m m m m m m m m Kaplamas z alanlarda($) Kaplamal alanlarda ($) Malzeme cinsi Beton Beton Beton Beton Betonarme Betonarme Betonarme Betonarme Betonarme Not: yukar daki fiyatlara baca maliyeti, borular, fitingler, kaz, yataklama, yerle tirme, dolgu, ta ma ve mülkiyet hududuna kadar ev ba lant lar dahil, mühendislik ve beklenmeyen giderler ile vergiler hariçtir. Maliyet hesaplar nda kaplamas z alan fiyatlar kullan lm t r. 390

399 ekil Tali at ksu kanallar n n temin ve in aat birim fiyatlar (1998 y l ortas ) (10). ekil Kolektörlerin temin ve in aat birim fiyatlar (1998 y l ortas ). 391

400 ekil Tünellerin in aat birim maliyetleri (1998 y l ortas ) (10). ekil At ksu bas nçl boru hatlar temin ve in aat birim tahmini maliyetleri (1998 y l ortas ) (10). 392

401 Tablo Kolektörlerin Temin ve n aat Birim Fiyatlar (Kaplamas z Alanlar; 1998 ortas )(10). Çap (cm) Birim m m m m m m m m m m m m Birim Maliyet ($) Malzeme cinsi Betonarme Betonarme Betonarme Betonarme Betonarme Betonarme Betonarme Betonarme Betonarme Betonarme Betonarme Betonarme Tablo Tünellerin n aat Birim Maliyetleri (1998 ortas ) (10). Çap (cm) Birim m m m m m m m Birim Maliyet ($) Malzeme cinsi Betonarme Betonarme Betonarme Betonarme Betonarme Betonarme Betonarme Tablo At ksu Bas nçl Boru Hatlar Temini ve n aat için Tahmini Birim Maliyetleri (1998 ortas ) (10). Çap (cm) Birim m m m m m m m m m m m m m Birim Maliyet ($) Malzeme cinsi Düktil Font Düktil Font Düktil Font Düktil Font Düktil Font Düktil Font Düktil Font Çelik Çelik Çelik Çelik Çelik Çelik 393

402 Deniz De arjlar : Deniz de arj hatlar n n birim maliyetlerinin hesab nda a a daki formül kullan lm t r. Birim maliyet ($/m) = 3426,6 e 0,441D 10.2 Burada D, metre cinsinden çap göstermekte olup boru cinsi. Terfi Merkezleri için Genel Maliyetler: Terfi merkezleri için genelle tirilmi yat r m maliyeti a a daki formüle göre ABD ve Dünya Bankas yöntemlerine uygun olarak hesaplanmaktad r. Burada, Maliyet (1000 $) = aq b 10.3 Q = 1000 m 3 /gün olarak ortalama debi, a = 54,3 b= 0,82 letme ve bak m maliyetleri a a daki ba nt ile hesaplanmaktad r. Burada, Maliyet (1000 $) = bf 1 eq n + bf 2 lq r + mq s 10.4 Q = 1000 m 3 /gün olarak ortalama debi bf 1 = enerji birim fiyat bf 2 = günlük i çilik birim fiyat (teknisyen) e = 19,8 n= 0,909 l = 154 r = 0,55 m = 1,086 s = 0,82 göstermektedir. Kullan lan katsay lar Türkiye artlar na uygundur. At ksu terfi merkezleri için indirgenmi nakit ak analizlerine göre, 50 y ll k i letme dönemi, analiz edilmi ve elektro-mekanik ekipmanlar n 20 y lda bir yenilenmesi kabul edilmi tir (IMC, 1999). 394

403 KAYNAKLAR 1. Soli J. Arceivala, Çevre Kirlili i Kontrolünde At ksu Ar t m, Tata McGraw Hill Publishing company limited. 2. Metcalf & Eddy, Wastewater Engineering, Treatment, Disposal and Reuse, McGraw-Hill internationaleditions. 3. O.Nowak, Expenditure on the operation of municipal wastewater treatment plants for nutrient removal Water Science and Technology, Vol.41, No:9, pp: H.Bode and T.Grünebaum, The cost of municipal sewage treatment-structure, origin, minimizitaion-methods of fair cost comparison and allocation, Water Science and Technology, Vol. 41, No:9, pp: P.Balmer, Operation cost and consumption of resources at Nordic nutrient removal plants, Water Science and Technology, Vol.41, No:9, pp: I.S.Kim, J.Y.Ryu and J.J.Lee, Status of construction and operation of large wastewater treatment plants in south Korea, Water Science and Technology, Vol.33, No:12, pp: E.H.Marsman, P.J.Roeleveld and J.H.Rensink, High nutrient removal in the three-sludge sewage treatment system: results and economic evaluation, Water Science and Technology, Vol.35, No:10, pp: C.Collivignarelli and G.Bertanza, Simultaneous nitrification-denitrification processes in activated sludge plants:performance and applicability, Water Science and Technology, Vol.41, No:9, pp: C.W.Randall and E.U.Çokgör, Performance and economics of BNR plants in the Chesapeake Bay Watershed, USA, Water Science and Technology, Vol.41, No:9, pp: IMC stanbul Master Plan Konsorsiyumu (1999) 395

404 11. ATIKSU ARITMA S STEMLER NDE ÖLÇÜ VE KONTROL Bir proses kontrol sistemi 1) kontrol edilen proses, 2) kontrol düzeninin bile iminden meydana gelir. Proses de i kenleri, kontrol sistemindeki alg lay c lar taraf ndan ölçülür. Ölçülen de er, iletilir, görüntülenir veya operatörün uygun proses ayarlamalar n yapabilmesi için kaydedilir. Kapal çevrimli di er otomatik kontrol sistemlerinde proses de i kenine ili kin önceden belirlenen bir referans de eri ile kar la t r l r ve kontrolör görevini üstlenen mikroi lemciye (bilgisayara) iletilir. Tipik bir kontrol sistemindeki elemanlar ekil 11.1de görülmektedir. ekil Tipik kontrol sisteminin bile enleri (1) Kontrol De i kenleri Bir at ksu ar tma tesisinde çok say da de i ken ölçülür ve kontrol edilir. Bu de i kenler, fiziksel, kimyasal ve biyolojik olmak üzere üç gruba ayr l r. Bu de i kenlerin yayg n örnekleri a a da verilmi tir. Kimyasal Biyolojik : ph, bulan kl k, iletkenlik, çözünmü oksijen vb. : Oksijen tüketim h z, TOK azalma h z, ço alma h z vb Birle ik Kontrol Otomatik kontrol sistemi alt ana k s mdan olu ur: 1. De i kenlerin izlenmesi için ölçüm cihazlar 2. Sinyal iletim cihaz (Transmiter) 3. Veri görüntülenmesi veya kayd 4. Kontrol çevrimi 5. Kontrolör 6. Bilgisayar ve merkezi kontrol odas 396

405 Ölçme Bölümü veya Alg lay c Cihazlar Alg lay c cihazlar (sensörler) proses de i kenlerini alg layan, ölçen veya hesaplayan cihazlard r. Bir alg lay c cihaz on-line, off-line, sürekli veya zamandan ba ms z olabilir. Yayg n olarak kullan lan on-line proses ölçüm cihazlar ve uygulamalar Tablo 11.1de verilmi tir Sinyal letim Cihazlar (Transmiter) Sinyal iletim cihazlar, alg lay c cihazlardan gelen sinyalleri kay t veya kontrol cihaz na iletmek için kullan l r. Bu sinyaller mekanik, pnömatik veya elektriksel olarak iletilebilir Mekanik Sinyal letimi Mekanik iletim, bir kalem veya gösterge hareketi ya da bir amand ra veya kablo ile yap l r. Bu iletim yöntemi, genellikle çal ma lan nda i görme veya kontrol biriminin yerle imi ile s n rlan r Pnömatik Sinyal letimi Pnömatik iletim bir dedektör ve bir kuvvetlendiriciden meydana gelir. Dedektör bir delikten ibarettir. Düzenlenmi hava giri i, daralan bir tüp boyunca bu deli e girer. Klape delikte içeri ve d ar do ru hareket ettikçe bas nç de i imi iletilir. Deli in arka k sm ndaki küçük bas nç de i imleri klapenin hareketiyle orant l d r. Bas nç de i imi düzenlenir, güçlendirilir ve al c veya kontrol birimine gönderilir. Pnömatik iletimin, elektrik ak m ile iletimine göre avantajlar ; Elektrik çarpma tehlikesi olmay, S cakl k nemden daha az etkilenmesi ve Donma probleminin olmay say labilir. Ayr ca daha güvenilir, daha az kompleks ve ileti imleri daha kolayd r. Ancak bununla birlikte, uzun tüplerde sinyal kayb olmas, dedektör ile kontrol birimi aras nda k sa aral klar gerektirmesi (en az 300m), temiz ve kuru hava gerektirmesi ile s z nt problemi gibi dezavantajlar vard r Elektrik Ak m ile Sinyal letimi Sinyallerin elektrik ak m ile iletilmesi gerilim ve ak m darbesi geni ili i veya genli i de i imi ile gerçekle tirilir. Gerilim ve ak m ile sinyal iletiminde, sinyaller miliamper seviyesinde do rusal ak m halinde veya gerilim sinyalleri halinde iletilir. Darbe geni li i veya darbe say s de i imi ile sinyal iletiminde gerilimin genli i ölçülen data süresi ile orant l d r. Genli in modülasyonu halinde, sinyaller normal telefon hatlar ile iletilir. Sinyaller genellikle on-off veya frekans modülasyonu yöntemi ile iletilir. Güvenilir radyo ve mikro dalga cihazlar ndaki son geli meler, radyo/mikrodalga ile sinyal iletimini artt rm t r. Radyo/mikrodalga ile sinyal iletimini artt rm t r. Radyo/mikrodalga özellikle data toplam noktalar n n çok fazla ve geni alanlara 397

406 yay ld ve telefon hatlar n n mümkün olmad ya da fazla pahal oldu u yerlerde uygulan r. Radyo/mikrodalga ile sinyal iletimi imdiki durumda pahal olmas na ra men özellikle büyük sistemler için kullan m giderek artmaktad r. Elektronik kontrol sistemleri giderek yayg nla maktad r. Bunlar n temel üstünlükleri; 1. Zaman kayb na yol açmaks z n çok büyük uzakl klarda kullan labilir. 2. Elektrik sinyaller, kolayl kla dijital bilgisayarlarla uyum içinde kullan labilir. 3. Elektronik birimlerde çoklu sinyal giri leri rahatça kullan labilir. 4. Emniyet teknikleri ile elektriksel problemler hemen hemen ortadan kald r lm t r. 5. Elektronik aletler daha az yer tutarlar ve montajlar daha ucuzdur Ar tma Sisteminde Otomatik Kontrolle lgili De i ik Uygulamalar: Diferansiyel Bas nç Ölçümü ile Debi Kontrolü ekil Diferansiyel bas nç ölçümü ile debi kontrolü (1). YB, AB DT PK M K A R E U E = Yüksek ve alçak bas nç = Diferansiyel Transmiter = Oransal Kontrolör = Motor = Kay t = Diferansiyel seviye alarm = Referans bas nç fark = Etkin hata = Kontrol i areti = kapak aç s 398

407 ekil Diferansiyel bas nç ölçümüyle debi kontrolünün blok diyagram (1) Havaland rma Sistemi ekil Havaland rma sistemi kontrol stratejisi (1). DT = Diferansiyel Transmiter PK = Oransal Kontrolör BT = Bas nç transmiteri K = kay t YBA, ABA = Yüksek ve alçak bas nç alarm 399

408 R P P E KV = Referans bas nç = Bas nç = Kaynak bas nc = Etkin hata = Kontrol valf Köpük Pompas ve Seviye Kontrolü ekil Köpük pompas ve seviye kontrolü (1). R = Referans bas nç PK = Oransal on/off kontrolörü AYS, AAS = Yüksek ve alçak seviye alarm S = Selenoid 400

409 Çamur Pompas ekil Çamur pompas (1). ST = Seviye transmiteri PK = Oransal kontrolör SD = Sürücü devre K = Kay t ASA, YSA= Alçak ve yüksek seviye alarm Aktif Çamur Kontrolü ekil 11.7 Aktif çamur kontrolü (1). DT = Debi transmiteri KCT = Kat madde transmiteri 401

410 KCM = Kat madde miktar hesaplay c K = Kaydedici PK = Oransal kontrolör R = Referans SD = Sürücü devre Klorlama Tesisi ekil Klorlama tesisi (1). DT = Debi transmiteri K = Kay t KA = Klor analizörü R = Referans SD = Sürücü devre M = Motor AM = Ak miktar hesab S = Selenoid P (ID) K= PID kontrolörü IK = Is kontrolörü 11.3 At ksular n Ar t m nda Kontrol Stratejilerinin Önemi At k sular n kontrolünde temel felsefe giren büyüklüklerdeki de i imlerin ve çevredev gelen bozucular n etkisini kontrol çevrimleriyle en aza indirmek ve sistemde ek kapasite sa lamakt r. Bunun için de ar tman n dinamik davran n iyi incelemek ve ileti im kapasitesi konusunda bilgi toplamak gerekir. Ar t m sistemlerine ait modellerin tam kurulamam olmas biline gelen kontrol stratejilerinin bu proseslerde 402

411 uygulanamamas na neden olur. Gelecekte at k sular n iletiminde, yönlendirilmesinde, pompalanmas nda ve kimyasal katk lar n uygulanmas nda kontrol çevrimlerinden daha etkin bir ekilde yararlan laca kesindir. Bu tür uygulamalara örnek olarak aktif çamur ve çöktürme havuzlar verilebilir ( ekil 11.9 ). ekil At ksular n ar t mda kontrol stratejisi(1). Bu uygulamada at k sular havuza tek bir nokta yerine farkl noktalardan dahil edilir. Bunun sonucu havuzun çe itli noktalar nda e it artlar sa land ndan verim artar. Ancak suyun havuza verildi i noktalardaki kapaklar n havuzdaki ko ullara uygun olarak ne ekilde kontrol edilece inin ölçümlerin nas l yap laca n n belirlenmesi gerekir. Kontrol çevrimlerin çok önem ta d di er bir uygulama havas z ar tma tesislerinde görülür. Bu tür ar tmada verimin art r lmas ve yan ürünlerin en yüksek seviyede tutulabilmesi ancak hassas ölçüm ve kontrol mekanizmalar n n uygulamas yla mümkündür. At ksu ar t m nda, yayg n on-line proses ölçüm cihazlar ve uygulama alanlar Tablo 11.1de gösterilmi tir. Tablo At ksu ar t m nda, yayg n on-line ölçüm cihazlar ve uygulama alanlar (1). Ölçülen de i kenler Cihaz Ölçülen sinyal Yayg n uygulama -Debi -Venturimetre -A zl kl debi ölçer -Orifis -Elektromanyetik ölçer -Türbin ölçer -Akustik ölçer -Parshall sava -Palmer-Bowlus sava -Savaklar -Bas nç fark -Bas nç fark -Bas nç fark -Manyetik alan ve gerilim -Pervane dönü ü -Ses dalgalar -Su yüzeyindeki seviye fark -Su yüzeyindeki seviye fark -Savaklar üzerindeki yük Gaz, s v lar Gaz, s v lar Gaz, s v lar S v lar, çamurlar Temiz s v lar S v lar, çamurlar S v lar S v lar Temiz s v lar 403

412 Tablo 11.1in devam Ölçülen de i kenler Cihaz Ölçülen sinyal Yayg n uygulama -Bas nç -S v -hava diyafram -Genle me ölçer -Körükler -Bir metal diyafram üzerinde bas nç dengesi -Sensor boyutlar nda de i me -Göstergeye ba lanm mekanik ba lant yeri Bas nç KN/m 2 Bas nç KN/m 2 Bas nç KN/m 2 -Bourdon tüpü -E ri bir tüpün dairesel olmayan en kesit alan n n e risel hareketi Bas nç KN/m 2 -S v seviyesi -Yüzgeç -S v yüzeyinde yüzen bir cismin hareketi S v yükü 0-11m -Kabarc k tüpü -Kontrollü hava kabarc üreten bir tüpte,d ar daki statik yüke göre biraz daha yüksekteki geri bas nc n ölçülmesi S v yükü 0-56m -Diyafram bulb -Di er taraftaki s v bas nc n n de i mesi nedeniyle diyafram n atmosfere aç k k sm nda bas nç de i imi S v yükü 0-15m -Çamur seviyesi -Fotosel -Bir çamur örtüsünden geçen n kar taraftan fotosel ile saptanmas Ön çöktürme son çöktürme yo unla t r c -Ultrason - ki güç çevirici aras nda iletilen ultrasonik sinyallerin saptanmas Ön çöktürme son çöktürme yo unla t r c -S cakl k - S cakl k pili - ki farkl metalden yap lm bir devrede meydana gelen ak m Anaerobik çürütücü, s cak su kazanlar 404

413 Tablo 11.1in devam. Ölçülen de i kenler -S cakl k -Termal lamba Cihaz Ölçülen sinyal Yayg n uygulama - Kapal bir kaptaki gaz n mutlak bas nc n n mutlak s cakl kla orant l olmas Çamur boru hatlar, su boru hatlar -Direnç s cakl k ölçer -Suya duyarl bir eleman n elektriksel direncindeki de i me Elektrik makinalar n n rulman ve dönme s cakl klar, anaerobik çürütücüler s cak su kazanlar -H z -Takometre (jeneratör veya drag cup tipi) - gerilim, ak m De i ken h zl pompa, blower veya kar t r c -A rl k -Hidrolik yük birimi veya genle me ölçer -Bir kol veya yay mekanizmas, bir diyafram boyunca iletilen bas nç, sensorde boyut de i me Kimyasal maddeler -Yo unluk -Gamma radyasyonu -Radyasyon kayna ile dedektör aras ndaki s v taraf ndan gamma nlar n n absorbsiyonu Biyokütle konsantrasyonu, geri devredilen yo unla t r lan ve çürütülen çamurlar -Ultrasonik sensor -Ultrasonik iletici ile al c aras ndaki s v taraf ndan ultrasonik sinyallerin kayb Biyokütle konsantrasyonu, geri devir yo unla t rma ve çürümü çamurlar -ph -Seçici iyon elektrodu -Hidrojen iyonu aktivitesi ile üretilen gerilim At ksu, kimyasal çözelti anaerobik çürütücü, yo unla t rma (su alma) ç k sular 405

