Atıksu Arıtma Tesislerinde Yapı Malzemeleri ve Ekipmanlar: Kadıköy Atıksu Arıtma ve Deniz Deşarjı Tesisi Örneği Nilgün BALKAYA 1*, Müge BALKAYA 2 1 İstanbul Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Mühendisliği Bölümü, 34320 Avcılar-İstanbul 2 İstanbul Teknik Üniversitesi, İnşaat Fakültesi, Geoteknik Anabilim Dalı, 34469 Maslak-İstanbul ÖZET Bu makalede, atıksu arıtma tesislerinin inşasında kullanılan yapı malzemeleri ve ekipmanlar hakkında kısa bilgi verilmekte, bu konuya bir örnek olarak Kadıköy Atıksu Arıtma ve Deniz Deşarj Sistemi anlatılmaktadır. Anahtar Kelimeler: Atıksu arıtma tesisi, deniz deşarjı sistemleri, yapı malzemeleri, ekipmanlar. ABSTRACT In this paper, a brief literature review is presented about construction materials and equipments used for wastewater treatment plants; and Kadıköy Wastewater Treatment and Marine Disposal System is introduced as an example on this topic. Keywords: Wastewater treatment plant, marine disposal systems, construction materials, equipments. GİRİŞ Atıksu arıtma tesislerinin inşası, planlama ve tasarım ile ilgili işlerin tamamlanmasıyla başlayan önemli bir süreçtir. Yer seçimi, seçilen araziye ait zemin etütlerinin yapılması, arıtma tesislerindeki ünitelere uygun yapı malzemelerinin seçilmesi inşaat işlemi ile ilgili önemli konuları oluşturmaktadır. Arıtma tesislerinde yer alan ünitelerin inşasının tamamlanmasını
takiben izleme ve kontrol sistemleri, boru, vana, pompa, havalandırma ekipmanları, sıyırıcılar, karıştırıcılar, çamur susuzlaştırma ekipmanları vb. nin yerleştirilmesi ile tesis işletmeye hazır hale getirilir. Arıtma tesislerinin inşasında kullanılan yapı malzemeleri, kontrol ve izleme sistemleri, tesisat ve ekipmanlar titizlikle seçilmesi gereken elemanlardır. Bu makalede, atıksu arıtma tesisleri ve deniz deşarj hatlarının inşasından, kontrol ve izleme sistemleri ile ekipmanlardan kısaca bahsedilmiş ve mevcut bilgilerin bir atıksu arıtma ve deniz deşarj tesisi ile örneklendirilmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla, Kadıköy Atıksu Arıtma ve Deniz Deşarj Sistemi örnek tesis olarak ele alınmıştır. Arıtma tesislerinin inşası: Arıtma tesislerinin inşatı, planlama ve tasarım ile ilgili işlerin tamamlanmasından sonra başlamakla birlikte yer seçimi, seçilen araziye ait zemin etütlerinin yapılması gibi unsurlar planlama ve projelendirmeyle beraber yürütülür. Yer seçimi aşamasında arıtma tesisinin kurulacağı bölgenin sınırlarına karar verilirken atıksu toplama sisteminin son noktası ile birlikte bölgesel koşullar ve yasal uygulamalar çerçevesinde tesis için uygun yer belirlenmeye çalışılır. Kentsel kanalizasyon sisteminin yapısı bir noktada da arıtma tesisinin yerini belirleyici unsur olarak karşımıza çıkmaktadır. Genellikle atıksu toplama sisteminin son noktası bölgenin en düşük kotlu yeri yani dere yatağı, nehir kenarı veya bataklık arazi, deniz kıyısı olan yerleşimlerde ise bir koy veya körfezdir. Zemin özelliklerinin iyi olmadığı veya yeraltısu seviyesinin yüksek olduğu bu tip batak arazilerde, zeminin taşıma gücü de oldukça zayıftır. Arıtma tesisinin inşa edileceği alan tespit edildikten sonra, arazide uygun sayıda belirlenen noktada zemin sondajı yapılarak, zemin özellikleri belirlenir böylece Zemin özelliklerinin tespiti aşamasında; zemin ıslahının gerekli olup olmadığı, zemin taşıma gücünün yeterli olup olmadığı, temel inşaatı sırasında ve ileride alınması gereken önlemler hakkında detaylı incelemeler yapılır.
