5. Hafta Atıksuların Arıtılması Dersi CEV411 Aktif Çamur Sistemleri, Organik Karbon, Biyolojik Azot ve Fosfor Giderimi - Aktif Çamur Prosesi- II - 1 Kapsam Tokat-Yeşilırmak 1. Deşarj Standartları 2. Biyolojik Azot Giderimi 3. Aktif Çamur Konfigürasyonları 4. Temel proses kontrol parametreleri 5. BNR-Proses Tasarımı (Denitrifikasyon) 6. Biyolojik ve Kimyasal Fosfor Giderimi 7. Reaktör konfigürasyonları ve uygulamaları 2 Deşarj Standartları (Kentsel Atıksuların Arıtılması Yönt.) Parametreler Konsantrasyon Minimum arıtma verimi, % BOİ 5 25 mg/l 70-90 KOİ 125 mg/l 75 AKM 35 mg/l 90 Toplam Azot (*) 15 mg/l (N=10 000-100 000) 10 mg/l (N>100 000 ) Toplam Fosfor(*) 2 mg/l (N=10 000-100 000 ) 1 mg/l (N>100 000 ) 70-80 80 (*) Ötrofikasyona tabi hassas alanlara kentsel atık su arıtma tesislerinden boşaltmalar için şartlar. Yerel şartlara bağlı olarak parametrelerin biri yada ikisi birden uygulanabilir. Konsantrasyon değerleri yada azalma yüzdeleri uygulanacaktır. (AB: EEC271-1991) (TC: Resmi Gazete 26047 nolu 8.01.2006 tarihli kanun) 3 1
Atıksu Karakterizasyonu Parametre Birim Değer Q ortalama m 3 /gün 600,000 KOİ mg/l 450 BOİ 5 mg/l 220 TKN mg/l 50 AKM mg/l 310 UAKM mg/l 210 TP mg/l 8.1 KOİ/TKN - 9 KOİ/TP - 56 BOI 5 /TP - 28 4 Biyolojik Azot Giderimi- Denitrifikasyon Denitrifikasyon ve karbon giderimi prosesleri farklı elektron alıcıları kullanmaları dışında aynı prensiplere dayanır Aerobik Reaksiyon Anoxic Reaksiyon: O 2 + 4 e - + 4 H + 2H 2 O 1 e- eşdeğeri = 8 g O 2 NO 2- + 3 e - + 4 H + ½ N 2 + 2 H 2 O NO 3- + 5 e - + 6 H + ½ N 2 + 3 H 2 O 1 e- eşdeğeri NO 3 -N = 14/5 = 2.8 g NO 3 için 8 go 2 gerekli ise 1 g NO 3 -N = 8/2.8 g NO 3 = 2.86 go 2 5 Denitrifikasyon için: 1. Nitratın varlığı 2. Oksijen Olmaması 3. Fakültatif biyokütle (heterotrofik) 4. Ayrışabilir organik madde 1 g NO 3 -N denitrifikasyonu için COD ihtiyacı = 5-6 gkoi Toplam oksijen ihtiyacı: Alkalinite (+) go2 OR (1 YN ) gkoi (1 YN ) gno 3 N NR 2.86 gkoi OR Q (So S) 1. 42 P 2. 86 VXSS N D 1 g NO 3 -N denitrifikasyonunda 3.56 g CaCO 3 alkalinitesi kazanılır. 6 2
Anoksik koşullarda heterotrofik bakterilerin tamamı aktif halde değil! Heterotrofik Çoğalma r XH SS g ˆ H. K S S S. X H İçsel Solunum r XH k X e d H g 1 g 0.6 0.8 7 Karbon Giderimi Proses Hesabı (KOİ Bazlı) * Tamamı Ayrışabilir 1. Konvansiyonel Atıksu Karakterizasyonu Parametre Birim Değer Q ortalama m 3 /gün 50,000 KOİ mg/l 450 BOİ 5 mg/l 220 TKN* mg/l 50 AKM mg/l 310 UAKM mg/l 210 TP mg/l 8.1 Alkalinite mgcaco3/l 320 2. KOİ Fraksiyonlarının belirlenmesi Fraksiyon Konsantrasyon S I 22 mg/l 5% S S 45 mg/l 10% X S 338 mg/l 75% X I 45 mg/l 10% C S 383 mg/l 85% 8 KOİ Bileşenleri Toplam KOİ (C T ) <0.45 micron >0.45 micron Çözünmüş KOİ (S T ) Partiküler KOİ (X T ) Çözünmüş İnert KOİ (S I ) Kolay Ayrışabilen KOİ (S s ) Yavaş Ayrışan KOİ (X s ) Partiküler İnert KOİ (X I ) C S BOİ u Denitrifikasyonda Kullanılan: C S in bir kısmı L=BOİ u 9 3