414 Tablo 11.1in devam. Ölçülen de i kenler Cihaz Ölçülen sinyal Yayg n uygulama Oksidasyon/Redüksiyon Elektrod potansiyeli Oksidasyon veya redüksiyon sebebiyle potansiyel de i imi Ham at ksu havaland rma havuzunda uygun çözünmü O 2 sa lanmas anaerobik çürütücü -Toplam çözünmü tuzlar - letkenlik -Çözelti içerisinden elektrik ak m geçirilmesi Giri, ç k suyu -Çözünmü oksijen -Membran elektrot -Moleküler oksijenin indirgenmesiyle meydana gelen CO 2 Giri, havaland rma havuzu, tesis ç k -Toplam organik karbon -Karbon analizörü -Numunenin yak lmas yla meydana gelen CO 2 Tesis giri i, havaland rma havuzu giri i tesis ç k -Kal c klor -Sensor -Elektrik ç k Klor temas tank tesis ç k -Gazlar, O 2,NH 3, CT 2, H 2 S, CH 4 -Sensorlar -Elektriksel impulslar kullan lan de i ik türdeki sensor modülleri Kapal binalardaki veya tesislerin etraf nda zararl (tehlikeli) durumlar n kontrol edilmesi -Oksijen kullan m h z -Sensor kullanan respirometreler -Zamanla çözünmü oksijende meydana gelen azalma -Havaland rma havuzu -Anaerobik biyolojik artlar -Sensor, yakma -CO 2 ve CH 4 üretme h z Anaerobik çamur çürütücü 406

415 Kaynaklar (1) V.Ero lu,.öztürk vd Ka t Sanayii Ara t rma ve Uygulama Merkezi Kurulmas Projesi, 1.Ara Rapor, Ka t Sanayiine Bak, stanbul Teknik Üniversitesi. (2) Syed R.Qas m, Wastewater Treatment Plants, Planning, Design, and Operation, Technomic publication. 407

416 12. AC L EYLEM PLANI 12.1 Amac Sistem kazalar na h zl kar l k verebilmek insan ve çevre sa l na gelebilecek zarar en aza indirmek bak m ndan büyük önem ta maktad r. Bu bölümde verilen acil çal ma ve eylem plan, ar tma tesisi i letme personelinin herhangi bir acil durum kar s nda almas gereken önlemleri içeren bir rehber plan niteli i ta maktad r. Acil eylem plan nda hedeflenen ama unsur, acil durumlarda en etkili olabilecek bilgilerin operatöre önceden, etkin ve yeterli biçimde verilmesidir. At ksu ar tma tesislerinin i letilmesinde, acil eylem plan n n hayata geçirilerek olas sistem kazalar n n olumsuz etkilerinin minimize edilmesi, ancak ar tma ünitelerinde optimum i letme artlar n n, ekipman bak m n n ve sürekli izlemenin sa lanabilmesi ile mümkündür. Bu kapsamda a a daki ad mlar izlenmelidir: Bak m ve kontrol programlar nda optimum önlemlerin al nmas, Acil durum donan mlar n n çal r ve kullan ma haz r durumda tutulmas, Acil durum prosedürüne göre i letme personelinin e itimi ve bu e itimlerin belirli aral klarla tekrar, Ta nabilir pompa ve gerekli di er ekipman n kolay eri ilebilir yerlerde bulundurulmas, Acil durum kar s nda en kritik müdahalelerin zaman nda yap labilmesi için öncelikler listesinin haz rlanmas, Acil eylem durumunda operatörün ihtiyaç duyabilece i bilgilerin düzenli kaydedilerek saklanmas. Acil durum esnas nda ilgili amirlik, yard mc birimler ve ah slar ile en erken ekilde irtibata geçilmesi son derece önemlidir. Ula lmas gereken ki ilerin isim ve eri im numaralar listesi düzenli olarak güncellenerek, i letmedeki her telefonun yan na as lmal d r Hedefler Etkili bir acil eylem plan, acil durumda su ar tma ünitelerinin çal mas n n süreklili ini sa layabilir. Plan a a daki etkinlikleri sa lamal d r: Acil durumda ar tma sistemini olumsuz etkileyecek faktörleri en aza indirme veya ortadan kald rma, Acil duruma uygun kar l k verecek müdahale yöntemlerinin geli tirilmesi, Acil durum kar s nda her bir i letme personelinin kendi sorumlulu unun bilicinde olmas n sa layacak e itimler, Acil durum donan mlar n n düzenli say m, bak m, gerekti inde yenilenmesi ve i levsellik kontrolü, A a da verilen öncelikler listesinin geli tirilmesi ve etkinle tirilmesi: o Uygun hareketi belirlemek için acil durumun analiz edilmesi, o Uygulanabilir önleyici ölçümlerin yap lmas, o Uzman ekibin gönderilmesi, o Bo k s mlar listesinin kontrolü, o Son çare olarak birim, proses veya proseslerin durdurulmas, o Müdahale zaman n n en aza indirilmesi. 408

417 12.3 Acil Durumun Sebebi Acil durum artlar do al afetler, yollar n kapanmas, haberle me kay plar, tesis içi kazalar, proseste bozulma, yanl i letme, düzensiz bak m, personel dalg nl, vb. sonucunda olu abilir Do al Afetler Sistemi zarara sokacak do al afetler: Y ld r m Deprem Dondurucu hava Ta k nlar Y ld r m: Y ld r m n ciddi hasarlar ndan biri, ar tma tesisinin kontrol ve kumanda merkezine y ld r m dü mesi durumunda gerçekle ir. Bu bölümün do rudan zarar görmesi tesisteki temel elektrik ünitesinin servis d kalmas na yol açar. Bu durumda i letme operatörü ilgili yerlerin onar m na giri mek yerine, derhal uzman elektrikçi ile temas kurmal d r. Onar m, normal çal ma artlar n n mümkün oldu u kadar çabuk olu turulmas için do rudan hasar gören üniteye yap labilir, ancak genel olarak bütün elektrik sisteminin gözden geçirilmesi gerekir. Deprem: Deprem afeti hem yap da hem de boru hatlar nda zarara yol açabilir. Deprem nedeniyle enerji kesintisi olu abilece i gibi do algaz boru hatt da k r labilir. Deprem s ras nda ve sonras nda tesis personelinin almas gereken önlemler liste halinde a a da özetlenmi tir: Deprem esnas nda: ç mekanda iseniz, sa lam bir masa veya s ra alt na girin. Pencere, kap e i i, a r mobilya veya araçlar n uza nda durun. Bina sallan rken merdiveni kullanmay n. D ar da iseniz, aç kl a ilerleyin, bina ve enerji hatlar ndan uzakla n. Araba sürüyor iseniz, emniyetli bir yerde durun ancak d ar ç kmay n. Köprü üzerinde, kav akta veya tünelde durmay n. Mümkün oldu unca çabuk trafikten ç k n. A aç, elektrik lambalar, enerji hatlar veya levhalar n alt nda durmay n. Depremden sonra: Sakin kalmaya çal n. Derhal amirinize haber verin. Tüm elemanlar say n, emniyette ve yaralanmam olduklar ndan emin olun. Yaral lar bildirin. Tesis kontrolüne ç k n. Bu a amada öncelikler listesini izleyin. Binaya girmeden önce, yap sal hasarlar denetleyin. E er bina emniyetli görünmüyor ise veya yetersiz k varsa girmeyin. Bütün do algaz hatlar n s z nt ya kar denetleyin. Gaz kaça olmad ndan emin olana kadar yak c madde (çakmak, mum, vb.) kullanmay n. Gaz kaça ndan üpheleniyorsan z elektrikli cihazlar çal t rmay n. Denetleme ve kontrol tamamland nda bulgular n z derhal amirinize bildirin. 409

418 Dondurucu hava: Dondurucu hava ile ilgili önemli problemler a a daki gibidir: Enerji kesintisi: Hava hatt nda kar ve buz olu mas enerji hatlar nda bozulmalara sebep olur. Ula m güçlü ü: Buzlu artlarda, yollar n kayganla mas nedeniyle hem personelin ula m, hem de tesiste kimyasal ve çamur ta n m sorun yaratabilir. Dondurucu hava artlar nda, enerji nakil hatt n n donmas n ve kar tutmas n engelleyecek uygun önlemler al nmal d r. Bu önlemler, aç ktaki vanalar n düzenli kontrolünü, motor s tmas n n sa lanmas n ve borular n tam yal t m n kapsar. Ta k nlar: Ar tma sisteminde ta k nlar ile ilgili çok k sa sürede olu abilecek zararlar n etkisi ba l ca iki grupta toplanabilir: Prosesin, ta k n sular n n kat l m ile hidrolik olarak a r yüklenmesi, Tesis alan n n büyük bölümünün veya tamam n n sel alt nda kalmas. S z nt belli derecelerde her kanalizasyon ebekesinde bulunur ve iddetli ya larla önemli ölçüde artar. Ancak, sel yaln zca iddetli ya murlar s ras nda ve sonras nda k sa bir süre için görülür. S z nt suyu, yüzeysel ak ve bunlar n birle imi a a da tan mlanm t r: S z nt suyu, kanalizasyon sistemine giren su olup, kanalizasyon ba lant lar, boru ba lant lar, kontrol bacalar ve duvarlardan s zan sular içermektedir. S z nt suyu yüzeysel ak içermez. Yüzeysel ak, kanalizasyon sistemine de arj edilen su ile birlikte a a daki kaynaklardan olu an sular ve drenajlar içerir: servis ba lant lar, çat giri leri, bodrum, avlu ve alan drenajlar ; so utma suyu de arjlar ; do al batakl k alanlar drenajlar ; ya mur ve birle ik kanal ba lant lar ve kontrol bacalar ndan s zan sular; toplama havzas n ; ya mur sular n ; yüzey ta k n sular ve cadde y kama sular. S z nt suyu / yüzey ak, kaynak ay rt etmeksizin s z nt ve yüzey ak n n her ikisinin toplam miktar d r. S z nt suyu ve yüzeysel ak n sisteme girmesi, at ksu debisini önemli miktarda artt r r. Tesisin ana pompalar uygun kapasitede olmas na ra men, debi art tesisin yo unla t r c ve çamur geri devir hatt gibi birimlerinde hidrolik yüklemeyi artt r r. Bu durumda havaland rma tank ndaki biyolojik çamurun kalma zaman azal r ve ç k suyu kalitesi bozulur. Bu tip hidrolik yüklenmelerde al nacak önlemler s n rl d r; temel olarak operatörün debi art n kar layabilmek için baz düzenlemeler yapmas gerekir. Havaland rma h z, mümkün oldu unca fazla çamuru sistemde tutabilmek amac yla azalt lmal buna kar l k havaland rma tank na geri devir h z da yo unla t r c daki birikimi engellemek amac yla artt r lmal d r. Ya mur suyunun biyolojik oksijen ihtiyac (BO ) ço unlukla dü ük oldu undan sistemin organik yükü artmayacakt r Personel Devams zl Personel eksikli i tesisin i letilmesinde önemli bir potansiyel tehdit olu turur. Acil durum s ras nda, yollar n kapanmas ve di er ki isel kayg lar çal anlar n i e gelmesini 410

419 engelleyebilir. Bu durumda yedek personel listesinin proje yürütücüsünde mevcut olmas gerekir Yollar n Kapanmas Tesise gelen yolun kapanmas personel ula m n engeller. Bu durumlar için en etkili önlem, tesisin henüz kurulum a amas nda iken mevcut güzergahtan mümkün oldu unca uzakta alternatif bir yol olu turmakt r rtibat Kayb Haberle me, günlük i lerde rutin olarak tekrarlanan bir olgu iken acil durumlarda hayati önem kazan r. Haberle menin kesilmesi durumunda bu bölümde anlat lmakta olan hiçbir önlem ve eylem gerçekle tirilemez Kusurlu Bak m Düzenli bir bak m olmad sürece, cihazlar n ço u sonunda çal maz hale gelecektir. Bak m ekli cihazlar n ne kadar iyi ve uzun süre çal aca na i aret eder. yi ve düzenli bak m yüksek verimlilik sunarken; hatal bak m i letme ömrünü k salt r. Hatal ve düzensiz bak mdan dolay meydana gelebilecek beklenmeyen bozukluklar, at ksu ar tma ünitesinde ciddi zararlara neden olabilir. Tek bir ekipman n bozulmas acil durum yaratmadan çözülebilse bile, zay f bak m n birikmi etkileri oldukça ciddi sonuçlar do urabilir Kay ts z letme Anlay Tesis dahilinde veya yasa koyucu taraf ndan olu turulmu i letme metotlar ndan sapmalar ihmalkar i letme anlay n do urur. Özensiz i letme, hatal bak m n aksine kolayl kla fark edilemeyece inden, sistem için daha fazla zararl olup nedeni anla lamayan acil duruma yol açabilmektedir. Bu nedenle, ar tma tesisinde etkin i letme ko ullar n n sa lanabilmesi için öncelikle sa l kl i letme prosedürleri geli tirilmeli ve uygulanmal d r Kazalar At ksu ar tma sisteminin i letilmesinden sorumlu personel sürekli olarak olas tehlikelere maruz kal r. Kazalar yaralanmamalara ve cihazlar üzerinde hasara neden olur. Tesis arazisi d nda gerçekle en kazalar bile i letmeyi etkileyebilir. Örne in, kanalizasyon sistemine zehirli maddenin kaza sonucu dökülmesi zaman nda fark edilememi ise ar tma sistemi ünitelerinde de ciddi sorunlara neden olabilir Proses Ar zalar Proses ar zalar, at ksu ar tma sisteminin tek bir ünitesinde olabilece i gibi tümünde de ç kabilir. Her iki durumda da verimlilik dü er. Çok k sa zaman dilimlerinde prosesin tamam n etkileyecek hasara neden olan olaylar sel bask nlar, deprem, y ld r m, dondurucu so uk, güç kayb, sabotaj ve toksik kazalard r. 411

420 12.4 Acil Eylem Plan Personel Sorumlulu u Mevcut personelin örgütlenmesi ve hareket plan n n haz rlanmas ndan kilit konumdaki idareciler sorumludur. Karma ay en aza indirecek plan n ba ar yla uygulanabilmesi için, her bir personelin acil durumda üstlenece i sorumlulu u bilmesi gerekmektedir. Proje yöneticisi acil eylem plan n n tümünden sorumludur. Güvenlik görevlileri plan n uygulamas ndan sorumlu olup sonuçlar do rudan proje yöneticisine rapor eder. A a da verilen acil eylem kontrol listesi ar tma sisteminde çal anlar n sorumlulu unu tan mlayan rehber liste olarak kullan labilir. Proje Yöneticisi: Ald acil durum mesaj kar s nda, ilk alarma dayanarak eylem plan n n meydana gelen olaya göre uygun olan bölümünü ba lat r. Amirler, kilit noktadaki personel ve yard m organizasyonlar n temsilciler önceden belirlenen acil eylem merkezinde acil durumun iddeti de erlendirilmek üzere bir araya getirir ve bu toplant da eylem plan n n ana hatlar ç kar l r. Destek personelini harekete geçirerek amirleri destekler. Gerekirse uzman yerlerden yard m ister. Normal i letme ko ullar sa lanana kadar acil eylem hareketini izler ve destekler. Gerekti inde eylem zaman, eylem metodunun uygunlu u, donan mlar, haberle me, personel e itimi, esneklik, yard mc eleman verimlili i ve kar l kl yard mla ma aç s ndan acil eylem plan n de erlendirir, ele tirir ve geli tirir. Güvenlik Görevlisi: Destek personeli de dahil olmak üzere tüm i letme personelini harekete geçirir, proses ayarlamalar n yapar gerekirse proses kontrol ve analizi için örnekleme yapar. Proje yöneticisine acil durumdaki proses artlar n ve örnekleme sonuçlar n aktar r. Acil durumlarda personelin çal mas n izler ve onlara destek verir. Operatörlerin acil eylem müdahalelerini de erlendirir ve ele tirir. Bak m Amirli i: Bak m ekibini ve yard mc personeli harekete geçirir. Operasyonu personel, ekipman, vb ile destekler. Kar l kl yard mla may koordine eder, uzmanl k bilgilerini uygular. Normal çal ma artlar sa lanana kadar kat lan ekibin çal malar n izler ve destek verir. Bak m ekibinin acil eylem çal malar n de erlendirir ve ele tirir Acil Eylem Merkezi Acil eylem merkezi olarak kullan lacak ünite ve elemanlar önceden belirlenmi ve kolayl kla ula labilen yerde bulunmal d r. Acil durum bildirildi inde, görevdeki operatörün acil durum 412