Zemin incelemeleri tamamlandıktan sonra inşa işlemine geçilir. Zeminin kendini tutabildiği, özel iksa sistemleri gerektirmeyen zemin cinslerinde uygun şevler oluşturularak inşası yapılacak arıtma ünitlerinin temel seviyesine kadar hafriyat yapılır. Şevli kazı yapmanın olanağı olmadığı veya şevli kazının ekonomik olmadığı durumlarda geçirimsizlik perdeleri oluşturularak yeraltısuyunun kazı içerisine girmesi engellenir. Geçirimsizlik perdesi olarak uygulanan belli başlı yöntemler; palplanş, diyafram perde, kesişen fore kazık, kesişen jet-grout dur. Tesisteki arıtma ünitelerinde temel sistemleri olarak radye temeller, yardımcı ünitelerde (blower binası, idari büro, trafo vb) ise zeminin taşıma gücüne göre münferit, mütemadi ve radye temel sistemleri kullanılır. Taşıma gücü zayıf olan zeminlerde, oturma ve yüzme problemine karşı kazıklı temel sistemlerinden faydalanılır. Taşıma gücü zayıf olan zeminlerde, zemin uygun bir yöntemle iyileştirilip oturma ve stabilite açılarından sorunsuz hale getirilir ve yapı bu zeminin üzerinde de tasarlanabilir. Bu amaçla kullanılan belli başlı zemin iyileştirme yöntemleri; ön yükleme ve sürşarj, düşey direnler, derin sıkıştırma, temel enjeksiyon, zemin güçlendirilmesi, geotekstiller veya geosentetiklerdir. Arıtma tesisindeki ünitelerin planlanmasında dayanıklılık, maliyet, atıksuyun karekteristiği, hidrojen sülfür, çok yüksek ve çok düşük ph değerleri gibi korozyona neden olan faktörler dikkate alınarak uygun yapı malzemeleri seçilir. Öngerilmeli beton ve çelik, eksenel gerilmeleri almak için ekonomik bir şekilde kullanılırken, betonarme malzeme eksenel basınçlar için oldukça uygundur. Atıksu arıtma tesislerinde kullanılan diğer inşaat malzemeleri ön gerilmeli beton ve demirli çimentodur (ferrocement, ferro çimento). Günümüzde, genellikle, çeliğe kıyasla ilk yatırım maliyetinin düşük ve bakımının kolay ve daha az olması gibi nedenlerden dolayı betonarme betonu veya ön gerilmeli beton kullanılmaktadır. Arıtma tesisleri için mekanik ekipmanların, enstrümanların da hassasiyetle değerlendirilerek seçilmesi büyük önem taşır. Atıksu ve çamur iletimi, drenaj ve kimyasal madde hazırlama ünitesine kullanma suyu iletimi amacı ile çeşitli boru tipleri kullanılmaktadır. Günümüzde en sık kullanım alanı bulan boru tipleri karbon çeliği, dökme demir, düktil demir,
cam ve teflon kaplı borulardır. Bunların yanısıra, paslanmaz çelik, öngerilmeli beton, alüminyum, plastik veya kauçuk kaplı borular da arıtma tesislerindeki çeşitli ünitelerde kullanım alanı bulmaktadır. Günümüzde, çevre teknolojisi uygulamalarında, basınç dayanımı 21000 kn/m 2 olan plastik ve PVC borular da, her tip atıksu için yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Temiz su, atıksu veya çamur taşıyan boru hatları üzerindeki çeşitli tipte vanalar kullanılır. Atıksuyun içerisindeki katı madde konsantrasyonu vana seçimini etkiler. Küresel, kelebek, çek, piston, top, diyafram tipli, bıçak kapılı vanalar, gate vanalar, teleskopik, takozlu veya tek kapılı, sıkıştırmalı vanalar arıtma