KOİ Fraksiyonları Ayrışabilen KOİ: Respirometrik (OTH) yöntemler İnert KOİ: AAT Çıkış suyu analizi ve analitik yöntemler Evsel Atıksu KOİ Fraksiyonları- İstanbul Fraksiyon Konsant. Fraksiyon S I 22 mg/l 5% S S 45 mg/l 10% X S 338 mg/l 75% X I 45 mg/l 10% VSS (UAKM) 10 Denitrifikasyon Prosesi Organik Karbon + Nitrifikasyon Giriş (Q in ) Org C + O 2 CO 2 + H 2 O NH 4 + O 2 NO 3 Çıkış O 2 P x Org C + NO 3 N 2+CO 2+H 2O İçsel Geri Devir, IR Ön-Denitrifikasyon Çıkış NH 4 + O 2 NO 3 P x 11 Biyolojik Azot Gideren Sistemlerin Tasarım Kriterleri 12 4
Ön denitrifikasyon Sistemi Tasarımı 1. Nitrifikasyon 13 k T20 ( 1520) mn 15 ˆ mn 0. 751. 103 0. 46 T20 ( 1520) dn15 kdn 0. 08 1. 04 0. 06 T20 ( 1520) 15 Kn Kn 0. 75 1. 035 0. 63 gün gün 1 1 mg / L 1 XA mn N DO k K N K DO n 1 0. 5 2. 0 0. 46 0. 06 0. 63 0. 5 0. 5 2. 0 XA XA min 9. 7gün O dn Minimum aerobik çamur yaşı Pik faktörü (TKN pik /TKN ort ) = 1.2 XA PF XAmi n 1.2 * 9.7 12gün 14 Toplam Çamur Yaşı V V D V A XA X VD 1 V X? XA 12gün V D 0.5 V Çıkış VD VA Denitrifikasyon Potansiyeli N DP VD (1 YN ) CS g V 2.86 P x 15 5
V D 0.25 V XA 12 X 16 gün VD 1 1 0.25 V Y YN 1 k d X gvss 0.45 1.42 gkoi 1 0.116 KOİ VSS 0.24 ghücrekoi gkoi N DP VD (1 YN ) CS g V 2.86 (1 0.24) 388 0.8 0.25 20 mgn/l 2.86 Çıkış nitrat konsantrasyonu, S NO S NO NO N X DP 39 20 19 mgn/l 10 mgn/l Standard değerinden büyük!!! 16 V D 0.30 V XA 12 X 17 gün VD 1 1 0.30 V Y YN 1 k N DP d X gvss KOİ 0.45 1.42 gkoi VSS 1 0.117 VD (1 YN ) CS g V 2.86 ghücrekoi 0.21 gkoi (1 0.21) 388 0.8 0.30 28 mgn/l 2.86 Çıkış nitrat konsantrasyonu, S NO S NO NO N X DP 37 28 9 mgn/l TN NH4 NO3 0.5 9 9.5 10 mgn/l STD Standard değerine UYGUN 17 NO x 0.74 50 37 mgn/l P XBio Q Y (S0 S) fd kd Q(S0 S) X 1 k 1 k d X d X Q Yn (NOx ) 1 k dn X P XBio Q (63 20 2.25) AKM UAKM PXBio NOx TKN Ne 0.12 Q S NO NO N X DP 85.25 37 28 9 mgn/l 1 0.8 106.6mgAKM /L 50 0.5 11.68 37mgN /L 18 6
Günlük Oluşan Çamur 1 PXI XI Q 45 50000 2250 kgkoi / gün 1000 1 1 PXI XI Q 2250 kgkoi / gün gkoi UAKM 1. 42 0. 8 guakm AKM 1980 kgakm/ gün 1 P Xf (AKM UAKM) Q ( 310 210) 50000 5000 kg / gün 1000 P XT P XBio P P 5330 1980 5000 12310 kg / gün XI Xf Toplam Reaktör Hacmi, VT P XT VT X X T VT 3.5 12310 18 V 63308m T 3 19 Oksijen İhtiyacı, OR OR Q(S 0 S) 1.42PXBio 4.33 QNOx 2.86 QND 50000(383) 4.33 50000 36 2.86 50000 33 OR 1.42 6087 1000 1000 1000 OR 18300 4719 13580kgO 2 / gün Yaklaşık %30 tasarruf! SOR 1.75 OR 23768kgO2 / gün 20 Alkalinite Kontrolü Kalan Alkalinite = Toplam Alkalinite Kullanılan + Oluşan Kullanılan Alkalinite (nitrifikasyon) gcaco3 7.14 * 37gN/L 264mgCaCO 3 /L gnh4 N Oluşan Alkalinite gcaco 3 3.56 * 33gN/L 117mgCaCO 3 /L gno3 N Kalan Alkalinite = Toplam Alkalinite Kullanılan (Nitr) + Oluşan (Den) 320 257 117 180mgCaCO 3 / L 21 7