421 ile ilgili yapaca eylemler bir metot olarak elinde bulunmal d r. Bu durumda yap lacak ilk i i; alarm yerine bak m ekibini göndermektir. Tesisin kilit personeli ve irtibata geçilmesi gereken di er ah slar n telefon numaralar da dahil di er güncelle tirilmi bilgileri, sistem haritas, ar tma ünitesi ak m emas, boru ve elektrik hatt emalar yönetim binas nda bulunmal ve acil durumda operatörün kullan m na aç k olmal d r Acil Ekipman Envanteri Acil ekipman envanteri dosyada tutulmal ve ar tma prosesinde kullan lan tüm ekipman, malzeme ve kimyasallar içermelidir. Mevcut bulunmas gereken acil ekipman listesi a a da verilmektedir: Her bina ve tehlikeli bölgelere yak n yerler için en az ndan bir adet karbon dioksit veya kuru kimyasal içerikli yang n söndürücü, Tehlikeli bölgelerdeki çal malar için emniyetli ve patlamaya dayan kl ekipman, Tehlikeli bölgelerde yap lan çal malar için k v lc ms z çal an alet ve ekipmanlar, Tehlikeli bölgelerdeki atmosferi ölçmek için parlay c gaz indikatörü veya dü ük patlama limitlerini ölçer cihazlar, Çevrede, tehlikeli bölgeler için ta nabilir hava kalitesi izleme cihaz, Hortumlu ta nabilir pompa, Kürek, kepçe ve süpürge, Kalsiyum hipoklorit, Çamur vidanjör, Kuka, çapa ve benzer ekipman ve aletler, Kanal onar m ekipmanlar, Kimyasallarla çal rken kullanmak için koruyucu giysiler ve pilot gözlü ü, Tüm elektrik panellerinin önüne plastik (kauçuk) paspas, Naylon emniyet tak m, Plastik eldiven, Uçlar lastikli çizme ve donan ml giysi, Vinç tak m, Pille çal an el feneri ve cep feneri Kay tlar n Yedeklenmesi Kay t yedekleme program olu turman n maliyeti, acil durumda kaybolan kay tlar n tekrar olu turulmas ile k yasland nda çok daha az masrafl d r. Yeralt ba lant hatlar n n yerini ve durumunu gösteren kay t ve haritalar özellikle acil durumda özel önem ta r. Kay tlar n bir kopyas mikrofilmi al narak saklanabilir ancak harita ve diyagramlar n orijinal olarak saklanmas tercih edilmektedir. Harita, pafta, ak m emalar, önemli pompalama hatlar haritalar n n tam boyutlu kopyalar her y l yenilenerek ta k n geçirimsiz korunakl bir yerde tutulabilir. A a daki bilgiler kolayl kla ula labilecek ve güvenli ekilde saklanmal d r: Acil ve yedek personelinin ad, adresi, telefon numaralar, afet sorumluluklar, becerileri, Stoklanm acil durum ekipman, malzeme, kimyasallar n yeri, tipi ve miktarlar, 413

422 Acil durum teçhizat n çekmek için ekipman, araç tipi ve yerleri, Gezici pompa, jeneratör gibi mevcut ar tma ekipmanlar n n yerleri ve tipleri, A r acil durumlar için gereksinimlerin tahminleri, Standart çal ma metotlar n n tan m Acil Eylem Prosedürü Endüstriyel Kazalar ve Toksik Zehirlenme Toksik veya potansiyel toksik maddelerin çevreye bula mas durumunda artan risk nedeniyle bu konuda devlet baz nda kanun ve yönetmeliklerin resmen ilan edilmesi söz konusudur. Bu durumda çal ma, dökülen tehlikeli maddenin kayna n belirlemek için toplay c sistemde yap lmal d r. Say m, tüm endüstrilerin ar tma sistemine kat l m paylar ndan yap lmal d r. Her bir endüstri toplanan sistem haritas nda yerle tirilir ve mevcut potansiyel zararl maddelerin listelenir. Sisteme di er endüstriyel kat l mlar oldukça ayn i lemler yenileri için yap l r. Bu kay t ve bilgiler ehrin mühendislik ofisinde bulundurulmal d r. Kazan n duyurulmas için erken uyar sistemi kurulmal d r. Herhangi say da zararl madde toplu at ksu ar tma sistemine de arj edilebilir. Toplu sisteme giren endüstriyel at klar toksik bile ik, ya veya di er zararl maddeleri içerebilir. Ar tma sisteminde ve pompa istasyonunda kaza sonucu dökülen maddeler patlama ve yanmaya neden olabilirler. Yan c kar m n olu umunu önlemek operatörün sorumlulu undad r. Tehlikeli bölgedeki tüm elektrik servislerinin patlamaya dirençli olmas gerekmektedir. Kaza ve s z nt ihtimali varsa derhal ana alter ve pompa istasyonlar kontrol edilmelidir. Kontroller yabanc kokuya, pompa istasyon ç k nda renk de i imine, gaz detektörü kullan larak yan c gazlara kar da yap lmal d r. Etkilenen alana taze hava girmesi için tüm pencereler, kap lar, tavan aç lmal, havaland r c lar çal t r lmal d r. Patlay c veya parlay c gaz seviyesinin emniyetli seviyeye inmesi durumunda normal çal ma artlar na dönülebilir. Yak t, ya, benzin veya di er zararl s v lar da kaza sonucu sisteme girebilir. Örne in, benzin tankerinin devrilmesi durumunda, yang n ekibinin yolu y kamas yla bacalardan kanal sistemine oldukça fazla miktarda dökülen madde kar abilir. Yak t veya di er zararl maddeler suda yüzer halde görüldü ünde itfaiye aranmal ve yard m istenmelidir. Yak t, ya, benzin ve di er benzeri yüzen maddeler s y rma yolu ile sudan ayr labilirler. Bu maddeler toplanarak son uzakla t rma yöntemi olarak s hhi depolama tesislerine gönderilmelidirler. E er s y rma ile ya lar giderilemiyor ise operatör derhal proje yöneticisini bilgilendirmeli normal çal mada aksamay önleyecek ekilde acil eylem plan yapmal d r. At ksuda herhangi bir zararl maddeye rastlanmas durumunda personel hemen proje yöneticisine konuyu aktarmal d r. Buna ek olarak, maddenin görüldü ü zaman ve tahmini miktar not edilmelidir. Bu bilgiler maddenin kayna n belirlemede yararl olacakt r. Bu tür at klar n sisteme girmesi kanalizasyonda kirlenmeye yol açacakt r. E er kirlenme olu uyorsa, daha ileri olaylar önlemek için de arj kayna n belirlemek gerekir. Zararl ve tehlikeli maddenin merkezi ar tma sistemine de arj n en aza indirgemek için a a daki gözetim program n n uygulanmas önerilir: 414

423 Merkezi ar tma sisteminin, pompa istasyonu, kuyular, endüstriyel at k kaynaklar, herhangi zararl koku, benzin buhar, ya vb. periyodik denetlemesi yap lmal d r. Bulunan herhangi zararl madde örne i, özellikleri ve kayna n belirlemek amac yla toplanmal d r. Merkezi ar tma sistemine ya veya herhangi zararl madde kar mas durumunda hizmet verilen alandaki tüm endüstriler restoranlar da dahil olmak üzere y ll k denetimler yap lmal d r. Bu ehir izleme görevidir. Problem oldu unda kanalizasyon ebekesindeki ar zalar (bozulmalar) haber verilmeli ve düzeltilmelidir. Problem belli süre sonunda da geçmez ve düzeltme için herhangi bir çaba harcanmazsa, sorumlular yönetmelikler çerçevesinde cezaland r l r Mahalli Polis ve tfaiyenin Koordinasyonu Polis Merkezi Mahalli polis amirli inden ar tma sisteminin güvenlik derecesini kritik etmesi istenebilir. Polis Merkezinin kilit, kland rma ve çevre duvar ile ilgili tavsiyeleri yerine getirilmelidir. Alana izinsiz bir döküm oldu unda personel durumu polise bildirmelidir. Yola patlay c veya toksik madde dökülmesi durumda, polisin hemen operatörü aramas gerekti i belirtilmelidir. A a daki bilgiler elde edilmelidir: Sisteme giren malzemenin miktar ve özellikleri Kazan n (dökülmenin) yeri Kazan n zaman Örne in, zararl ve tehlikeli madde kazalar ndaki acil durumlarda polis haberle me kapasitesinden yararlanmada i birli ine gidilebilir. Özet olarak, Polis Bölümünün bu konudaki sorumluluklar : Mevcut ar tma sisteminin güvenlik derecesinin de erlendirilmesi Ar tma ünitesinin ve pompa istasyonlar n n düzenli kontrolünü yapmak Ar tma sisteminde acil durum halinde yard ma haz r olmak tfaiye Merkezi Yerel itfaiye merkezi y lda en bir kez ar tma ünitesini ziyaret ederek yang n tehlikesini en aza indirmenin yollar n önerir. Tüm binalardaki mevcut yang n söndürücü ekipmanlar, elektrik hatt n ve patlay c madde depolama alanlar kontrol edilmelidir. Tüm ar tma tesisi binalar n n planlar yang n durumunda eylem plan haz rlamak amac yla Yang n amirli ine verilmelidir. 415

424 12.7 Yaralanmalar Ne yaz k ki yaralanmalar her zaman olabilmektedir ve yaral tedavi i i konunun uzman ki iye b rak lmal d r. Birisi yaralad nda a a daki yol izlenmelidir: lk yard m uygulamas yap l r Derhal acil/t bbi yard ma ba vurulur Alanda daha fazla zarar önlemek için emniyete al n r Yang n olas l na kar ara t r l r Dökülen maddeler temizlenir T bbi yard m ve kurtarma ekibi için alan temizlenir 416

425 KAYNAK (1) 417

426 13. ARITMA TES SLER N N TASARIMI VE LET LMES 13.1 Tesis Yerle imi ve Hidrolik Profil Ar tma Tesisi Bile enleri: Bir ar tma tesisi, ba l ca a a daki belirlenen ana ve yard mc birimlerden olu ur: lk ve ara pompa istasyonlar Izgaralar, kum tutucu (gerekirse ya kapan ) ve ak m ölçerler Dengeleme ve ön çöktürme Biyolojik ar t m birimleri kinci çökeltme ve geri devir sistemi Gerekiyorsa ileri ar t m (suyun yeniden kullan m için dezenfeksiyon, ters ozmoz, vs.) Çamur yo unla t rma, artland rma ve çürütme Çamur susuzla t rma/kurutma ve bertaraf Da tma yap lar, borular ve kanallar Kontrol laboratuar ve hizmet binalar Yerle im: Bir ar tma tesisindeki üniteler, arazi ihtiyac optimum, boru boylar ve terfi yükleri minimum olacak ekilde yerle tirilmelidir. Tesis yerle imi yap l rken çamur ve kimyasal maddelere kolay ula m, araç trafi i, elektrik kablolar n n yerle imi, bak m ve tamir esaslar gözönünde bulundurulmal d r. Hidrolik Kapasite: Ar tma birimlerinin hidrolik kapasiteleri maksimum saatlik ve günlük debilere göre belirlenmelidir. Ba lant kanallar ve borular, maksimum debilerde ta mamalar için, pik debilere göre boyutland r lmal d r. Izgara ve kum tutucular n bütün debilerde sabit h zla çal malar sa lanmal ; h z kontrolü için savaklar ve di er uygun hidrolik kontrol yap lar kullan lmal d r. Biyolojik ar tma birimleri, genellikle beklenen ortalama organik yüklere göre boyutland r l r. Bu yap larda yüksek debilerde ta ma olmamas için, yeterli hava pay b rak lmal d r. Tesisteki yük kayb, ünitelerin say s, yerle im plan ve ara pompa istasyonlar na ba l olarak de i ir. Bir ünitedeki yük kayb iki faktöre ba l d r: Ünitedeki, boru ve vanalardaki ak m h z Ünite sonunda serbest dü ü istenip istenmedi ine (örne in çöktürme havuzunda) veya ünite içerisinden ak m olup olmad na (damlatmal filtre gibi) Pompa stasyonlar At ksu pompa istasyonlar, kanalizasyon ebekelerinde, ar tma tesisi giri inde ve tesis içerisinde at ksuyu yükseltmek ya da geri devir amac yla kullan lmaktad r. Pompa istasyonunun projelendirilmesi, kullan lacak pompa tipine (örne in, kuru tip, slak tip, santrifüjlü ve vidal pompalar) ba l d r (Bölüm 4 ve 8). 418

427 13.3 Izgaralar Bütün at ksu ar tma tesislerinde sonraki ünitelerdeki ekipmanlar korumak amac yla zgaralar kullan l r. Izgaralar kaba, orta ve ince olmak üzere üç tipte ele al n r. Kaba zgaralar, 400m 3 /saatten küçük debiler için kullan l r ve elle temizlenirler. Orta ve ince zgaralar, daha büyük tesislerde kullan l rlar ve mekanik olarak temizlenirler. Izgara kanal n n geni li i, minimum 0.6 metre seçilir. Bu kanallardaki h z n maksimum debide 1.0 m/s de erini geçmemesi, minimum debide ise 0.3 m/sden az olmamas istenir. Belirlenen bu h zlar, kanalda birikim (çökerme) olmamas ve zgaralarda tutulan maddelerin geçmemesi için belirlenen de erdedir. Izgaralardaki yük kayb, normalde metredir. Izgaralar düzenli olarak temizlenmezse, yük kayb artar. Izgaralarda tutulan madde miktar, at ksuyun özelli ine ve zgara çubuk aral klar na ba l d r Kum Tutucu Di er ar tma ünitelerinden önce bir kum tutucu kullan lmas gereklidir. Debisi 400 m 3 /saatten az olan küçük ar tma tesisleri için, elle temizlenen basit kum tutucular yap l r. Daha büyük tesislerde ise otomatik kum temizleme düzenekleri bulunan daha karma k kum tutucular vard r (Bölüm 4) Ya ve Gres Evsel at ksu ar tma tesislerinde ya lar, normal olarak birincil çökeltme havuzunda su üzerinde yüzerler. Bu nedenle, ön çökeltme havuzunda bir köpük ve ya toplay c sistem bulunur. Endüstri tesisleri prosesleri gere i ya l ve petrollü at klar üretiyorsa ya lar n ya kapanlar yla kaynakta tutulmas sa lanmal d r. Ya kapanlar, mümkün mertebe ana proses ünitelerine yak n yap lmal ve ya lar n di er at klara kar mas önlenmelidir. Kayda de er oranda ya ve gres üreten endüstrilerin (g da ve sabun endüstrileri, rafineriler) kendi at ksu ar tma tesislerinde genellikle bir ya ay r c bulunur Yüzdürme Üniteleri Daha hafif maddeleri gidermek için, bazen standart graviteli ya yerine havaland rmal yüzdürme birimleri kullan lmaktad r. Böylece, deterjan ve benzeri at klar n da giderimi sa lanm olur. Üç tip yüzdürme sistemi mevcuttur. Bunlar: Haval yüzdürme: Bu sistemde atmosfer bas nc nda basit havaland rma yap larak, hafif taneciklerin ve ya damlac klar n n yüzmesi sa lan r. Bu sisten daha çok köpük üreten at ksularda tercih edilir( ilaç ve g da sanayi gibi ). Çözünmü haval yüzdürme: Bu sistemde hava, kimyasal maddelerle birlikte enjekte edilir. Ka t ve yemeklik ya endüstrisi gibi baz endüstrilerde iyi sonuç vermekle beraber; evsel at ksu ar t m nda fazla kullan lmamaktad r. Kimyasal maddelerin yüksek maliyeti ve gerekli özel mekanik aksam da dikkate al nmal d r. Bu sistemin uygulamalar, baz endüstrilerle s n rl d r. Vakumlu yüzdürme: Bu sistemde s v, atmosfer bas nc nda hava ile doyurulur ve vakum alt nda reaktörden bo alt l r. 419

428 13.7 Dengeleme Tanklar At ksu ar tma tesisine endüstriyel at klar da geliyorsa, genellikle bir dengeleme tank gerekir. Bu tank n i levleri a a da belirtilmektedir (Bölüm 4): De i en debileri ve konsantrasyonlar dengelemek Kendi kendine nötralizasyona yard mc olmak Baz proseslerde ani at k bo alt mlar n n etkisinden korunmak 13.8 Ön Çöktürme Evsel at ksular n ar t mda ön çöktürme, kimyasal madde kullan lmayan basit çöktürme eklindedir. Ancak, baz endüstriyel at ksular n ar t m nda çökeltme s ras nda kimyasal madde de eklenebilir. Her iki durumda da yumakl çökelme olur. Çöktürme ile ilgili deteyl bilgiler Bölüm 4te verilmektedir kinci Kademe veya Son Çöktürme Havuzlar kinci veya son çöktürme tanklar ndaki çökelme, tabakal ve engelli (s k mal ) olmaktad r. Çökeltme tanklar, bu hususlar dikkate al narak projelendirilmelidir. Belli bir konsantrasyondan sonra tabakal çökelme olur. Partikülleri partiküller aras bir kuvvet bir arada tutar ve tüm kütle, bir çamur battaniyesi halinde çökelir. Bütün kütle, en h zl partiküllerden olu mu ças na h zla çöker. Bu kütlenin çökelme h z, bir çökelme kolonu yard m yla deneysel olarak bulunur. Partiküller belli bir konsantrasyona gelmi lerse ve birbirlerine fiziksel temas sa l yorlarsa, altta s k mal çökelme olur. Derinlik artt kça, partiküllerin üzerindeki s k ma etkisi artar ve çamur k smen yo unla r. Aktif çamur prosesinde kar la lan baz i letme problemleri, biyolojik faktörlerden ziyade kötü çökelmeden kaynaklanmaktad r. Son çökeltme tanklar, hem durulama, hem de çamuru yo unla t rma fonksiyonlar dikkate al narak projelendirilmelidir. Bunun için bir maliyet optimizasyonu yakla m yap labilir. Geri devir miktar artt r larak, aktif çamur havaland rma havuzu hacmi azalt labilir. Fakat, bu durumda son çökeltme havuzundaki kat madde yüklemesi artaca ndan, boyutlar ve maliyet yükselecektir. Bu nedenle konuya bir bütün olarak yakla mak gerekir Biyolojik Ar tma Biyolojik ar tma ilgili konular Bölüm 5te detayl olarak verilmi tir Çamurun Susuzla t r lmas ve Bertaraf Bütün biyolojik at ksu ar tma proseslerinde bir miktar fazla çamur olu ur. Çamur bertaraf, baz durumlarda hijyen ve maliyet yönünden sorunlar do urur. Fakültatif havaland rmal lagünlerde ve alg (stabilizasyon) havuzlar nda fazla çamur, ünitede çökelir ve birkaç y lda bir ünite bo alt larak uzakla t r l r. Üniteden al nan çamur, genellikle do al kurumaya b rak l r ve kuruduktan sonra gübre ya da arazi dolgusu olarak kullan l r. 420