tesislerinde kullanım alanı bulan vana tiplerindendir. Bu uygulamalar için kullanılan pompa tipleri ise, santrifüj, hava ile çalışan (Mammoth pompalar), öğütücülü, helezonik (Archimedean Pompa) ve pozitif yer değiştirmeli pompalardır. Aıtma tesislerinde en fazla enerji tüketen ekipmanlar havalandırıcılardır. Bu nedenle havuz geometrisi, yer ihtiyacı, gürültü, aerosol saçılması gibi faktörler de göz önünde bulundurularak en uygun işletme sarfiyatı yaratacak havalandırıcı tipinin seçilmesi gerekir. Havalandırma sistemlerinde genellikle difüzörler, jet havalandırıcılar, yüzeysel havalandırıcılar ve türbin havalandırıcılar kullanılır. Arıtma tesislerinde kontrol ve izleme sistemleri de önemli bir ihtiyaçtır. Arıtma tesislerinde en sık olarak ortaya çıkan ölçüm ve kontroller debi, seviye, sıcaklık, ph ve OR ölçümleridir. Deniz Deşarj Sistemlerinin İnşası: Deşarj sistemlerinin inşaatı; deniz tabanının özelliklerine, derinliğe, boru tipi ve çapına, gerekli zemine boru tespit derecesine bağlı olarak değişiklikler gösterir. Kullanılan yapı teknikleri inşaat mevsimine göre ve eldeki araç-gereç ile kalifiye işgücüne bağlı olarak da değişir. Su altına boru döşenmesi işlerinde kullanılan başlıca yöntemler yüzdürme yöntemi, tabandan çekme yöntemi, teker teker veya modüller halinde batırma yöntemi ve gemiden döşeme yöntemidir. Deniz deşarj hatlarının inşasında kullanılan boru cinsleri betonarme, çelik ve plastik kökenlidir. En çok kullanılan boru tipleri döküm demir boru, çelik boru, betonarme boru, PVC
boru, FRB (fiberglas lifli) boru ve yüksek yoğunluklu polietilen borulardır. Son zamanlarda boru malzemesi ve inşa maliyetlerini düşürmek amacıyla genellikle çelik veya plastik boruların kullanılması yoluna gidilmektedir. Çelik boru kullanılması durumunda, stabiliteyi sağlayabilmek için, boru hattına çeşitli şekillerde ek yük koymak gerekir. En çok kullanılan ve önerilen yöntem, çelik boruların dışına beton ağırlık kaplaması yapmaktır. Boru seçiminde, boru maliyetinin düşük olması yanında teknik ve işletme yönlerinden de tatminkar olması amaçlanır. Boruları teknik ve işletme yönlerinden karşılaştırmak için ise boru cidarının pürüzlülüğü ve sürtünme kayıpları, aşırı tamir ve bakıma gerek bırakmayan hizmet ömrü, aşınmaya karşı direnci, korozyona karşı direnci, mukavemet ve döşeme özellikleri, ek yeri tipi ve ek yerinin su sızdırmazlığı, ek yerlerinin kolay yapılabilirliği, kullanılan çap için boru ve özel parçaların mevcudiyeti, arazi durumuna göre tatbik edilebilecek inşaat metotları ve zemin durumu göz önünde tutulmalıdır. Deniz derinliğinin 7-10 m den az olduğu kısımlarda, yani sığ kısımlarda, boru yerleştirmek daha zordur. Sığ kısımlarda dalga hareketlerinin ve teknelerden atılan demirlerin olumsuz etkilerini önlemek için deşarj borusu kazılan çukurun tabanına yerleştirilir ve üzeri 2 m yüksekliğine kadar doldurulur. Boruların tamiri ve temizlenmesi için 120-200 m aralıklarla bacalar yerleştirilir. Büyük çaplı borulara dalgıçların denizdeki bacalardan da girebilmesi gerekir. Kadıköy Atıksu