Geri Devir Oranının Bulunması IR Q Çıkış RAS P x R IR RAS N R S D NO RAS 0.7 33mg/L 3.7 9mg/L Q IR Q IR 3 22 Resirkülasyon pompaları Biyolojik AAT tesislerinin önemli ekipmanlarından biridir ve azot giderimi prosesinde kullanım alanı bulmaktadır. Bu pompalar alçak basma yüksekliği ve yüksek debi değerleri için dizayn edilmişlerdir. 23 Karıştırma İhtiyacı Difüzörlü Sistem Minimum gerekli hava miktarı: Grid System: 10-15 m 3 /10 3 m 3 /min (hacimsel) Spiral Roll: 4.6-10.8 L/m.sec (reaktör uzunluğunca) Mekanik Havalandırıcı Volumetrik Enerji 20-40 kw/10 3 m 3 0.75-1.50 HP/10 3 ft 3 24 8
25 Denitrifikasyon Proses Konfigürasyonları 26 27 9
28 29 30 10
31 Denitrifikasyon için farklı difüzör konfigürasyonları 32 33 11
34 Biyolojik (Aşırı) Fosfor Giderimi Bio-P Bacteria, PAO Biyolojik Fosfor Giderim Mekanizmaları... (Anaerobik, Aerobik) Biyolojik fosfor giderimi, azot giderimi ile birlikte planlanmalıdır Analitik Proses hesaplama yöntemi henüz mevcut değil Deneyimlerden elde edilen verilerle tasarım yapılmaktadır Kompleks Matematik Modeller Yardımı ile tasarım/proses Kontrolü Anaerobik Şartlar gerekli Atıksuda kolay ayrışan organik madde (S S ) çok olmalı, VFA Anaerobik reaktöre nitrat geri devri minimize edilmelidir 35 Tasarım Parametreleri- Toplam Çamur Yaşı 36 12
Biyolojik Fosfor Giderimi için tasarım kriterleri 37 38 39 13
40 41 42 14
Giriş Atıksu Karakterizasyonu & Çıkış Fosfat Barnard vd., 1992 43 Giriş Atıksu Karakterizasyonu & P Content 44 45 15
ph etkisi... 46 Proses Tasarımında Dikkat edilmesi gereken koşullar Atıksu Karakterizasyonu (ör: Değişimler, VFA, TKN, TP, Cations) Anaerobik kontakt zamanı (ör: 0.25-1.0 hours) Toplam, anaerobik, aerobik çamur yaşı Fazla çamurun arıtılması (Digester, 27% P released) Kimyasal madde eklenmesi (FeCL 3, Alum, FeSO 4 ) Son çökeltme tankı tasarımı (TSS < 10 mg/l*) Proses Kontrol (IR, O 2, ORP, RAS) Biyolojik Fosfor Giderimini Arttırmak için Giriş Asetat miktarını arttırmak gerekli (10 grvfa-cod için 1g P) SRT değerini düşürmek Alum ya da demir tuzları ilavesi (kimyasal çöktürme) Geri devirdeki NO3 ve O2 miktarını düşürmek Çamur akımlarından gelen P ve NH 4 akımlarının kontrolü (sidestream) 47 Kimyasal İlavesi ile Fosfor Giderimi Demir Aluminyum : 2.7 kgfe/kg P : 1.3 kgfe/kg P Kireç : ph= 10 Aluminyum : ph= 6.3 Demir-III : ph= 5.3 48 16
Fosfor giderimi içim kimyasal madde uygulamaları 49 Aktif Çamur Proses Kontrol Parametreleri Çözünmüş Oksijen Konsantrasyonu (SCADA) Çamur geridevri (RAS) Çamur çökelebilme özelliği (SVI) Sok çökeltmede çamur battaniyesi yüksekliği Kütle dengesinin kurulması (MLSS, TP) Atılan Çamur miktarı (SRT) Oksijen Tüketim Hızı (OTH) Mikroskopik gözleme (!! Nocardia, Microtrix Parvicella, Thiothrix) 50 51 17
PROBLEM 52 PROBLEM 53 54 18