429 Uzun havaland rmal proseslerden elde edilen fazla çamuru yeterince stabilize oldu undan, do rudan çamur yo unla t r c ya al n r ve sonra bertaraf edilir. Aktif çamur ve damlatmal filtre çamurlar çamur çürütücüye verilir ve daha fazla stabilize olmas sa lan r. Çamur ancak bu i lemden sonra susuzla t r l r. Çamurla ilgili detayl bilgi Bölüm 8de verilmi tir Ar tma Tesislerinde letme için Gereken Güç htiyac Bir at ksu ar tma tesisinin güç ihtiyac, iki ekilde hesaplanabilir: Kurulu güç (beygir gücü veya kw cinsinden) Kullan lan güç (kw-saat cinsinden) Kurulu güç, tesisteki her bir ünitenin güç ihtiyaçlar n n toplanmas yla bulunur. letme için gereken güç ise, kurulu güçle herbir ünitenin günlük çal ma süreleri (saat) çarp m yla bulunur Personel Bir ar tma tesisi için gerekli personel say s, tesisin tipine ve büyüklü üne ba l d r. letme sorumlusu bir çevre mühendisi olabilir. Ba ar l bir i letme için, farkl disiplinlerden (çevremakina) elemanlara ihtiyaç vard r. Operatörlerin genellikle makine veya elektrik konular nda uzman olmas gerekir. Ayr ca yeter say da yard mc elemanlar da gerekir. Bütün personel, gün boyunca vardiyal çal r. Ar tma tesislerinin özel sektör eliyle çal t r lmas, daha ekonomik olabilir ve genellikle bu yola gidilir. Ancak, i letmeyi yapan özel sektörün de çevre ve de arj artlar n sa lay p sa lamad n denetleyecek bir üst kontrol kurumu bulunmal d r Baz n aat Esaslar Bu bölümde tipik ihale dokümanlar nda bulunan detayl in aat artnameleri de il; sadece, baz önemli hususlar verilecektir. Yüklenici (müteahhit), su tutucu beton yap lar konusunda tecrübeli olmal d r. Su tutucu bir beton yap lar ba tan sa lam yap lmal d r. Pompa istasyonlar ve pompalarla ilgili olarak, Bölüm 4 ve 8de belirtilen hususlar gözönünde bulundurulmal d r. S v derinli i 1 metreden dü ük olan aç k kanallar ve da tma yap lar, yerel tu la veya ta malzemelerle yap labilir. Üniteleri birbirine ba layan borular, genellikle gömülü olmal d r. Bu nedenle, özellikle bas nçl hatlarda font ve çelik borular tavsiye edilir. Borular, boru hendekleri kapat lmadan önce bas nç testine tabi tutulmal d r. Boru geçen zemin slak ve korozif ise, yüksek yo unluklu polietilen (HDPE) veya PVC borular kullan l r. Ya esnas nda yüzey sular n n ünitelere ve pompa istasyonlar na girmesini önlemek için, ya mur suyu drenaj sistemi planlanmal d r. Damlatmal filtre kullan lacaksa, kabul edilebilir ve artnameye uygun ta ortam (veya plastik ortam) seçilmelidir. Uygun kalitede ta kullan lmazsa, at ksuyla temas sonucunda ta lar bozulabilir ve bo luklar t kanabilir. Bu da, havaland rmay azaltabilir. Klasik aktif çamur ve uzun havaland rmal tesislerde havaland rma ekipmanlar, e it hava/oksijen sa layacak ekilde yerle tirilmeli ve korozyona kar korunmal d r. 421

430 Havaland rma için PVC veya HDPE borular kullan l r. Havaland rma teçhizat n n su alt nda kalan k s mlar, plastik kaplan r veya boyan r. Çamur kurutma yataklar nda alt drenlerin yerle imi, çak l yatak malzemesi özellikleri ve derinlikleri artnamede tarif edilmelidir. Gerekirse, her ünitenin kolayca bo alt lmas için dip tahliye sistemi olmal d r. letmede kolayl k amac yla, üniteler, by-pass yap lacak ekilde projelendirilmeli ve in a edilmelidir Baz Mekanik/Elektriksel Hususlar Ar tma tesisinin mekanik ve elektrik teçhizat, tesisin bulundu u bölgenin iklim artlar na ve ana elektrik tesisat na uygun olmal d r. Motorlar n ve straterlerin seçiminde genellikle a a daki kurallar uygulan r hpye kadar sincap kafesli endüksiyon motorlar, 150 hpden büyük güçler için ise kayar halkal motorlar seçilir. Motor kapaklar, mahalli artlara göre yap l r. Yer D ar da, normal D ar da, gaz ç kma ihtimali var Temiz, içeride Motor kapaklar Ba lama ve durdurma için seviye kontrolü Alev önleyici, fanla so utma Damlay, s z nt y önleyici - Starterler, motorun tipine ve büyüklü üne ba l d r. Motor Starter 5.0 hpye kadar endüksiyon motoru Direkt, s ral hp aras Y ld z-delta Kayar halkal motor Stator/rotor Kullan m Ham at ksu pompalar At ksu geri devir pompalar ve çamur pompalar Çamur ve humus pompalar Kontrol Ba lama ve durdurma için seviye kontrolü Alçak seviyeli durdurma anahtarlar Zaman ayarlay c Kablolar, PVC kaplamal olmal d r. D ar daki kablolar, kablo kanallar na yerle tirilmelidir. Bu kanallar, asgari 1 metre derinli inde olmal ve yerlerini gösteren i aretler konulmal d r. Kontrol odas nda bir kontrol paneli bulunmal d r. Ayr ca, operatörün ne yapt n anlamas bak m ndan, basit hidrolik ak m gösteren bir küçük diyagram çizilmelidir. 422

431 D ar daki tüm motorlar için kontrol panelindekilerden ayr olarak ikinci bir kontrol dü mesi sa lanmal d r. Devir dü ürücülerde genel amaçlar için 1.75 faktörü, havaland r c lar için 2.0 faktörü uygulanmal d r. Genel ayd nlatma alan nda lüx ayd nlatma sa lanmal d r Yeni Bir Ar tma Tesisinin letmeye Al nmas Yeni in a edilmi bir ar tma tesisi, ad m ad m i letmeye al n r. Bu ad mlar: Kuru çal t rma Ya çal t rma Tam olarak devreye alma Performans deneyleri Tüm mekanik aksam, öncelikle teker teker kuru olarak çal t r l r. Bunun amac, bütün mekanik aksam n çal t ndan emin olmakt r. Daha sonra giri ler, ç k lar ve di er üniteler s zd rma kontrolü için, su ile doldurularak kontrol edilir. En sonunda, at ksu verilecek tesis normal i letmeye al n r (ba lang çta seyreltilmi at ksu verilebilir). Bu esnada pompalar, havaland r c lar ve geri devir ekipmanlar (k saca tüm ekipman) devreye sokulur. Proses için gerekirse, kimyasal maddeler eklenir. Biyolojik havaland rma sistemlerinde, gerek aktif çamurda yeterli ask da kat madde (AKM) olu umu için, gerek damlatmal filtrede ta veya plastik ortam üzerinde biyolojik film olu umu için, 6-8 hafta (bazen daha fazla) zaman gerekir. So uk iklimlerde sürüyorsa, bu süre havas z çamur yatakl reaktörlerde daha da fazla olur. Alg (stabilzasyon) havuzlar nda mahalli alg türleri ürer. Ba ka bir yerden alg ta nmas na gerek yoktur. Mahalli türler, her zaman daha iyi sonuç verir. Tesise bazen hidrolik, organik ve hatta toksik ok yükler geldi inde problemler görülür. Bu durum, ya kaynakta kontrol edilir, ya da dengeleme/nötralizasyon i lemleri uygulan r saat süreyle normalin üç kat ndan fazla hidrolik ve organik yük (BO ), genellikle ok yük olarak adland r l r. Tesis devreye al nd ktan sonra, performans deneylerine geçilir. Bu a amada çe itli numuneler al n r ve analizler yap l r Tesislerin Rutin letme Esaslar Bir ar tma tesisinde rutin i letme esaslar unlard r: Performans kay tlar n n tutulmas : Performans kay tlar n n tutulmas, tesisin performans n n art r lmas için de erlendirme yapma olana sa lar. Enerji, kimyasal maddeler ve di er maliyet unsurlar ndan tasarruf yap larak, i letme masraflar n n azalt lmas n n olanaklar ara t r labilir. Koruyucu bak m: Koruyucu bak m n amac, i letme esnas nda minimum kesinti sa lamakt r. Çünkü, at ksu ar tma tesisinin bir ünitesindeki ar za, ünitenin by-pass yap larak bo alt lmas n ve ar za giderildikten sonra tekrar i letmeye al nmas n gerektirebilir. Bunlar n hepsi pahal i lemlerdir. Baz yedek parçalar ve kimyasal maddeler yedeklenmelidir. Bak m i lemleri, düzenli yap lmal d r. 423

432 letme el kitab : Projeci ve in aat firmas taraf ndan genellikle bir i letme el kitab haz rlan r. Bu kitapç kta a a daki hususlar bulunmal d r: - letme esaslar ve deneme çizelgeleri - Koruyucu bak m esaslar - Kay t tutma Kontrol laboratuar : Laboratuar, ar tma tesisinin i letilmesinde anahtar rol oynar. Bazen kalite kontrolü gereklidir. Ciddi bir kontrol yap lmazsa, ayn numune için BO testi bile %100 farkl sonuçlar verebilir. E itim: Operatör e itimi a r büyütülmemelidir. ba nda e itim yeterli olmamakla beraber; pratikte tek e itim ekli de budur (Ortak) At ksu Ar tma Tesisleri Birçok küçük sanayi tesisine ayr ayr ar tma tesisi yap lmas yerine, bu tesislerin hepsini kapsayacak bir ortak at ksu ar tma tesis, (OAT) yap labilir. Ortak at ksu ar tma tesisinde çevrede bulunan evlerin ve tesiste çal anlar n at ksular da ar t labilir. Endüstriyel olmayan at ksular, biyolojik ar tma için a ve nütriyent sa layaca ndan faydal olabilir. Küçük ölçekli endüstri ar tma tesislerine ayr ayr ar tma yapmak yerine, ekonomik ölçekli merkezi bir ar tma tesisi yapmak daha iyidir. Bu ekilde, gelen at ksular n dengelenmesi ve kendi kendine nötralizasyonu sa lan r. Böylece, çok say da i letme personeline de gerek kalmaz. Ayr ca, tesislerin projelendirilmesi, in aat ve i letilmesi yap-i let veya yap-i letdevret modeliyle de yap labilir. Bu tesislerde de, di er tesislerde oldu u gibi baz i letme problemleri vard r. Baz endüstriler, OAT kapsam nda olmak istemeyebilir. Yine baz lar, üzerlerine dü en giderlere itiraz edebilirler. Bu tip tesislerden faydalananlar n paylar na dü en ödeme miktarlar, gerçekçi i letme esaslar na göre belirlenmeli ve a r olmamal d r. Ödeme miktarlar belirlenirken, her orta n ar tmaya gönderdi i KOI, BO ve ask da kat madde miktar bilinmelidir. Bunun bilinmesi için, gelen at ksular n devaml ölçülmesi ve analiz edilmesi gerekir. BAAT tesislerinde uygulanan bir di er yöntem de, küçük endüstrilerden gelen at ksular tankerlerle tesise ula t rmakt r. Baz durumlarda at ksuyun tankerlerle ta nmas, kanalizasyon sisteminden daha ucuza gelebilir. Böylece, daha iyi bir kontrol de sa lanm olur Sorunsuz letme Prensipleri K sa sürede gerçekle tirilecek en uygun teknolojilerde bile birçok detay vard r. Hatalar, genellikle detaylarda yap l r. Bu nedenler al nmas gereken baz temel tedbirler a a da s ralanm t r (1): Pompa istasyonlar n n say s minimum tutulmal d r. Mümkün mertebe ara pompa istasyonlar ndan kaç n lmal d r. Emniyet aç s ndan pompa istasyonlar na ve slak haznelere havaland rma sa lanmal d r. Yer alt suyu seviyesi dikkate al nmal ve bütün derin yap larda suyun kald rma kuvvetine kar önlemler al nmal d r. Zay f merdivenler ve yürüme platformlar kullan lmamal d r. 424

433 Tamirat i lemlerini kolayla t rmak için minimum iki pompa, iki havaland r c ve iki paralel bölüm (birim) bulundurulmal d r. Yedek parça envanteri, mümkün oldu unca azalt lmal d r. Ta may önlemek ve tamirat durumunda bir üniteyi devre d b rakmak için, yeterli by-pass düzene i sa lanmal d r. Alarmlar ve önleyici enstrümanlar kar k de il, tam aksine anla l r ve basit olmal d r. Elektronik ekipmanlar, anahtarlar ve kablolar kolay ula labilir olmal d r. Otomatik vanalar için elektrik yerine pnömatik veya hidrolik sistemler tercih edilmelidir. Ortak çal ma prensibi do rultusunda, at ksu pompalar yla kimyasal dozlama pompalar birbirleriyle ili kilendirilmelidir. Beklenmedik bir korozyon durumunda a a daki önlemler al nmal d r o Boru et kal nl klar, gerekenden büyük seçilmeli; gerekirse beton kaplama yap lmal d r. o Dayan kl malzemeler seçilmeli. o Epoksi ve di er kaplama malzemeleri kullan lmal. o Galvanik korrozyona kar katodik koruma yap lmal Çökeltme tank nda ve slak hacimlerde gerekenden uzun kalma süresi, anaerobik artlar n (kötü koku, korozyon vb.) olu umuna sebep olur. Havaland rma cihaz tipleri dikkatle seçilmelidir. Havuz ve lagün in aatlar nda zemin s k t rmas, uygun evler ve seddeler yap l r. Kanalizasyon sistemine s z nt suyu giri i önlenmelidir. S z nt, (1) debinin artmas na, (2) tuzlulu un artmas na ve (3) seyrelmeyle at ksu karakterinin de i mesine yol açar. Bak m ve i letmenin düzgün yap lmas sa lanmal d r. 425

434 KAYNAKLAR (1) Soli J. Arceivala, Çevre Kirlili i Kontrolünde At ksu Ar t m, Tata McGraw Hill Publishing company limited. 426

435 14. ENDÜSTR YEL K RLENME KONTROLÜ Endüstriyel At ksu Kaynak ve Özellikleri stenmeyen At k Özellikleri Endüstrinin yap s ve al c ortam n planlanan kullan m amac na ba l olarak at ksudaki baz maddelerin de arjdan önce uzakla t r lmas gerekir. Bunlar öyle özetlenebilir: Çözünmü oksijenin azalmas na neden olacak çözünmü organik maddeler. Tüm al c sularda minimum çözünmü oksijen seviyesini sa lamak üzere al c ortamdaki çözünmü organiklerin miktarlar s n rland r lm t r. Ask da kat lar. Hareketsiz bölgelerde kat lar n çökmesi su canl lar n etkiler. Organik kat içeren çamur örtüleri bozunma sürecinde oksijen kullan m ve kötü kokulu gaz ç k na neden olur. Eser organikler. Al c su içme suyu olarak kullan lacaksa de arj edilecek endüstriyel at ksular n fenol ve di er organik maddeleri içermemesi gerekir. Endüstriyel at ksular bu maddeler giderilmeden de arj edilmi se ilave su ar t m gerekir. A r metal, siyanür, ve toksik organikler. Amerikan Çevre Koruma Ajans (EPA) özel limit gerektiren toksik organik ve inorganik kimyasallar n bir listesini yapm t r. Öncelikli kirleticiler olarak adland r lan bu kirleticiler Tablo 14.1 de verilmi tir. Renk ve bulan kl k. De i ik amaçl su kullan m nda zararl olmamakla birlikte estetik problem arz ederler. Ka t üretimi gibi baz endüstrilerde renk giderimi için henüz ekonomik bir yöntem geli tirilmemi tir. Azot ve fosfor. At ksu göl, gölet ve di er rekreasyonel alanlara de arj edilecekse azot ve fosfor, ötröfikasyonu h zland r p istenmeyen alg büyümesine yol açar. Biyolojik ayr maya dirençli refrakter maddeler. Belirli bir su kalitesi için bu tür maddeler istenmeyebilir. Deterjanlardan kaynaklanan ABS(alkil benzen sulfonat) biyolojik olarak ayr maz ve köpü e neden olur. Baz refrakter maddeler de su canl lar için toksiktir. Ya ve yüzen maddeler. Esteti i bozdu undan dolay yönetmeliklerde k s tlama getirilmi tir. Uçucu maddeler. Hidrojen sülfür ve di er uçucu organikler hava kirlili i probleminden dolay yönetmeliklerce k s tlanm lard r. 427