Arıtma ve Deniz Deşarjı Tesisi: İstanbul un Asya yakasının atıksu problemini çözmek amacıyla 18 Ekim 2003 yılında faaliyete geçirilen Kadıköy Atıksu Arıtma ve Deniz Deşarjı Tesisi ile, Üsküdar, Ümraniye, Kadıköy ve Maltepe ilçelerine ait atıksular arıtılmakta ve deşarj hattı ile İstanbul Boğazı nın 51,5 m derinliğinden Karadeniz dip akıntısına verilmektedir. Arıtma tesisinin yeri, denizin doldurulması suretiyle kazanılan bir alandır. Tesiste yapılar oldukça komplike olduğu için, alt yapının oluşturulabilmesi detaylı bir etüt gerektirmiştir. Yüklenici firma tarafından geçmişte İSKİ tarafından yaptırılan zemin sondajlarına ilave olarak
hem denizde, hem de karada yeni sondajlar yaptırılıp zeminin alt yapısı ayrıntılı olarak incelendikten sonra yapı sistemi oluşturulmuştur. Giriş pompa istasyonu olarak adlandırılan yapının temelleri, zemin kotundan 21 m aşağıya doğru kazılarak deniz seviyesinin 19 m altına indirilmiş ve sağlam kaya üzerine oturtulmuştur. Tesisin avan projelerinde yapılar, tabanda dikdörtgen kesitli binalar olarak gösterilmekle beraber, dolgu bir zeminde ve bu kadar derine inecek yapılarda iksa sisteminin oluşturulmasında zorluk çekileceğini düşüncesiyle firma tarafından dairesel kesitli binaların yapılması önerilmiş ve öneri kabul edilmiştir. Dairesel yapıların çapı 65 m dir. İksa sisteminin teşkil edilmesi için 1 m çapında yerinde dökme kazıklar imal edilmiştir. Hafriyatın kuru alanda yapılabilmesi için su sızdırmazlığını sağlamak üzere jet grouting olarak adlandırılan bir sistemle kazıkların arasında zemine çimento şerbeti enjekte edilerek jet grout kolonları oluşturulmuştur. İkinci aşamada bu kazıkların stabilitesinin sağlanabilmesi için ring kirişlerini imal edilmiştir. Çıkış pompa istasyonu olarak adlandırılan yapıda da aynı sistem uygulanmıştır. Ancak, yapı derinliğinin farklı olması nedeniyle bu bölgede daha az derine inilmiştir. Fakat, ana kayanın daha derinde olması yüzünden yapı kazıklar üzerine oturtulmuş ve su sızdırmazlığı oldukça problemler yaşadıktan sonra sağlanabilmiştir. Arıtma tesisinin ana üniteleri, giriş tüneli, kaba ızgara ve giriş pompa istasyonu, tehlike savağı, ön arıtma tesisi, atık yağ tankı, çıkış tonozu, çıkış pompa istasyonu, debimetre haznesi, koku kontrol ünitesi, enerji satış merkezi ve trafo binası, garaj ve atölye binası, yardımcı pompa istasyonu, idare binası, bekçi binaları, tekne depolama alanıdır. Arıtılacak atıksular, tesise 1400-3600 mm çaplarında ve 10.529 m uzunluğunda kollektör ile 322 m uzunluğunda, 4 m çapında bir tünelle gelmektedir. Tünel, giriş pompa istasyonunda bulunan kaba ızgara binasına bağlanmaktadır. Kaba ızgara yapısında, zemin taban kotu deniz seviyesinin 12.20 m altındadır. Izgaralarda kaba atıklar tutulduktan sonra, gelen atık su giriş pompa istasyonunun içindeki haznede toplanmakta olup, bu istasyonda 8 tane pompa bulunmaktadır. Gelen atıksu çok düşük bir kotta geldiği için su pompalarla terfi ettirilmekte ve terfi ettirilen su cazibeyle, iki kanala ayrılarak ön arıtma binasına gönderilmektedir.