436 Tablo EPA öncelikli kirleticiler listesi (1) 1. Asenaphthen 42. Bis(2-kloroizopropil)eter 2. Akrolein 43. Bis(2-kloroetoksi) metan 3. Akrilonitril 44. Diklorometan 4. Benzen 45. Klorometan 5. Benzidin 46. Bromometan 6. Carbontetraklorür 47. Tribromometan 7. Klorobenzen 48. Diklorobromometan 8. 1,2,4-Triklorobenzen 49. Trikloroflorometan 9. Hexaklorobenzen 50. Diklorodiflorometan 10. 1,2-Dikloroetan 51. Klorodibromometan 11. 1,1,1-Trikloroetan 52. Heksaklorobütadien 12. Hexakloroetan 53. Heksaklorosiklopentadin 13. 1,1-Dikloroetan 54. Izopron 14. 1,1,2-Trikloroetan 55. Naftalin 15. 1,1,2,2-Tetrakloroetan 56. Nitrobenzen 16. Kloroetan Nitrofenol 17. Bis(klorometil)eter Nitrofenol 18. Bis(2-kloroetil)eter 59. 2,4-Dinitrofenol Kloroetil vinil eter 60. 4,6-Dinitro-o-kresol Kloronafhalne 61. N-Nitrozodimetilamin 21. 2,4,6-Triklorofenol 62. N-Nitrozodifenilamin 22. para-kloro-meta-kresol 63. N-Nitrozodi-n-propilamin 23. Kloroform 64. Pentaklorofenol 24-Klorofenol 65. Fenol 25. 1,2-Diklorobenzen 66. Bis(2-etilheksil)ftalat 26. 1,3-Diklorobenzen 67. Bütil benzil ftalat 27. 1,4-Diklorobenzen 68. Di-n-bütil ftalat 28. 3,3-Diklorobenzidin 69. Di-n-aktil ftalat 29. 1,1-Dikloroetilen 70. Dietil ftalat 30. 1,2-trans-Dikloroetilen 71. Dimetil ftalat 31. 2,4-Diklorofenol 72. Benzo(a)antrasen (1, ,2-Dikloropropan benzantrasen) 33. 1,2-Dikloropropilen 73. Benzo(a)piren (3, ,4-Dimetilfenol benzopiren) 35. 2,4-Dinitrotoluen 74. 3,4-Benzofloranten 36. 2,6-Dinitrotoluen 75. Benzo(k)floroanten (11, ,2-Diphenilhidrazin benzofloranten) 38. Etilbenzen 76. Krisen 39. Fluoranten 77. Asenaftalin Klorofenil fenil eter 78. Antrasen Bromofenil fenil eter 79. Benzo(ghi)perilen (1,12- benzoperilen) 80. Floren 81. Fenantren 82.Dibenzo(a,h)antrasen (1,2,5,6-dibenzantrasen) 83. Inden(1,2,3-cd) piren (2,3- o-penilenefrin) 84. Piren 85. Tetrakloretilen 86. Toluen 87. Trikloroetilen 88. Vinil klorür(kloroetilen) 89. Aldrin 90. Dieldrin 91. Klordan DDT 93. 4,4-DDE (p,p-ddx) 94. 4,4-DDD(p,p-TDE) 95. -Endosulfan-alfa 96. ß-Endosülfan-beta 97. Endosülfan sülfat 98. Endrin 99. Endrin aldehit 100. Heptaklor 101. Heptaklor epoksit BHC-alfa 103. ß-BHC-beta BHC(lindan)-gama BHC-delta 106. PCB-1242(Aroklor 1242) 107. PCB-1254(Aroklor 1254) 108. PCB-1221(Aroklor 1221) 109. PCB-1232(Aroklor 1232) 110. PCB-1248(Aroklor 1248) 111. PCB-1260(Aroklor 1260) 112. PCB-1016(Aroklor 1016) 113. Toksafen ,3,7,8- Tetraklorodibenzo-p-dioksin (TCDD) 428

437 At ksu Kaynak ve Özellikleri Endüstriyel at ksular n kirlili i ve hacmi üretim baz nda (örn. m 3 /ton ka t veya kgboi/ton ka t), at ksu karakterindeki de i imler ise istatistiksel da l m ile verilir. Üretim tesislerinde at ksu ak karakterindeki de i im istatistik yöntemlerle incelenir. Bu de i imin büyüklü ü üretilen ürünün farkl l na, at ksuyun kaynakland proseslere, üretimin kesikli ya da sürekli olmas na ba l d r. Bu konuda gösterilen özen ve hassasiyet s çrama dökülme gibi olaylar minimize edece inden istatistiksel de i kenleri azaltacakt r. Kesikli proseslerde tipik debi e rileri ekil 14.1 de, at ksu debi ve karakterindeki günlük de i imler ise ekil 14.2 de verilmi tir. ekil Kesikli bir üretimde debi de i imleri 429

438 ekil Bir domates i leme tesisinde debi ve at ksu karakterindeki günlük de i imler Ayn üretimi yapan tesislerin at ksu debi ve karakterinde de de i imler olabilir. Bunun nedeni de üretim prosesindeki farkl l klar, geri kazan m uygulamalar ve bak md r. Bu yüzden de her fabrika için at ksu yükü ve de i imini saptamak üzere karakterizasyon çal malar n n yap lmas gerekmektedir. Endüstriyel At k Ara t rmas Endüstriyel at k ara t rmas, su kullanan ve at k üreten tüm proseslerin kütle dengesini ve belirli proseslerde ve tüm tesiste at k karakteristiklerindeki de i imleri içeren bir prosedürdür. Bunun sonunda suyun korunmas ve tekrar kullan m olas l klar ile ar tma tesisine gidecek at ksuyun debi ve kirlili indeki de i imler belirlenir. Gerekli bilgileri minimum emek ile gerçekle tirmek için takip edilecek genel prosedür dört ad mda özetlenebilir: 1. Fabrikadaki bir mühendisin yard m ile proses baz nda kanal sistemin haritas haz rlan r. Bu harita örnekleme istasyonlar ve beklenen at ksu debilerini içermelidir. 2. Örnekleme ve analiz çizelgesi haz rlan r. Debiyle orant l, sürekli örnek al nmas en iyi yöntemdir ancak bu tarz örnek alma yerine göre uygun olmayabilir. Kompozit örne in periyodu ve örnekleme s kl o prosese göre belirlenir. Baz sürekli proseslerde 8, 12 veya 24 saat boyunca saatlik örnekleme yap l r. Çok dalgalanma gösteren proseslerde ise 1 veya 2 saatlik kompozit al n p analiz edilmesi gerekebilir. Endüstriyel at ksu ar tma tesislerinde belli kapasitede dengeleme ve depolama kapasitesi oldu undan daha s k örnekleme nadiren gerekir. Kesikli prosesler ise kesikli de arj s ras nda kompozitlenmelidir. 430

439 Örneklerde yap lacak analizler analizin karakterine ve amac na ba l d r. Örne in, ph anl k örneklerde ölçülmelidir. Çünkü baz durumlarda kompozitleme ile çok asidik veya bazik sular nötralize olarak tasar mda yanl bilgiye neden olabilir. K sa kal süreli biyolojik ar tma tesisi tasar m söz konusu oldu unda BOI yüklerindeki de i imler, 8 saatten daha k sa kompozit örnek al m n gerektirebilir. Havaland rmal lagünlerde ise 24 saatlik kompozit yeterli olmaktad r. Azot ve fosfor, gerekli besin elementi ihtiyac n belirlemek amac yla ölçülüyorsa, biyolojik sistemin belirli derecede tampon kapasitesi oldu undan 24 saatlik kompozitte ölçülmesi yeterlidir. Biyolojik sistem için toksik de arjlar istisnad r. Baz toksik maddelerin tek dozu biyolojik prosesi bozaca ndan bu tür maddelerin sürekli ölçülmesi gerekir. Toksik maddelerin mevcut olmas durumunda ar tma tesisinde ayr ca dikkate al nmalar gerekir. Debi ölçüm ve hesab Bölüm 1 ve Bölüm 2 de ayr nt l olarak verilmi tir. 3. At ksu debi dengesi çizelgesi haz rlan r. Datalar toplan p analizler yap ld ktan sonra tüm önemli at ksu kaynaklar n n dikkate al nd su denge diyagram haz rlan r. Bir m s r i leme prosesi su denge diyagram ekil 14.3 de verilmi tir. ekil 14.3.M s r i leme tesisi ak -madde denge diyagram 4. Önemli at k karakterlerindeki istatistiksel de i imler olu turulur. Baz at k karateristiklerindeki de i imler at ksu ar tma tesisi tasar m nda çok önemlidir. Bu tür verilerin eklenik olas l k da l mlar n veriler olas l k e risi olarak olu ma gösteren özel grafikler haz rlanmal d r. Bu ekilde haz rlanm bir grafik ekil 14.4 de verilmi tir. 431

440 ekil Ham at ksuda BOI ve AKMnin eklenik olas l k da l m Su Tekrar Kullan m ve Kaynakta At k Kontrolü Endüstriyel proseslerde, ürün kalite kontrolü ile tekrar kullan m için üst limit belirlenir. Örne in ka t endüstrisinde kapal sistem su devresinde çözünmü organik maddeler her bir çevrimde bir miktar daha artarak birikirler. Bu da kabuk kontrol maliyetini yükseltir, ka t makinelerinin kapal kalma sürelerini artt r r, baz durumlarda da ka t stoklar nda renk bozulmalar na neden olur. Maksimum geri kazan m bu problemler ortaya ç kmadan önce gerçekle ir. Tekrar kullan m söz konusu oldu unda suyun kullan laca amaca göre ar tma seviyeleri de farkl olur. Ka t makineleri du sular nda püskürtme uçlar nda t kanmaya neden olmamak için tekrar kullan lacak suda kat lar n giderilmesi gerekir. Domates i leme tesislerinde domates y kama suyunun saf olmas gerekmez, ancak mikrobiyolojik kirlenmeye yol açmamak üzere dezenfeksiyon gerekir. Yan ürün geri kazan m genellikle su tekrar kullan m ile birlikte olur. Ka t üretiminde elyaf geri kazan m ar t lm suyun tekrar kullan m na olanak verir. Kaplama tesislerinde y kama sular n n iyon de i tirmeye tabi tutulmas ile tekrar kullan labilir kromik asit elde edilir. Endüstride buna benzer birçok durum vard r. Bira üretiminde su tasarrufu 3. y kaman n kaynatmada ve sonraki y kaman n f ç temizlemede kullan m ve so utma suyunun temizleme amac yla kullan m ile sa lan r. Toplam at k yükü, at k taneciklerin yar kuru vaziyette ayr lmas, mayan n fermentörlerden filtrasyon ve kurutma için uzakla t r lmas ve so uk depolama tanklar nda çökeltinin çamur halinde uzakla t r lmas ile azalt labilir. Birçok durumda bu operasyonlar sonucu ticari de eri olan yan ürünler elde edilir. Rafinerilerde kullan lm kostik çözeltisi yüksek konsantrasyonda sülfür, merkaptan ve fenolat içerir. Bu at n ar tma tesisine verilmeksizin ba ms z olarak ar t m, ar tma tesisi maliyetini önemli ölçüde dü ürerek ticari de eri olan ürüne dönü türülebilir. 432

441 Bir çok kimyasal n üretildi i bir organik kimya endüstrisinde detayl bir at k yükü azaltma çal mas sonucu kaynakta at k kontrolü ile 42,000 m 3 /gün debi ve 25,300 kgboi/gün lük BOI yükü 31,400 m 3 /gün ve 16,800 kgboi/güne indirilmi tir (1). Bu sonuca ula mak için yap lm çal malar Tablo 14.2 de verilmi tir. Tablo At k yükü azaltmak için proses içi de i iklikler (1) De i iklik Aç klama Toplam azalan at k yükü, % Ekipman revizyonu ve ilavesi 25 Ünitenin kapat lmas S y r c n n de i tirilmesi Eski ünite veya üründen dolay ünitenin kapat lmas. Bu kapatmalar kirlili in sonucu de ildir ancak kirlilikten dolay h zland r lm t r. Ç k gazlar n n yak lmas s ras nda amin ç k na neden olan s y r c n n de i tirilmesi 10 3 Ay rma, toplama ve yakma Ham maddeyi de i tirme Tekrar proses etme Belirli konsantre at ksu ak mlar 35 Belirli proseslerdeki yan ak mlar daha çok ürün geri kazanma ve at ksu ak m n konsantre etmek üzere toplama ve ilave i leme tabi tutma 3 Di er baz projeler Tek tek büyük çapta at k azalmas na neden olmayacak çe itli de i iklikler 21 Proses düzenlemeleri ile baz at ksu ak mlar azalt labilir veya ortadan kald r labilir. Buna en çarp c örnek boyama hatlar nda tasarruflu ve sprey y kamal tanklar n kullan m d r. Bu sayede at ksu debi ve konsantrasyonunda belirgin bir dü me sa lan r. Süt endüstrisinde s z nt lar toplayacak ekilde ekipman de i iklikleri at ksu kanal na gidecek BOI yükünün azalmas na neden olur. Tekstil üretiminde ha llama maddesinin de i tirilmesi ar t ma girecek net kirlilik yükünün dü mesini sa lar. Bunlar n d nda çe itli endüstrilerle ilgili bir çok örnek mevcuttur. Su tekrar kullan m ve yan ürün geri kazan m olanaklar ile ilgili olarak at ksu ar tma gereksinimleri geli tirilmeden önce kirlilik profili analizi yap lmal d r. Ar tma tesisi tasar m kriterleri geli tirilmeden önce baz at klar n ayr lmas dikkate al nmal d r. Baz eski tesislerde bu ekonomik veya mümkün de ildir. Baz at klar n birle tirilmesinin tehlike arz edece i durumlarda ay rma gerekebilir. Örne in kaplama endüstrisinde asidik metal banyosu at klar n n siyanürlü sularla kar mas sonucunda toksik HCN olu ur. 433

442 Endüstrilerde, at ksu ak m n n bir bölümünün ask da kat yükünün büyük bir bölümünü olu turmas gibi durumlarda sadece at ksuyun bu bölümünde AKM giderimi yap lmas gerekir. So utma sular gibi kirlenmemi sular ayr larak al c ortama do rudan de arj edilirler. At ksu tekrar kullan m, yan ürün geri kazan m ve at k ayr lmas, at k ar t m proses tasar m için temel te kil edecek revize kütle dengesi-ak diyagram n n olu mas n sa layacakt r At ksu Ar tma Prosesleri ekil 14.5 çe itli karakterde at ksular ar tabilecek kapasiteye sahip entegre bir sistemin ematik diyagram n göstermektedir. ekilde merkezde klasik birincil ve ikincil ar tma prosesleri bulunmaktad r. Üçüncül ar t m ve baz at ksular ar tan özel ar tma sistemleri de emada yer almaktad r. Toksik olmayan at klar birincil ve ikincil ar tma sistemlerinde ar tabilmekte, di er at ksular ise ancak ön ar t mdan geçirildikten sonra bu sistemlere verilmektedir. Birincil ar t mda at ksu biyolojik ar t ma uygun özelli e getirilir. Büyük kat parçac klar tutulur ve kum ayr l r. Dengeleme, at ksuyun debi ve konsantrasyonundaki zamana ba l de i imleri dengeler. Gerekti inde dengeleme tank ndan sonra at ksuyun ph nötralize edilir. Ya, gres ve ask da kat lar, yüzdürme, çöktürme ve filtrasyon ile giderilir. kincil ar tma, BOI olarak mg/l aral ndaki çözünmü organik bile iklerin biyolojik parçalanmas d r. Bu i lem aerobik proses olup genellikle aç k ve havaland r lan havuz veya lagünlerde yap l r. Baz durumlarda (kuvvetli organik at ksularda) at ksu anaerobik reaktörlerde ön ar t mdan geçirilebilir. Biyolojik ar tmadan sonra mikroorganizma ve di er ask da kat dan olu an çamur çöktürülür. Bu çamurun bir k sm prosese geri döndürülür, fazla çamur ise sistemden uzakla t r l r. 434