Ön arıtma binasının içinde, aralıkları 2 cm olan ince ızgaralar, kum ve yağ tutucu havuzları bulunmaktadır. İki kanal halinde gelen atıksular, tekrar iki ayrı kanala daha ayrılarak ince ızgaralara yönlendirilmektedir. Katı atıklardan arındırılan su 4 ayrı kanal halinde havalandırılmalı kum tutucu havuzlara gelmekte ve kum çökeltilmektedir. Havuz dibine çöken bu malzemeler kum pompaları ile emilerek ayrılmakta, havuz yüzeyinde biriktirilen yağ ve köpükler ise yüzey sıyırıcı ekipmanlarla su yüzeyinden sıyrılarak uzaklaştırılmaktadır. Tüm temizleme işlemleri her havuzda ayrı ayrı bulunan gezer köprülerle yapılmaktadır. 4 havuzdan çıkan arıtılmış sular, bir toplayıcı kanalda birleşerek, çıkış pompa istasyonuna gitmekte, bu pompa istasyonuna gelen ve haznede toplanan su deniz deşarjına iletilmek üzere sekiz pompa vasıtasıyla terfi ettirilmektedir. Arıtılmış olan atıksular, önce çıkış pompa istasyonu içinde mevcut kanala, daha sonra deniz deşarjına iletilmektedir. Kaba ızgara ve giriş pompa istasyonu, ön arıtma binası, çıkış pompa istasyonu ünitelerinde oluşan gazları içeren kirli hava, ozon ünitesine aktarmak için CTP (cam elyaf takviyeli polyester) borulardan ibaret bir havalandırma sistemi yapılmıştır. Otomasyon merkezi giriş pompa istasyonu içinde yer almakta, tesisteki tüm hareketler burada mevcut olan pano ve bilgisayarlardan 24 saat süreyle devamlı izlenebilmektedir. Deşarj hattı, 21 cm kalınlığında çelik hasırlı beton kaplı 2172 mm iç çapında 31,8 mm et kalınlığında çelik borulardan, 100 m si difüzör kısmı olmak üzere, toplam 2308 m uzunluğunda dizayn edilmiştir. Atıksular, üzerindeki 13 adet 500 mm çapındaki difüzörler vasıtasıyla dip akıntısına verilmek suretiyle seyrelme sağlanmış, deşarj borusu 22 m su derinliğine kadar olan kısımlarda tarak gemisi ile; daha derin bölgelerde ise klemşelli gemilerle ve kum emici pompalarla açılan hendeğin içine yerleştirilmiştir. Deşarj hattı inşasında, tabandan çekme yöntemi kullanılmıştır. Kanal içine döşenen borular, üzerleri kum, kırma taş ve taşlarla örtülerek dış etkenlere karşı koruma altına alınmıştır. Yapılan deşarj hattıyla, atıksular; sahil kesiminden 2308 m uzaklıktaki Ahırkapı önlerinde, Marmara Denizine Akdeniz ile Ege Denizi nden gelen tuzlu suyun Karadeniz le arasında ters akıntı oluşturduğu bölgede dip akıntıya verilmektedir.