443 ekil Endüstriyel at ksu ar t m için alternatif teknolojiler 435

444 Birçok ar tma sistemi, birincil ve ikincil ar tmay içermekte olup ayn zamanda mikroorganizma için toksik olan maddeleri de giderebilmekteydi. Ancak günümüzde al c ortam canl lar üzerinde toksik etkisi olan öncelikli kirletici ve kal nt lar ar tabilmek önem kazand ndan bunun için ya yeni sistemler tasarlanmal veya eski kurulu sistemlere uygun yeni üniteler eklenerek mevcut sistemin kapasitesi artt r lmal d r. Üçüncül ar tma prosesleri, baz özel bile enlerin giderilmesi için biyolojik ar tmadan sonra sisteme eklenir. Örne in filtrasyon, ask da ve kolloidal kat lar n gideriminde; granüler aktif karbon organiklerin adsorpsiyonunda; kimyasal oksidasyon da gene organiklerin gideriminde kullan l rlar. Üçüncül ar tma sistemleri büyük hacimlerdeki at ksular ar tmak durumunda olduklar ndan dolay oldukça pahal d rlar. Kirleticiye özel olmad klar için baz durumlarda verimsiz de olabilmektedirler. Örne in; diklorofenol, ozonlama veya granüle aktif karbon ile giderilebilir, ancak bu prosesler ayn zamanda di er birçok organikleri de giderecektir. Biyolojik ar t m engelleyen a r metal, pestisit gibi maddeler bak m ndan zengin at ksular için kaynakta ar t m gerekmektedir. Biyolojik olarak parçalanmayan özel maddeleri içeren daha dü ük hacimli at ksular ar tmak seyrelmi ancak büyük hacimli at ksular ar tmaktan hem daha kolay, hem de daha ekonomiktir. Kaynakta ar t m için kullan lan prosesler çöktürme, aktif karbon adsorpsiyonu, kimyasal oksidasyon, hava veya buharl s y rma, iyon de i tirme, ters osmoz, elektro diyaliz ve slak hava oksidasyonudur. Mevcut ar tma sistemlerinin kapasitelerini artt rmak ve verimlerini yükseltmek için proseste baz de i ikliklerin yap lmas, pratikte s k uygulanan bir durumdur. Bunun bir örne i mikroorganizmalar n parçalayamayaca organikleri adsorbe etmek için biyolojik ar tma sistemine toz aktif karbon ilave edilmesidir. Di er bir örnek ise, biyolojik ar tmadan sonra at ksudaki fosfor ve kal nt ask da kat lar n koagülasyonla giderimidir. At ksu ar tma proseslerinin veya proses kombinasyonlar n n seçimi a a daki kriterlere ba l d r; At ksu karakteri: Bu, kirleticinin ask da, koloidal veya çözünmü, biyolojik parçalanabilen gibi hangi formda oldu unu ve toksisitesini kapsamal d r. Ç k suyu kalitesi: Ç k suyunun zehirlilik (bioassay) deney sonuçlar gibi ileriye yönelik istenebilecek de arj k s tlamalar na da planlamada yer verilmelidir. Herhangi at ksu ar tma problemi için mevcut yer ve maliyet: stenen ar tma verimine ço u zaman bir veya daha fazla ar t m kombinasyonu ile ula labilir. Ancak bu seçeneklerden yaln zca bir tanesi en ekonomiktir. Bu nedenle proses tasar m na geçemeden önce detayl bir fizibilite analizi yap lmal d r. Birçok durumda at ksuyun özellikleri saptand ktan sonra ya belirlenen tasar m parametreleri kullan larak ya da laboratuar veya pilot ölçekli deneysel çal malardan elde edilen sonuçlar kullan larak proses tasar m kriterleri belirlenir. Buna örnek olarak, bir tekstil fabrikas at ksuyunun ar tma sistemi tasar m için yap lan laboratuar çal malar verilebilir. Kimyasal ar t mda en uygun kimyasal bulmak ve ula labilecek optimum verimi saptamak önemlidir. Bu nedenle çe itli kimyasallar n denenmesi sonucunda alum ve kirecin birlikte kullan m nda %42 KOI giderimine ula lm t r (2). Benzer deney di er sektörlerin at ksular için de uygulanabilir. kinci bir örnek de yüksek konsantrasyonlu alkaloid fabrikas at ksuyunun kimyasal ar t lmas d r. Ancak bu durumda alum toplam organik karbonun (T:OK) %10unu giderebilmi tir (3). Bu at ksu için mevcut biyolojik ar tma sisteminin i letme artlar tekrar belirlenerek iyile tirme yap lm ve 1. ve 2. kademe biyolojik ar tmada s ras yla %98 ve %96 436

445 BOI ar t m verimlerine ula lm t r. Kimyasal ar t lm tekstil at ksuyunun biyolojik ar t m nda ise laboratuar sonuçlar na göre %90 KOI ar t m verimi elde edilmi tir. Bu de erleri sa layan tasar m kriterleri belirlenerek sistemin tümünün tasar m yap labilmektedir. Toksik ve toksik olmayan organik ve inorganikleri içeren kompleks kimyasal at ksular n ar t lmas durumunda uygun ar tma sistemini seçebilmek için daha s k eleme yapmak gerekir ( ekil 14.6). Burada not edilmesi gereken önemli bir konu, biyolojik ar tmadan önce a r metallerin giderilmesi gerekti idir. A r metaller biyolojik proses için toksik olabilir ve çamurda birikebilir. Bu durum çamur uzakla t rmada da problemlere yol açabilir. ekil Endüstriyel at ksu ar t m teknolojisi seçiminde yöntem de erlendirme (1). Kimyasal at klar n ar t m alternatifleri Tablo 14.3de özetlenmi tir. Biyolojik at ksu ar t m için alternatifler de Tablo 14.4de verilmi tir. Klasik at ksu ar tma proseslerinin kullan lmas durumunda ula labilecek en dü ük ar t lm ç k suyu kalitesi verileri de Tablo 14.5de gösterilmi tir. 437

446 Tablo Kimyasal ar tma teknolojileri (1). Ar tma Metodu yon de i imi At k tipi letme ekli Ar t m derecesi Yorum Kaplama, nükleer Reçine rejenerasyonlu sürekli filtrasyon Demineralize su ve ürün geri kazan m Rejenerantta nötralizasyon ve kat madde giderimi ndirgeme ve çöktürme Kaplama, a r metal Kesikli veya sürekli ar t m Ask da koloidal maddelerin tam giderimi Kesikli ar tma için 1 günlük kapasite; Sürekli ar tma için 3saat kalma zaman ; Çamur uzakla t rma veya susuzla t rma gerekebilir. Koagülasyon Karton, rafineri, kauçuk, boya,tekstil Kesikli veya sürekli ar t m Ask da koloidal maddelerin tam giderimi Flokülasyon ve çöktürme tank veya çamur (blanket) yata ; ph kontrolü gerekebilir. Adsorpsiyon Toksik ve organikler, zor ayr an bile ikler Toz karbonlu granüle kolon Birçok organikte tam ar t m Toz karbon aktif çamur prosesinde kullan l r Kimyasal oksidasyon Toksik ve zor ayr an bile ikler Kesikli veya sürekli ozon veya katalizlenmi hidrojen peroksit K smi veya tam oksidasyon Organiklerin daha çok biyolojik parçalanabilir olmas için k smi oksidasyon 438

447 Tablo Biyolojik ar tma teknolojileri (1). Ar tma metodu Stabilizasyon havuzlar letme ekli Aral kl veya sürekli de arj; fakültatif veya anaerobik Ar t m derecesi Aral kl Alan gereksinimi Kaz l toprak; gün kalma zaman Ekipmanlar Yorum - S k olarak koku kontrolü Havaland rmal lagünler Tam kar ml veya fakültatif sürekli havuzlar Yaz n yüksek; k n dü ük verim Toprak havuz, m derinlik; m 2 /m 3.gün Sabit veya yüzen yüzey havaland r c lar, veya difüzörler Lagünde kat madde giderimi; periyodik susuzla t rma ve çamur giderimi Aktif çamur Damlatmal filtre Tam kar m veya tampon ak l ; çamur geri devirli Sürekli uygulama; ç k geri devri gerekebilir %90 organik giderimi Yüklemeye ba l olarak kesikli veya yüksek Toprak veya beton havuz; m derinlik; m 3 /m 3.gün m 2 /10 3 m 3.gün Difüzörlü veya mekanik havaland r c lar;çamur ay rma ve geri devir için çöktürme mye kadar plastik dolgu Fazla çamur susuzla t r l r ve at l r ehir AAT veya aktif çamurdan önce ön ar t m Döner biyodisk Çok kademeli sürekli Anaerobik reaktörler Geri devirli tam kar m; yukar veya a a ak l filtre, ak kan yatak; yukar ak l çamur blanket Aral kl veya yüksek - Plastik diskler Çamur giderme gerekebilir Aral kl - Gaz toplama, ön ar t m gerekebilir - Ya murlama sulamas Aral kl besleme Tam; yer alt suyuna s zma ve yüzey suyuna kar ma 6.24x x10-6 m 3 /s.m 2 Alüminyum sulama borusu ve sprey uçlar ; hareketli Çamur ay rma at ksu tuz konsantrasyonu s n rl 439

448 Tablo At ksu ar tma proseslerinde ula labilen en iyi ç k suyu kalitesi (1). Proses BOI KOI AKM Azot Fosfor TÇK 1 Çöktürme, %giderim Yüzdürme, %giderim 2 Aktif çamur, <25 3 < mg/l Havaland rmal <50 - > lagün, mg/l Anaerobik >100 - < lagün mg/l Derin kuyu At n A.Ç. Sistemi hepsi Karbon <2 <10 < adsorpsiyonu, mg/l Denitrifikasyonnitrifikasyon, < <5 - - mg/l Kimyasal - - <10 - <1 - çöktürme, mg/l yon de i imi, - - < mg/l 1 TÇK: Toplam çözünmü kat 2 Kimyasal kullan lmas durumunda daha yüksek giderim elde edilir. 3 KOI giri -[BOI u (giderilen)/0.9] 4 N giri (fazla biyolojik çamur) kg; P giri (fazla biyolojik çamur, P x ) kg 5 Kullan lan reçine, moleküler durum ve istenen verime ba l d r Ön ve Birinci Kademe Ar t m Dengeleme Dengelemenin amac, at ksu karakterindeki dalgalanmalar kontrol ederek veya en aza indirerek daha sonraki ar t m prosesleri için optimum artlar sa lamakt r. At ksu miktar ve ak m ndaki de i imler göz önüne al narak dengeleme havuzunun boyutu ve tipi belirlenir. Endüstriyel ar tmada dengelemenin amac a a daki gibidir: 1. Organik madde konsantrasyonundaki ani de i imleri dengeleyerek biyolojik ar tma sistemine ok yüklemeyi önlemek. 2. Nötralizasyon için uygun ph kontrolünü sa lamak veya kimyasal gereksinimini en aza indirmek. 3. Fizikokimyasal ar tma sistemine a r at ksu girdisini en aza indirmek, kontrollü kimyasal beslemeye uygun ortam haz rlamak. 4. Üretimin olmad zamanlarda da biyolojik ar tma sistemine sürekli bir besleme sa lamak. 5. ehir ar tma sistemine yükü e it da tacak ekilde at k de arj n kontrollü sa lamak. 440

449 6. Toksik maddelerin yüksek konsantrasyonda biyolojik ar tma sistemine girmesini önlemek. Kar t rma, genellikle dengeleme olu turmak ve havuzda çökebilen kat lar n çökelmesini önlemek için yap l r. Buna ilave olarak indirgenebilen bile iklerin oksidasyonu veya BOI giderimi de dengeleme tank nda meydana gelebilir. Kar t rma amac yla uygulanan metotlar: 1. Perdeli kar t rma ve da tma, 2. Türbin kar m, 3. Difüzörle havaland rma, 4. Mekanik havaland rma. Difüzörle havaland rmada gerekli hava ihtiyac takriben 3.74 m 3 hava/m 3 at ksu al nabilir. Dengeleme tank, giren at ksu debisindeki de i kenli i dengelemek için de i tirilebilir hacimde tasarlan r böylece sabit bir ç k debisi elde edilebilir. De i ken hacimli havuz dü ük hacimli at ksular n kimyasal ar t m için uygulanmaktad r. Bu tip havuzlar, at ksuyun do rudan kanalizasyona de arj edilmesi durumunda da kullan l rlar. Normalde ehir ar tma sistemine dü ük debide at ksu girdisi oldu u zamanlarda yüksek debide endüstriyel at ksu de arj istenebilir. 24 saat süresince sabit organik yük de arj, ideal bir i letme sistemidir. Dengeleme tank ya at ksu debisi, ya da konsantrasyonunu veya her ikisini de dengelemek üzere tasarlanabilir. At ksu ar tma sisteminden müsaade edilen maksimum ç k suyu konsantrasyonu göz önüne al narak da dengeleme tank boyutland r labilir. Örne in, aktif çamur sisteminde müsaade edilen maksimum ç k suyu konsantrasyonu e er 50 mg/l BOI ise, dengeleme havuzundan de arj edilecek maksimum debi hesaplan r ve buna göre hacim bulunur. Hemen hemen sabit at ksu debisi ve kirlilik da l m olan bir at ksu için gerekli olan dengeleme süresi: (14.1) Burada: t = Kompozit örnekleme aral, saat T = dengeleme süresi, saat S i 2 = Ham at ksu konsantrasyonu de i imi (standart sapman n karesi) S e 2 = Muhtemel ç k suyu konsantrasyon de i imi, (örne in %99 güven seviyesinde beklenen de er) Aktif çamur veya havaland rmal lagünler gibi tam kar ml sistemler k smen hacim dengeleme amac yla da kullan labilirler. Örne in, tam kar ml havaland rma tank nda kalma zaman 8 saat, dengeleme için gereken toplam kalma zaman da 16 saat ise, bu durumda yaln zca 8 saatlik kalma zamanl bir dengeleme tank na ihtiyaç olacakt r. 441

450 Nötralizasyon Birçok endüstrinin at ksuyu asidik veya bazik oldu undan al c ortama veya kimyasal ve/veya biyolojik ar tma sistemine de arj edilmeden önce nötralize edilmeleri gerekmektedir. Biyolojik ar tma sisteminde, optimum biyolojik aktivite ph aral nda elde edilir. Biyolojik proseste reaksiyon sonucu olu an CO 2 tampon etkisi gösterir ve nötralizasyon meydana gelir. Bu nedenle, at ksu için gerekli nötralizasyon derecesi biyolojik ar tma sisteminde giderilen BOI miktar na veya at ksudaki asitli e ba l d r Proses Tipleri Asidik ve Alkali At ksu Ak mlar n n Kar m : Bu tip bir proseste istenilen nötralizasyona ula mak için dengelemede yeterli kalma zaman gerekir. Kireçta Yata nda Asidik At ksu Nötralizasyonu: Bu, a a veya yukar ak l sistem olabilir. A a ak l sistemde yeterli kalma zaman n sa lamak için gerekli maksimum hidrolik yüzey yükü 4.07x10-7 m 3 /dk.m 2 dir. Asit konsantrasyonu, H 2 SO 4 ün kabuklanmay önlemek için kullan lmas durumunda en fazla %0.6 olmal d r. Çok suland rma veya dolomit kireç ta n n kullan lmas durumunda etkin nötralizasyon için uzun kalma zaman gerekir. Yukar ak l yataklarda, reaksiyon sonucu olu an ürünün ortamda çökmeden uzakla t r lmas için hidrolik besleme h z artt r l r. Kireçta -yatak sistemi ekil 14.7de verilmektedir. ekil Basitle tirilmi kireçta nötralizasyonu ak diyagram (1). Asidik At ksuyun Kireç ile Kar t r lmas : Bu nötralizasyon kullan lan kirecin cinsine göre de i ir. Kirecin yap s ndaki magnezyum kuvvetli asit çözeltisinde çok reaktif olup ph 4.2nin alt nda etkindir. Kireç söndürmede reaksiyon s ve kar t rma ile h zland r l r. Reaksiyon 10 dk da tamamlan r. Bu çözelti, nötralizasyon amac yla kullan lmadan önce birkaç saat bekletilmelidir. NaOH, Na 2 CO 3 veya NH 4 OH da at ksu nötralizasyonu için kullan labilir. Bazik (Alkali) At klar: Herhangi bir kuvvetli asit, bazik at ksuyu nötr yapmada kullan labilir. Ancak sülfürik asit veya hidroklorik asit olmas durumunda fiyat n yüksekli i kullan m k s tlayabilir. Reaksiyon çok h zl d r. 442

451 %14 CO 2 içeren gaz nötralizasyonda kullan labilir. CO 2, at ksudan kabarc k halinde geçerken, karbonik aside dönü ür ve reaksiyona girer. Reaksiyon h z yava t r ancak, ph 7-8in alt na dü ürülmeyecekse CO 2 kullan m uygun olabilir. Gaz n di er bir kullan m ekli de dolgulu kulelerde at ksu ak n n tersi yönünde geçirmektir Sistem Kesikli ar t m, at ksu debisinin en fazla 380 m 3 /gün olmas durumunda kullan labilir. Sürekli ar t mda hava, kar t rma amac yla kullan l r ve ph kontrolü otomatik olarak yap l r. Minimum havaland rma h z 2.7 m s v derinli i için m 3 hava/dk.m 2 dir Proses Kontrolü Ak halindeki at ksuda otomatik ph kontrolünün, a a da belirtilen nedenlerden dolay baz mahzurlar vard r; 1. Kuvvetli asit-kuvvetli baz nötralizasyonunda kullan lan kimyasal madde miktar ile ph aras ndaki ili ki özellikle ph=7 civar nda do rusal de ildir. PH kontrolünde titrasyon e risi ekil 14.8de görüldü ü gibi çok basamakl d r. 2. At ksu ph n n de i im h z 1 birim ph/ dkd r. 3. At ksu debisi birkaç dakikada iki kat olabilir. 4. At ksuya ilave edilen az miktarlardaki kimyasal madde k sa zamanda ortamda tamamen da lmal d r. 443

452 ekil Kuvvetli asit için kireç-at ksu titrasyon e risi Kimyasal ilavesinin ad m ad m yap lmas daha iyi sonuçlar verir ( ekil 14.9). 1. reaksiyon tank nda, ph önce 3-4e, 2. reaksiyon tank nda da 5-6ya yükseltilir (veya istenen phya yükseltilir). 444

453 ekil Çok kademeli nötralizasyon prosesi (1) Ya Tutma Ya tutucuda serbest ya tank n yüzeyine toplan r ve daha sonra s y rma ile ortamdan uzakla t r l r. Graviteli ya tutucu tasar m, çap cmden büyük serbest ya taneciklerinin giderilmesi esas na dayan r. Verimi ar t lm at ksuda 50mg/l ya konsantrasyonudur. Levhal (plakal ) ya tutucu, paralel ve oluklu levhalardan olu ur. Levhal ya tutucu, cmden büyük ya damlac klar n ay rmak için tasarlanm t r. Ham at ksuda %1den az ya bulunmas durumunda levhal ya tutucu ç k nda serbest ya konsantrasyonu 10 mg/lye dü mektedir. Burada problem, yüksek ya yüklemelerinde, ya taneci inin kesme kuvvetinden dolay ar t m veriminin dü mesidir. Bu durumda at ksu giri i oluklu levhan n z tt yönünde yap lmal d r. Böylece ayr lan ya tanecikleri ak n tersi yönünde hareket ederek yükselir (burada levhalar 45 o aç l ve 10 cm aral kl yerle tirilir). Hidrolik yük, s cakl k ve ya n özgül a rl ile de i ir. Ya 20 o C s cakl k ve 0.9 özgül a rl nda en dü ük debiye sahiptir. 0.5m 3 /m 2.saatlik hidrolik yüklemelerde cm boyutundaki ya damlac klar tutulmaktad r. Tasar m çal malar nda emniyet faktörü genellikle %50 uygulan r. Levhal ya tutucu ekil 14.10da görülmektedir. 445

454 ekil Ters ak l levhal ya tutucu (1). Emülsifiye ya n serbest forma dönü mesi için emülsiyon özel ar t mla k r l r ve daha sonra serbest ya gravite, koagülasyon veya haval yüzdürme ile tutulur. Emülsiyonun k r lmas kompleks bir proses olup pratik uygulamadan önce laboratuar veya pilot ölçekli deneylerin yap lmas gerekir. Emülsiyon k rmada bir çok teknik kullan labilir. Örne in deterjan ile emülsiyon 5-60 dkda ve %95-98 oran nda parçalanabilir. Emülsiyon ortam asidik yap larak, alum veya demir tuzlar eklenerek veya emülsiyon k r c polimerler kullan larak k r labilir. Ancak alum veya demir kullanman n bir sak ncas da çok çamur olu mas d r Endüstriyel At ksu Ar t m Koagülasyon Koagülasyon, ask da ve kolloid formdaki at k maddelerin giderilmesinde kullan l r. 1nm (10-7 cm)- 0.1nm (10-8 cm) boyuttaki parçac klar kolloid olarak tan mlan rlar. Bu partiküller kendiliklerinden çökelmezler ve klasik fiziksel ar tma yöntemleriyle giderilemezler. At ksudaki kolloidler hidrofobik veya hidrofilik olabilirler. Hirofobik kolloidler (çamur, vs.) s v ortama bir yak nl k göstermezler ve elektrolit ortamda karars zd rlar. Bunlar kolayca koagüle olabilirler. Proteinler gibi hidrofilik kolloidler ise suya yak nl k gösterirler. Absorbe olan su flokülasyonu geciktirir ve bu yüzden etkin bir koagülasyon için özel i lem gerektirir. Kolloid maddeler elektriksel özelli e haizdirler. Bu özellikleri itici güç olu turarak bir araya toplanmay ve çökmeyi engeller. Kolloid maddelerin kararl l itici elektrostatik güçlere, hidrofilik kolloidler durumunda ise koagülasyonu engelleyen su tabakas nda çözünmeye ba l d r. 446

455 Kolloid maddelerin kararl l önemli ölçüde elektrostatik yüke ba l oldu undan flokülasyon ve koagülasyon sa lamak için bu yükün nötralizasyonu gerekir. Zeta potansiyeli, elektrostatik yükün büyüklü ü dolay s ile stabilizasyonun derecesi ile ilgilidir. Kolloid bir çözeltide Stabilizasyonun bozulmas dolay s ile çökmenin sa lanmas için zeta potansiyelinin dü ürülmesi gerekir. Endüstriyel at ksular n ço unda kolloid maddeler negatif yüklü oldu undan at ksuya yüksek de erlikli katyon ilavesi ile zeta potansiyeli dü ürülür. Arsenik oksidin çöktürülmesinde katyon de erli inin çöktürme gücüne etkisi a a daki durumda gerçekle ir. Na + :Mg +2 Al +3 = 1 :63 :570 Optimum koagülasyon zeta potansiyeli 0 oldu unda ortaya ç kar, Bu izoelektrik noktas olarak adland r l r. Etkin bir koagülasyon ±0.5 mv zeta potansiyeli aral n n üstünde olu ur. Koagülasyon prosesi mekanizmas ekil de verilmi tir Koagülant Özellikleri ekil Koagülasyon mekanizmas At k ar tma uygulamalar nda en çok kullan lan koagülant alüminyum sülfatt r (Al 2 (SO 4 ) 3.18H 2 O). Alkalinite bulunan bir ortamda suya alum ilave edildi inde a a daki reaksiyon olur: Al 2 (SO 4 ) 3.18H 2 O + 3Ca(OH) 2 3CaSO 4 + 2Al(OH) 3 +18H 2 O (14.2) Alüminyum hidroksit Al 2 O 3.x H 2 O kimyasal formunda olup amfoterik yap dad r. Yani asit ya da baz gibi davran r. Asidik artlarda: [Al +3 ][OH - ] 3 =1.9x

456 ph 4 de çözeltide 51.3 mg/l Al +3 mevcuttur. Alkali artlarda ise susuz alüminyum oksit çözünür: Al 2 O 3 + 2OH - 2AlO H 2 O (14.3) [AlO 2 - ][H + ] = 4x10-13 ph 9.0 da çözeltide 10.8 mg/l alüminyum vard r. Alum floklar ph 7.0 de çok az çözünür. ph 7.6 n n alt nda flok yükü pozitif, ph 8.2 nin üstünde ise negatiftir. Bu limitler aras nda flok yükü kar kt r. Bu ili ki zeta potansiyeline ba l olarak ekil de verilmi tir. ekil Alüminyum hidroksit için zeta potansiyeli-ph ili kisi Demir tuzlar da yayg n olarak kullan lan bir koagülantt r. ph aral nda çözünmeyen sulu demir oksit olu ur: Fe +3 +3OH - Fe(OH) 3 [Fe +3 ][OH - ] 3 =10-36 Asidik ph da flok yükü pozitif alkali ph da negatif, ph aral nda ise kar k yüklüdür. Ortamda anyonlar n bulunmas flokülasyon derecesini etkiler. Sülfat iyonu asit aral nda flokülasyon yükseltir, alkali aral nda ise dü ürür. Klorür iyonu hem asit hem bazik ph da biraz yükseltir. Kireç gerçek bir koagülant de ildir ancak bikarbonat alkalinitesiyle birle erek kalsiyum karbonat, ortofosfat ile birle erek kalsiyum hidroksiapatit olu turur. Magnezyum hidroksit yüksek ph seviyelerinde çöker. yi ay rma için ortamda bir miktar jelimsi Mg(OH) 2 olmas gerekir, ancak bu durumda olu an çamurun susuzla t r lmas zorla r. Kireç çamuru genellikle s k t r labilir, susuzla t r labilir ve tekrar kullan m için kalsiyum karbonat kirece dönü türmek üzere kalsinle tirilir. 448

457 Koagülant Yard mc lar Baz kimyasallar n ilavesi ile daha büyük h zla çöken flok olu umu ile koagülasyon h zlan r. Aktifle tirilmi silika çok ince alüminyum hidrat parçac klar n birbirine ba layan k sa zincirli bir polimerdir. Silika yüksek dozlarda, elektronegatif özelli inden dolay flok olu umunu engeller. En uygun doz 5-10 mg/l dir. Polielektrolitler yüksek molekül a rl kl polimerlerdir. çerdikleri adsorplanabilen gruplardan dolay partiküller veya yüklü floklar aras nda köprü olu tururlar. Alum veya demir klorür ile birlikte dü ük dozlarda (1-5mg/l) polielektrolit ilavesi ile büyük floklar (0.3-1mm) olu ur. Polielektrolitler ph dan etkilenmeksizin koloidin etkin yükünü azaltarak koagülasyonu sa larlar. Üç tip polielektrolit vard r: katyonik polielektrolitler, negatif kolloid veya floklar adsorblar; anyonik polielektrolitler, kolloid parçac klarda anyonik gruplarla yer de i tirerek kolloid ve polimer aras nda hidrojen ba na izin verir; iyonik olmayan (naniyonik) polimerler ise kat yüzeyleri ile polimerdeki polar gruplar aras nda hidrojen ba ile parçac klar adsorblayarak flokla malar n sa lar. Koagülanlar n genel uygulamalar Tablo 14.6 da verilmi tir. Tablo Kimyasal koagülant uygulamalar (1) Kimyasal proses Doz ph Aç klama aral mg/l Kireç Kolloid koagülasyonu ve P giderimi. Dü ük alkalinitede, yüksek ve de i ken P. Temel reaksiyonlar: Ca(OH) 2 + Ca(HCO 3 ) 2 CaCO 3 +2H 2 O MgCO 3 + Ca(OH) 2 Mg(OH) 2 + CaCO 3 Alum Kolloid koagülasyonu ve P giderimi. Yüksek alkalinitede, dü ük ve kararl P. Temel reaksiyonlar: Al(SO 4 ) 3 +6H 2 O 2Al(OH) 3 +3H 2 SO 4 FeCl 3,FeCl Kolloid koagülasyonu ve P giderimi. FeSO 4 7H 2 O Yüksek alkalinitede, dü ük ve kararl P. Ç k suyunda bir miktar demirin olmas na izin veriliyorsa veya kontrol edilebiliyorsa. Ekonomik at k demir kayna varsa (çelik end.). Temel reaksiyonlar: FeCl 3 +3H 2 O Fe(OH) 3 +3HCl Katyonik polimer 2-5 Fark yok Kolloid koagülasyonu veya metalle birlikte koagülasyon yard mc s olarak. nert kimyasal birikimi istenmedi inde Anyonik ve baz iyonik olmayan polimerler Fark yok Flokülasyon ve çöktürme h z n artt rmak için yard mc olarak ve filtrasyon için floklar güçlendirmek için. A rla t r c lar ve kil 3-20 Fark yok Çok seyreltik koloidal kar mlar ba rla t rmak için Koagülasyonda kompleks reaksiyonlar söz konusu oldu undan optimum ph dozu ve koagülant dozaj n tespit etmek için laboratuar çal malar yap lmal d r. Bu çal malar 1.Jartest, 2. Zeta potansiyeli kontrolü ile gerçekle tirilir. 449

458 Koagülasyon Ekipman : Endüstriyel at klar n flokülasyon ve koagülasyonu için iki temel ekipman kullan l r. Konvansiyonel sistemde h zl kar t rma tank, bunu takiben yava kar t rman n yap ld pedall flokülasyon tank bulunur. Flokla m kar m konvansiyonel çöktürme tank nda çöktürülür. Çökebilen floklar n olu ma süresini ve koagülant dozunu azaltmak için çöken çamur geri döndürülür. Böylece kimyasal madde miktar azal r, ayr ca çamur yata filtre görevi görerek ç k suyunun berrakla mas n sa lar Endüstriyel Uygulamalar Karton üretimi at ksular dü ük alum dozlar nda koagüle edilebilir. Silika veya polielektrolit ilavesi ile h zl çöken çamur olu ur. Karton üretimi at ksular n n kimyasal ar t m de erleri Tablo14.7 de verilmi tir. Tablo Ka t ve karton üretimi at ksular n n kimyasal ar t m de erleri (1) Giri Ç k Kalma süresi Çamu r At k BOI AKM BOI AKM ph Alum Silika mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l saat %kat Karton Karton Karton Ka t Mendil Ka t Mendil Emülsiye ya içeren at klar da koagülasyonla çöktürülebilirler. Emülsiyondaki ya parçac klar yakla k 10-5 cm. dir ve adsorblanan iyonlarla stabilize olurlar. Sabunlar da emülsiyon olu tururlar. Emülsiyon CaCl 2 gibi bir tuz ilavesi ile veya ph dü ürmeyle de k r labilir. Temizlik sabunu ve deterjan, suda çözünebilir ta lama ya, kesme ya, ve fosforik asit temizleyici ve çözücülerini içeren bir at ksuyun koagülasyon sonuçlar Tablo 14.8.ada verilmi tir. Bu çal mada 800 mg/l alum, 450 mg/l H 2 SO 4, ve 45 mg/l polielektrolit kullan lm t r. 450

459 Tablo Endüstriyel at ksular n koagülasyonu (1) (a) Analiz Giri Ç k ph Ask da kat,mg/l Ya ve gres,mg/l Fe,mg/l PO 4,mg/l Tablo 14.8.(b) Giri,mg/l Ç k,mg/l ABS BOI KOI PO CaCl Katyonik sürfaktanlar 88 ph Tablo 14.8.(c) Giri,mg/l Ç k,mg/l KOI BOI Toplam kat At ksudaki anyonik yüzey maddeleri koagülant dozunu artt r r. Endüstriyel çama rhane at ksular H 2 SO 4, kireç ve alum ile muamele edildi inde KOI 12,000 mg/l den 1800 mg/l ye, AKM 1620 mg/l den 105 mg/l ye dü er. Kullan lan kimyasal madde dozlar : 1400 mg/l H 2 SO 4, 1500 mg/l kireç, ve 300 mg/l alum, çöken çamur hacmi ise %25 dir. Sentetik deterjan içeren çama rhane at klar anyonik deterjan nötralize etmek için katyonik sürfaktanlarla koagüle edilir, bunu takiben de flokülasyon için gerekli kalsiyum fosfat çökeltisi olu turmak üzere de kalsiyum tuzu ilave edilir. Elde edilen tipik sonuçlar Tablo 14.8.b de verilmi tir. Lateks üretiminden kaynaklanan polimer at klar 500 mg/l demir klorür ve 200 mg/l kireç ile ph 9.6 da koagüle edildi inde %75 KOI, %94 BOI giderimi sa land belirtilmi tir (ba lang ç KOI=1000 mg/l, BOI= 120 mg/l). Ar t lan 1 m 3 at ksu için 12 kg, a rl kça %1.2 kat içeren çamur olu mu tur. Lateks temelli boya üretiminden kaynaklanan at ksular 345 mg/l alum ile ph= aral nda koagüle edildi inde ar t lan 1 m 3 at ksu için 2.5 kg a rl kça % 2.95 kat içeren çamur olu tu u belirtilmi tir. Ar t m sonuçlar Tablo 14.8.c de verilmi tir. Tekstil endüstrisi at ksular n n koagülasyon sonuçlar Tablo 14.9 da, Ka t endüstrisi at ksular nda renk giderimi ise Tablo 14.10da verilmi tir. 451

460 Tablo Tekstil endüstrisi at ksular n n koagülasyonu (1) Renk KOI Tesis Koagülant Doz ph Giri Giderim,% Giri Giderim,% 1 Fe(SO 4 ) Alum Kireç Fe(SO 4 ) , Alum Kireç Fe(SO 4 ) Alum Kireç Fe(SO 4 ) Alum Kireç Çama rhane at klar ile ph aral nda, 0.24kg Fe 2 (SO4) 3 /m 3 at ksu dozaj nda %90 BOI giderimi sa lanm t r. Tablo Ka t endüstrisi at ksular nda renk giderimi (1) Renk KOI Tesis Koagülant Doz ph Giri Giderim,% Giri Giderim,% 1 Fe(SO 4 ) Alum Kireç Fe(SO 4 ) Alum Kireç Fe(SO 4 ) Alum Kireç A r Metal Giderimi: At ksulardaki a r metaller, kireç veya kostik ilavesi ile çözünürlüklerinin en dü ük oldu u phda metal hidroksitleri eklinde çöktürülürler. Bu maddelerin ço u amfoterik olup çözünürlükleri çok dü üktür. Çözünürlü ün minimum oldu u ph ekil de görüldü ü gibi metalden metale farkl l k gösterir. 452

461 ekil Çe itli phlarda metallerin çözünürlükleri Krom ve çinkonun s ras yla ph 7.5 ve 10.2 de çözünürlükleri minimumdur. Dolay s ile bu ph de erinin üstünde çözeltideki miktarlar yükselir. Metal içeren endüstriyel at ksular n ar t m nda metallerin çökmesine engel olabilecek maddelerin ön ar t m ile giderilmesi gerekir. Siyanür ve amonyak bir çok metalle kompleks olu turarak metal giderimini engellerler. Siyanür alkali ortamda klorlama ile veya karbon üzerine katalitik oksidasyon prosesi ile giderilebilir. Nikel ve gümü metal komplekslerinin reaksiyon h z dü ük oldu undan bu metalleri içeren siyanürlü at klar n alkali ortamda klorlanmas çok güçtür. [Fe(CN) 6-4 ], [Fe(CN) 6-3 ]e dönü ür, bu form da daha ileri okside olmaz. At ksudaki amonyak, s y rma, k r lma noktas klorlamas veya di er uygun yöntemlerle giderildikten sonra metal giderimi uygulan r. Endüstriyel at ksulardaki a r metaller kireçle çöktürülerek giderilebilirler. A r metaller sülfürleri veya karbonatlar eklinde de çöktürülebilirler. 453

462 Dü ük de arj limitlerini kar lamak için çöktürme sonras de arj edilecek s v fazdaki floklar tutmak üzere filtreleme gerekebilir. Sadece çöktürme ve durultma ile ç k suyunda metal konsantrasyonu 1-2 mg/l olabilir. Filtreleme ile metal konsantrasyonu 0.5 mg/l nin alt na dü ebilir. Krom: Kromlu at klarda 6 de erlikli kromun önce Cr +3 e indirgenip sonra kireç ile çöktürülmesi önerilir. Bu reaksiyon ph <3 de gerçekle ir. Kromlu at klar n indirgenmesinde demir(ii) sülfat, sodyum meta-bisülfit, kükürt dioksit kullan l r. Demir(II) sülfat ve sodyum meta-bisülfit kuru veya çözelti halinde kullan l r. Kükürt dioksit ise sisteme gaz halinde tatbik edilir. Kromun indirgenmesi, asit ortamda daha etkili oldu undan asit karakterli indirgeme maddelerinin kullan m tercih edilir. ndirgeme maddesi olarak FeSO 4 kullan ld nda Fe +2 Fe +3 e oksitlenir; meta-bisülfit veya sülfür dioksit kullan ld nda ise SO 3-2 SO 4-2 ye dönü ür. Genel reaksiyonlar: Cr +6 + Fe +2 veya Na 2 S 2 O 5 + H + Cr +3 + Fe +3 veya SO 4-2 (14.4) Cr OH - Cr(OH) 3 Cr +6 n n Cr +3 e indirgenmesi için, FeSO 4 ün o seyreltideki asidik etkisi yeterli olmad ndan ph ayarlamas için asit ilave edilmesi gerekir. Küçük kaplama tesislerinin genellikle günlük at ksu debileri 100m 3 /günün alt ndad r. Bu tesislerde en ekonomik sistem, her biri bir günlük at ksu kapasitesinde iki tankl kesikli sistemdir. Tanklardan biri dolarken di erinde ar tma yap l r. Biriken çamur ya do rudan uzakla t r l r veya kurutma yataklar nda susuzla t r l r. Kurutma yata nda çamur 48 saatte s yr labilecek k vama gelir. Tipik bir kesikli sistem ematik görünümü ekil de verilmi tir. ekil Kromlu at ksular n kesikli ar t m Günlük at ksu debisi m 3 /günü geçerse büyük tank gereksiniminden dolay kesikli ar t m ekonomik olmaz. Sürekli sistem, asitleme-indirgeme tank, kireç ilavesinin yap ld kar t rma tank ve çöktürme tank gerektirir. ndirgeme tank nda kalma süresi pha ba l 454