SONUÇ Şehirleşme ve endüstrileşmenin bir sonucu olarak ortaya çıkan atıksuların, hedeflenen arıtma verimini sağlayacak şekilde arıtılması ve alıcı ortama deşarj edilmesi oldukça önemli bir konudur. Atıksu arıtma ve deşarj tesislerinin kurulması; projelendirme ve tasarım aşamasından tesisisn inşasına, işletmeye hazır hale getirilmesine kadar dikkat ve özen gerektiren bir süreçtir. Bu makalede belirtilen unsurlara dikkat edilerek inşaatın gerçekleştirilmesi, ekipman seçimi arıtma tesisi ve deşarj sisteminin başarısı için gereklidir. Kadıköy Atıksu Arıtma ve Deniz Deşarjı Tesisi, sağlam olmayan zeminlerde arıtma tesisi inşası için kazı ve temel inşatının yapılması ile deniz deşarj tesislerinin inşası konularına ışık tutar nitelikte bir örnektir. KAYNAKLAR 1. Balkaya, N. (2001) Çevre Mühendisleri İçin Yapı Teknolojisi, Doğan Ofset, Samsun. 2. Filibeli, A. (1995) Atıksu Arıtma Tesisleri ve Çevresel Etki Değerlendirmesi, Çevresel Etki Değerlendirmesi ÇED Eğitim Kursu Tebliğler Kitabı, İzmir. 3. Toprak, H. (1994) Atıksu Arıtma Sistemlerinin Tasarım Esasları, Cilt II, Dokuz Eylül Üniv. Müh. Fak. Yayınları No: 241, İzmir. 4. Adıgüzel, A. (2004) Atıksu Arıtma Tesislerinde İnşaat Tekniği ve Uygulamaları, Atıksu Arıtma Tesislerinin Tasarım ve İşletim Esasları Kurs Notları, Editörler Alpaslan, N., İşgenç, F., Dölgen, D., Küçük, Ö., Emre Basımevi, İzmir. 5. Abut, S. (1992) Enstrümantasyon, TMMOB Kimya Mühendisleri Odası İstanbul Şubesi Atıksu İşletmeciliği Okulu, Editör İlhan Talınlı, İstanbul. 6. Akün, A., Mekanik Arıtma Sistemlerinin İşletilmesi, TMMOB Kimya Mühendisleri Odası İstanbul, 7. Anonymous (1991) Wastewater Treatment Plant Design, WFC Manual of Pratice No.8; ASCE Manual on Engineering Practice No.36, Third Printing, Lancester Press Inc., New York. 8. Erdoğan, A.O. (1997) Atıksu Arıtma Tesislerinde Proses ve Mekanik Ekipman Seçimi, TMMOB Çevre Müh. Odası İstanbul Şubesi, Atıksuların Arıtılması Seminerler Dizisi, Seminer Notları, İstanbul. 9. Muslu, Y. (1996) Atıksuların Arıtılması, Cilt I, İTÜ İnşaat Fakültesi Matbaası, İstanbul. 10. Samsunlu, A. (1995) Deniz Kirliliği ve Kontrolü, Birinci Baskı, İTÜ Rektörlüğü Sayı:1555, İTÜ Gemi İnşaatı ve Deniz Bilimleri Fakültesi Ofset Baskı Atölyesi, İstanbul. 11. Öztürk, İ. (1996) Atıksu Ön Arıtma ve Deniz Deşarjı Sistemleri, İTÜ Rektörlüğü Sayı: 1570, İstanbul. 12. http://www.dogayayin.com/haber detay.asp?newsid=150 (5 Temmuz 2005). 13. http://www.dogayayin.com/dergi detay.asp?dergiid=39&yaziid=251 (5 Temmuz 2005). 14. http://www.milliyet.com.tr/2000/09/25/yasam/yas01.html (2 Temmuz 2005). 15. http://www.lidyayapi.com/html/tesisingenelamaci.html (1 Temmuz 2005). 16. http://www.lidyayapi.com/html/tesisinanauniteleri.html (1 Temmuz 2005). 17. Ceylan, B., Öztürk, N., Sevimlikurt, M., Kadıköy Atıksu Arıtma ve Deniz Deşarjı Tesisi, Arıtma Tesislerinde Yapı Teknolojileri Dersi Dönem Ödevi, 2004.