463 olup, tam indirgenme için gerekli teorik sürenin en az dört kat olmal d r. Flokülasyon için 20 dakika yeterlidir. Son çöktürme tank yüzey yükü 20m 3 /m 2 /günün üstünde tasarlanmal d r. Y kama sular nda krom miktar çok de i kense, indirgeme tank öncesi dengeleme yap lmal d r, böylece kimyasal madde besleme sisteminde çok oynamalar olmaz. Arsenik: Arsenik ve arsenikli maddeler, metalurji endüstrisi, cam ve seramik üretimi, deri i lemleri, boya, pestisit üretimi, baz organik ve inorganik kimyasal üretimi, petrol rafinerileri ve nadir-toprak metalleri endüstrileri at ksular nda bulunur. At ksulardan arsenik kimyasal çöktürme ile giderilir. ph 6-7 de sodyum veya hidrojen sülfür ilavesi ile arsenik, sülfürü eklinde çöktürülür. Çöktürme sonras ar t lm su ç k nda arsenik seviyesi 0.05 mg/l olur. De arj limitlerini sa lamak için filtreleme gerekir. Dü ük miktarda arsenik aktif karbonla filtreleme ile de dü ürülebilir. Bu yöntemle arseni in 0.2 mg/l den 0.06 mg/l ye dü tü ü belirtilmektedir. Arseni in Fe(OH) 3 floklar na ba lanarak da giderimi mümkündür. Bu prosesle 0.005mg/l nin alt nda ç k suyu arsenik miktarlar na ula lm t r. Baryum: Baryum boya ve pigment endüstrisi, metalurji endüstrisi, cam, seramik ve boya üretimi, ve lastik vulkanizasyonu proseslerinden ç kar. Patlay c üretimi at klar nda da bulunur. Baryum at ksudan baryum sülfat eklinde çöktürülerek uzakla t r l r. Baryum sülfat n çözünürlü ü çok dü üktür. Maksimum teorik çözünürlü ü 25 o C da 1.4 mg/l baryumdur. Sülfat fazlal nda baryumun çözünürlü ü azal r. Baryum tuzlar n n, baryumsülfat formunda koagülasyonu ile ç k suyunda baryum seviyesi 0.5 mg/l ye dü er. Baryum iyon de i imi ve elektrodiyaliz ile de giderilebilir. Ancak bu yöntemler kimyasal çöktürmeye k yasla daha pahal d r. Kadmiyum: Kadmiyum metal ala mlar, seramik, elektrokaplama, foto raf, pigment, tekstil boyama, kimya sanayi ve kur un madeni dren sular nda bulunur. At ksulardan kadmiyum çöktürme veya iyon de i tirme ile uzakla t r l r. At ksu konsantre ise elektrolitik ve buharla t rma geri kazan m yöntemleri de uygulanabilir. Alkali phda kadmiyum çözünmez ve stabil hidroksiti formuna dönü ür. Çözeltideki kadmiyum ph=8de 1 mg/l, ph=10-11de ise 0.05 mg/l dir. Demir hidroksit ile ph=6da birlikte çöktürme sonucu kadmiyum mg/lye dü erken, ph=8.5 da demir hidroksit ile 0.05e dü er. At ksuda siyanür gibi kompleks olu turucu iyon mevcutsa kadmiyum çökmez. Bu durumda bu kompleks yap c iyonun kadmiyumun çöktürülmesi öncesi at ksudan uzakla t r lmas gerekir. Siyanür durumunda, önce siyanürü oksitleyip arkadan kadmiyum oksit olu umuna sa layan, hidrojen peroksitli oksidasyon-çöktürme yöntemi ile kadmiyumun ekonomik olarak geri kazan m mümkün olmaktad r. Bak r: Endüstriyel at ksularda bak r kayna metal dekopaj ve kaplama banyolar d r. Bak r tuzu ve bak r katalizör kullan lan kimya fabrikalar nda da at ksular bak r içerebilir. At ksulardan bak r, çöktürme ve iyon de i imi, buharla t rma, ve elektrodiyaliz gibi geri kazan m prosesleri ile giderilir. Geri kazan lan bak r n ticari de eri geri kazan m yönteminin çekicili ini belirler. 200mg/l nin alt nda bak r içeren at ksularda iyon de i imi ve aktif karbon yöntemleri daha ekonomik olmaktad r. Alkali phda bak r, çözünürlü ü dü ük metal hidroksit eklinde çöker. Ortamda yüksek miktarda sülfat bulunmas durumunda olu an çamurda bak r n geri kazan m ekonomik olmaz. Bu nedenle saf bir çamur elde etmek için daha pahal NaOH kullan m önerilmektedir. Bak r oksit ph = aral nda en dü ük çözünürlü e 455

464 sahiptir (0.01 mg/l). Uygulama göstermi tir ki kimyasal çöktürme ile ekonomik olarak eri ilebilen en dü ük bak r düzeyi mg/ldir. ph=8.5 da sülfürle çöktürme sonucu ç k suyunda mg/l bak r seviyelerine inilebilmektedir. At ksuda siyanür ve amonyak gibi kompleks olu turucu iyonlar n bulunmas durumunda ar t lm suda dü ük bak r seviyeleri sa lamak zorla r. Yüksek oranda bak r giderimi için bu iyonlar n ön ar t m ile giderilmesi gerekir. Bak r siyanür aktif karbonla etkin bir ekilde giderilebilir. Florür: Endüstriyel at ksularda florür, cam üretimi, elektrokaplama, çelik ve alüminyum, pestisit ve gübre üretimi at ksular nda bulunur. Florür, kireç ile kalsiyum florür eklinde çöktürme ile giderilir. Ar t lm sularda mg/l bakiye florüre ula mak mümkündür. At ksuda magnezyum bulunmas durumunda daha ileri florür ar t m sa land belirtilmektedir. Bunun nedeni olarak magnezyum hidroksit floklar n n florür iyonlar n adsorplamas d r. Bu durumda ç k suyunda 1.0 mg/lnin alt nda florüre ula mak mümkün olmaktad r. Dü ük konsantrasyonda florür iyon de i tirme ile giderilebilir. Endüstriyel at ksular, aktifle tirilmi alumina yatakta temas ile, kireçle çöktürme sonras 30 mg/l olan florür konsantrasyonu 2 mg/l ye indirilebilir. Demir: Demir maden i leme, cevher ö ütme, kimya endüstrisi at ksular, boya üretimi, metal i leme, tekstil, petrol rafinerileri de dahil bir çok endüstriyel at ksularda bulunur. At ksularda demir ph ve çözünmü oksijen konsantrasyonuna ba l olarak +2 veya +3 de erlikli olabilir. Nötr ph ve oksijenli ortamda çözünür Fe +2, Fe +3 e dönü ür, demirin bu formu kolayca hidrolize olarak çözünmez Fe(OH) 3 olu turur. Yüksek ph de erlerinde Fe(OH) 3 çözünür formdaki Fe(OH) 4 kompleksine dönü ür. Demirin Fe +2 (Ferro) ve Fe +3 (ferri) formlar siyanürlü ortamda çözünür ferrosiyanür ve ferrisiyanür komplekslerini olu turabilirler. At ksularda demir giderilmesinde temel yöntem Fe +2 nin Fe +3 e dönü türülmesi, ve Fe(OH) 2 nin ph=7 c var nda (minimum çözünürlükte) çöktürülmesidir. Fe +2 nin Fe +3 e dönü türülmesi ph=7.5 da havaland rma ile çok h zl olarak gerçekle ir. Ortamda çözünmü organik madde varsa demirin oksitlenme h z dü er. Kur un: Kur un akü üretimi at ksular nda bulunur. At ksulardan genellikle çöktürme ile uzakla t r l r. Kur un, karbonat (PbCO 3 ) veya hidroksit (Pb(OH) 2 ) formunda çöktürülür. Kur un ph=9-9.5da soda ile karbonat eklinde çöktürülür. Bu yöntemle ar t lm sudaki bakiye kur un mg/l aral ndad r. ph=11.5da kireçle çöktürme sonucu bakiye kur un miktar mg/ldir. Bunlar n d nda sodyum sülfür ile ph= da kur un sülfür formunda çöktürülebilir. Mangan: Mangan ve tuzlar çelik ala m, kuru pil üretimi, cam ve seramik, boya ve vernik ve mürekkep gibi üretim at ksular nda bulunur. Mangan n sadece Mn +2 tuzlar ve permanganat anyonu çözünürdür. Permanganat kuvvetli bir oksitleyici olup normal artlarda çözünmez formdaki mangan dioksite (MnO 2 ) indirgenir. Mangan n uzakla t r lmas teknolojisi çözünebilen Mn +2 iyonunun çözünmeyen çökeltiye dönü türülmesidir. Olu an çözünmez mangan oksit ve hidroksitler daha sonra ortamdan uzakla t r l r. Mn +2 iyonunun oksijene kar reaktivitesi dü ük oldu undan ph=9 un alt nda basit bir havaland rma ile yükseltgenmesi mümkün de ildir. Hatta yüksek phlarda dahi ortamdaki organik madde mangan ile birle erek oksitlenmesini önler. Çöktürme ile yeteli mangan giderimi sa lamak için ph=9.4ün üstünde çal lmas gerekmektedir. Mn +2 nin çözünmeyen mangan dioksite dönü türülerek koagülasyon ve filtrasyon ile at ksudan uzakla t r lmas için kimyasal oksitleyiciler kullan l r. Bak r iyonu mangan n hava ile oksidasyonunu h zland r r. Klor dioksit de mangan n çabukça çözünmez forma dönü türülmesini sa lar. Mangan n oksitlenmesinde permanganat da kullan lmaktad r. Kireçle birlikte ozon da mangan 456

465 gideriminde kullan lmaktad r. yon de i tirme prosesinin kullan lmas nda bir çekince istenmeyen iyonlar n da tutularak maliyetin artmas d r. C va: C van n en önemli kullan m sahas klor-alkali tesisleridir. Elektrik ve elektronik endüstrisinde, patlay c üretiminde, foto raf endüstrisinde, pestisit ve koruyucu üretiminde de kullan l r. C va, kimya ve petrokimya endüstrisinde katalizör olarak kullan l r. Laboratuar at ksular nda da bulunur. Enerji üretiminde de fosil yak tlar n yanmas s ras nda ç kar. Termal enerji santrallerinde kükürt dioksit giderimi için gaz y kay c varsa a r geri devir ile c va birikimi mümkündür. C va at ksulardan çöktürme, iyon de i imi ve adsorpsiyon ile uzakla t r labilir. Bak r, çinko ve alüminyum gibi metallerle temas ile de c va iyonlar miktar azalt labilir. Ço u durumda c va geri kazan m distilasyon ile gerçekle tirilir. Çöktürme için c va bile ikleri c va iyonuna dönü türülür. Tablo de çe itli teknolojilerle elde edilen c va ç k lar verilmi tir. Tablo Ar t lm su ç k lar nda c va miktarlar (1). Teknoloji Ç k suyu,µg/l Sülfür çöktürmesi Alumla birlikte çöktürme 1-10 Demirle birlikte çöktürme yon de i imi 1-5 Karbon adsorpsiyonu Giri Yüksek 20 Orta 2 Dü ük 0.25 Nikel: At ksularda nikel, metal i leme endüstrisi, çelik dökümhaneleri, motorlu araçlar, uçak endüstrisi, bask ve kimya endüstrilerinden kaynaklan r. Siyanür gibi kompleks olu turucu ortamda nikel, çözünmü kompleks formda olabilir. Nikel siyanür kompleksi nikel ve siyanür giderimini olumsuz etkiler. At ksuya kireç ilave edildi inde ph=10-11de en dü ük çözünürlük de eri 0.12 mg/l de, çözünmeyen nikel hidroksit olu ur. Nikel geri kazan m sisteminde karbonat veya sülfat eklinde de çöktürülebilir. Pratikte ph=11.5da kireç ilavesi ile çöktürme ve filtrasyon sonucu bakiye nikel 0.15 mg/l ye indirilebilir. At ksuda nikel konsantrasyonu yüksekse iyon de i imi ve buharla t rma ile nikel geri kazan m mümkündür. Selenyum: Selenyum, çe itli ka tlarda, kurum (is) ve metalik sülfür cevherlerinde bulunur. At ksulardan ph=6.6 da sülfürü eklinde çöktürülerek uzakla t r l r. Ar t lm su ç k nda 0.05 mg/l seviyelerindedir. Gümü : Gümü ün suda çözünür formu gümü nitrat, porselen, foto raf, elektrokaplama, ve mürekkep üretim at ksular nda bulunur. Gümü de erli bir metal oldu undan uygulanan ar tma teknolojisi geri kazan ma yöneliktir. Ba l ca ar t m yöntemleri çöktürme, iyon de i imi ve elektrolitik geri kazan md r. At ksulardan gümü giderimi gümü klorür eklinde çöktürülerek uzakla t r l r. Gümü klorürün çözünürlü ü oldukça dü ük olup 25 o Cde ar t lm sudaki bakiye gümü miktar 1.4 mg/l dir. Klorürün ortamda bir miktar fazla olmas bu de eri dü ürür. Ancak klorürün çok fazla olmas durumunda suda çözünür gümü klorür kompleksleri olu arak ar t lm sudaki bakiye gümü miktar artar. Metal kar m içeren at ksulardan gümü seçici olarak çöktürülebilir. Ar tma artlar bazik ise di er metaller hidroksitleri eklinde çökerken gümü klorürü eklinde çöker. Olu an çamurun asidik 457

466 artlarda y kanmas ile di er metal iyonlar ayr l rken gümü klorür kat olarak kal r. Kaplama banyosu sular gümü siyanür içerir, bu da gümü ün gümü klorür formunda çökmesini engeller. Bu durumda gümü ün gümü klorür olarak çöktürülmesi öncesi siyanürün giderilmesi gerekir. Siyanür iyonlar n n klorla oksidasyonu sonucu klor iyonlar suya geçer, ve gümü iyonlar ile birle erek gümü klorür olu turur. Foto raf çözeltilerindeki gümü gümü sülfür formunda çöktürülür.at ksulardaki çözünür formdaki gümü iyon de i imi ile uzakla t r l r. Dü ük gümü seviyelerinde Aktif karbon kullan l r. Aktif karbonla gümü giderim mekanizmas karbon yüzeyinde gümü ün indirgenerek elemanter gümü e dönü ümüdür. Gümü ün ph=2.1de a rl kça %9unun, ph=5.4 de ise %12 sinin aktif karbon yüzeyinde tutuldu u bildirilmektedir. Çinko: Çinko, çelik i leri, rayon ipli i ve elyaf üretimi, ö ütülmü odun hamuru üretimi, katodik i lem yapan sistemlerde so utma suyunun sirkülasyonu sular nda bulunur. Kaplama ve metal i leme endüstrileri at ksular nda da çinko bulunur. Çinko kireç veya kostik kullan larak hidroksiti eklinde çöktürülür. Kireçle çöktürmenin bir mahzuru at ksuda sülfat bulunmas durumunda kalsiyum sülfat n da birlikte çökmesidir. ph=11 de ar t lm su ç k nda 0.1 mg/l nin alt nda çinko seviyelerine ula labilir. At ksulardan metal giderimi Tablo da özetlenmi tir. Tablo A r metal gideriminde ar t lm su ç k ndaki metal düzeyleri (mg/l) (1). Metal Ula labilecek ç k suyu konsantrasyonu Teknoloji Arsenik Sülfür çöktürme ve filtreleme Karbon adsorpsiyonu Fe(OH) 3 ile birlikte çöktürme Baryum 0.5 Sülfat çöktürme Kadmiyum Bak r C va ph=10-11de hidroksit çöktürme Fe(OH) 3 ile birlikte çöktürme Sülfür çöktürme Hidroksit çöktürme Sülfür çöktürme Sülfür çöktürme Alumla birlikte çöktürme Fe(OH) 3 ile birlikte çöktürme yon de i imi Nikel 0.12 ph=10da hidroksit çöktürme Selenyum 0.05 Sülfür çöktürme Çinko 0.1 ph=11de hidroksit çöktürme 458

467 KAYNAKLAR (1) W.Wesley Eckenfelder, Jr., Industrial Water Pollution Control, Second Edition, McGraw-Hill International Editions. (2) U. Alt nba, S.Dökmeci ve A.Bar t ran, Treatability study of wastewater from textile industry, Environmental Technology, Vol: 16, (3) H.Timur ve U.Alt nba, Treatability studies and determination of kinetic parameters for a high-strength opium production wastewater, Environmental Technology, Vol: 18,