AKTİF ÇAMUR SİSTEMİ PROJELENDİRME ÖRNEĞİ

AKTİF ÇAMUR SİSTEMİ PROJELENDİRME ÖRNEĞİ Yrd. Doç. Dr. Tamer COŞKUN Arş. Gör. Haru Akif KABUK Kasım 01 Davutpaşa-İSTANBUL

SORU: Ortalama debisi 5.000 m /gü ola bir tesiste atıksular oksidasyo havuzu ve devamıda çöktürme havuzu şeklide tasarlaa biyolojik arıtma üiteside arıtılaaktır. Biyolojik arıtma üitesi karbo oksidasyou ve itrifikasyo amaçlamış olup deitrifikasyo ve fosfor giderimi düşüülmemiştir. Atıksu ve tesise ait bilgiler aşağıda maddeler halide verilmiştir: 1. Atıksu BOİ si : 50 mg/l. Giriş TKN kosatrasyou : 5 mg/l. Çıkışta istee maksimum BOİ : 0 mg/l 4. Çıkışta istee maksimum TKN : 0,5 mg/l 5. Kietik katsayılar [1] : Kietik katsayı Birimi Tipik değer Hetetrofik bakteriler, 0 C μ m gvss/gvss-gü 6 K s mgboi/l 0 Y gvss/gboi 0,40 k d gvss/gvss-gü 0,1 f d birimsiz 0,15 θ değerleri μ m birimsiz 1,07 k d birimsiz 1,04 K s birimsiz 1,00 Ototrofik bakteriler, 0 C μ m gvss/gvss-gü 0,75 K mg NH 4 -N/L 0,74 Y gvss/g NH 4 -N 0,1 k d gvss/gvss-gü 0,08 K 0 birimsiz 0,50 θ değerleri μ m birimsiz 1,07 k d birimsiz 1,04 K birimsiz 1,05 6. Miimum atıksu sıaklığı : 1 C 7. Havaladırma havuzuda Ç.O. kosatrasyou :,0 mg/l 8. Çamur yaşı içi güvelik faktörü : 1,5 9. Giriş alkaliitesi : 150 mg CaCO /L 10. Girişte gele bvss kosatrasyou : 0 mg/l 1 Kietik katsayılar, Metalf ve Eddy, 00 kitabıda alımıştır.

11. Girişte gele iorgaik katı kosatrasyou : 10 mg/l 1. Difüzörleri tabada uzaklığı : 0,5 m 1. Tesisi buluduğu yerde 1 C ve temiz suda çözümüş oksije doyguluk kos. : 10,1 mg/l 14. O t = %19 α = 0,50 β = 0,95 F = 0,90 Bua göre: 1. Gülük olarak atılaak çamur miktarıı,. Gerekli reaktör hamii,. Hidrolik bekletme süresii, 4. Gülük olarak gerekli oksije miktarıı, 5. Blower ve difüzörleri özelliklerii, 6. Geri devir hattı ve selektörü hesaplayıız. 7. Eklemesi gerekli alkaliite miktarıı ÇÖZÜM: 1. Adım: Kietik Katsayılar İçi Sıaklık Düzeltmesi Havaladırma havuzu içi hesaplar yapılırke kritik yai miimum sıaklık değerleri baz alıır. Bu sebeple sıaklıkla değişe kietik katsayıları miimum sıaklık değerie göre yeide hesaplaması gerekir. μ m (1C) 6 * (1,07) k (1C) 0,1* (1,04) d K (1C) 0* (1) μ k s m d 10 10 (1C) 0,75* (1,07) (1C) 0,08* (1,04) 10 K (1C) 0,74* (1,05),5g/g gü 0,088g/g gü 0mg/L 10 10 10. Adım: Çamur Yaşı Hesabı 0,44g/g gü 0,06g/g gü 0,49mg/L Çamur yaşı hesabıda öelikle miimum çamur yaşı hesaplaır, ardıda bulua bu değer güvelik faktörü ile çarpılır. Çamur yaşı hesaplaırke daha yavaş çalışa ototrofik bakteriler dikkate alıır. Ototrofik bakteriler içi spesifik büyüme hızı:

μ μ μ μ * N ÇO m * k K N d K ÇO 0,44* 0,5 * 0,06 0,49 0,5 0,5 0,1g/g gü O halde çamur yaşı: θ mi 1 μ 1 0,1 8,gü olarak buluur. Bu değer miimum çamur yaşı değeridir. Tesiste uygulaaak çamur yaşı ise: θ 8,gü* 1,5 1,5gü olarak hesaplaır..adım: Gülük Olarak Atıla Biyokütle(Uçuu Kısmı) Hesabı Gülük olarak atıla biyokütle aşağıdaki deklemde hesaplaabilir: P xbio QY(S0 1 k d S) θ f d k d QY(S 1 k d 0 θ S)θ QY(NO) 1 k θ d x Deklemde de alaşılaağı üzere ihai BOİ kosatrasyou ile oluşa itrat kosatrasyouu hesaplaması gereklidir. Nihai BOİ kosatrasyou aşağıdaki deklem ile buluabilir: S K s(1 k dθ ) 0* (1 0,088* 1,5) 1,0mg/L θ (μ k ) 1 1,5* (,5 0,088) 1 m d Oluşaak itrat kosatrasyou içi kütle degesi yapılması gereklidir. Aak yapılaak ola kütle degeside P xbio değerii de bilimesi gereklidir. O yüzde öelikle oluşa itrat kosatrasyou içi bir kabul yapmak gereklidir. Bu örek içi oluşaak itrat kosatrasyou başlagıç TKN kosatrasyouu %80 i kabul edilirse oluşaak itrat: NO x 0,80* 5 8mg/L olarak buluur. O halde P xbio değeri artık hesaplaabilir. P xbio 5.000* 0,40* (50-1) 0,15* 0,088* 5.000* 0,40* (50-1) 5.000* 0,1* 8 1 0,088* 1,5 1 0,088* 1,5 1 0,06 * 1,5 P xbio 1.85.000gVSS/ gü 1.85kgVSS/ gü 4. Adım: Oluşa Nitrat Kosatrasyou Kotrolü Buu içi kütle degesii yazmak gereklidir. Başlagıçta mevut TKN i bir kısmı çıkış atıksuyuda TKN olarak bir kısmı çıkış atıksuyuda itrat olarak sistemi terkederke bir

kısmı da oluşa biyokütle ile birlikte sistemde uzaklaştırılır. Dolayısıyla oluşa itrat kosatrasyou aşağıdaki deklem ile hesaplaır: NO x Pxbio 1.85 TKN N 0,1 5 0,5 0,1 * 1000 8,mg/L Q 5.000 Bir öeki adımda oluşa itratı giriş TKN kosatrasyouu %80 i yai 8mg/L olaağı kabul edilmişti. Kütle degesi ile bulua 8, mg/l değeri bu değere yakı olduğuda yapıla kabulü doğru olduğu tespit edilmiştir. Eğer yapıla kabul, oluşaak itratı başlagıç TKN kosatrasyouu %70 i yai 4,5 mg/l olaağı şeklide olsaydı P xbio değeri 1.79 kgvss/gü olarak buluurke, yapıla kütle degesi ile itrat kosatrasyou 8,4 mg/l olaaktı. Bu da yapıla kabulü çok doğru olmadığıı bize göstereekti. 5. Adım: Gülük Olarak Atılaak Uçuu ve Toplam Katı Madde Miktarıı Hesabı Gülük olarak atıla uçuu katı madde miktarı, gülük olarak atıla biyokütle miktarıı uçuu kısmı ve gülük olarak atıla bvss miktarıı toplamıdır. P xvss 1. 85 5.000* 0,0 1. 785kgVSS/gü Gülük olarak atıla toplam katı madde miktarı yai P xtss değeri ise, gülük olarak atıla biyokütle miktarı, gülük olarak atıla bvss miktarı ve gülük olarak atıla iorgaik katı maddeleri toplamıda oluşur.. adımda gülük olarak atıla biyokütle miktarıı uçuu kısmı hesaplamıştı. Toplam biyokütle miktarı bu değere biyokütle içerisideki iorgaik kısımları ilavesi ile hesaplaabilir. Biyokütlei %85 ii uçuu olduğu kabulüyle toplam biyokütle miktarı uçuu kısmı 0,85 değerie bölümesi ile elde edilir. P xtss 1.85 5.000* 0,0 5.000* 0,01.6kgTSS/gü 0,85 olarak buluur. 6. Adım: Reaktör Hami ve Bekletme Süresii Buluması Sistemde bir güde atıla katı madde miktarı sistemdeki toplam katı madde miktarıı çamur yaşıa bölümesi ile buluur. O halde deklem aşağıdaki şekildedir: X * V P TSS xtss * θ Havaladırma havuzuda MLSS kosatrasyou.000 mg/l olarak ayarlaırsa reaktör hami: V.6* 1,5 9.45m olarak bulumuş olur. Reaktör toplam hami 9.45 m olduğua göre bekletme süresi:

θ 9.45 5.000 0,77gü 9saat olarak buluur. Bir üstteki deklemde hareketle MLVSS kosatrasyou da hesaplaabilir. X VSS P xvss V * θ 1.785* 1,5 945,7kg/m.70mgVSS/L 7. Adım: Reaktör Boyutladırılması 9.45 m hamide tek bir reaktör yapmak doğru bir yaklaşım değildir. Bu haim e az adet reaktör hami toplamı olarak hesaplamalıdır. Reaktör sayısıı çift sayı olması simetri açısıda gerekli bir durumdur. Bu sebeplerle bu örekte 4 adet reaktör yapılması plalamıştır. Dolayısıyla her bir reaktörü hami: V 9.75 4.50m olarak hesaplaır. Havaladırma havuzları, verile havaı suya üfuz etme verimii arttırmak içi deri olarak tasarlaır. Bu örekte havaladırma havuzlarıı deriliği 5 m olarak alımıştır. Dolayısıyla her bir takı yüzey alaı: A.50 5 470m olarak buluur. Reaktörler içsel dögü sağlaarak oksidasyo havuzu gibi tasarlaaaktır. Bu sayede tasarım aşamasıda hesaba katılmaya deitrifikasyo, ilerleye zamalarda reaktör içerisideki difüzörlerde suya verile hava debisii ayarlaması ile birlikte mümkü olabileektir. Reaktörleri geişliği 10m olarak alıırsa her bir reaktör uzuluğu: L 470 10 47m olarak hesaplaır. Reaktörleri 10 m ola geişliği toplam geişlik olup reaktörler her biri 5 m geişliğide bölmede oluşaaktır. Reaktörleri şematik gösterimi ekte gösterilmiştir. Tak üzeride gezebilmek maksadıyla reaktörler üzerie 1,5 m geişliğide platformlar döşeeektir. Platformları yerleşimleri ekteki şekillerde görülebilir. 1 ve 4 olu havuzları giriş yapıları bağımsız ve olu havuzları giriş yapıları ise ortaktır. Yaı sıra 1 ve olu havuz ile ve 4 olu havuzları çıkış yapıları ortaktır. Reaktörleri boyu bombeli bölüme kadarki uzuluklarıdır. Duvar kalılıkları 40 m olarak alımıştır. Şekilde düşey ekse görüle platformları altıa her bir havuz yarı bölmesi içi şer adet olmak üzere 4 havuzda toplam 16 adet muz tipi karıştırıı teçhiz edileektir. Bu karıştırıılar suya yö verilmesii sağlayaaktır.

8. Adım: Gerekli Oksije İhtiyaıı Hesabı Gerekli oksije ihtiyaı aşağıdaki deklemde gösterildiği şekliyle hesaplaır. Deklemde birim olarak kg, m ve gü olarak alımalıdır. R R R o o 0 Q(S 0 S) 1,4P 4,Q(NO 5.000(0,5 0,001) 1,4* 1.85 4,* 5.000* 0,08 7.465kgO /gü 10kgO /saat xbio x ) 9. Adım: Hava Debisi Hesabı Yukarıda bulua 10 kg/saat lik oksije debisi miktarı havuza verilmesi gereke değeri göstermektedir. Aak tesisi buluduğu yükseklik, difüzörlerde suya oksije verme verimi, hava içerisideki oksije yüzdesi gibi değerler hesaba katıldığıda blowerları güü yukarıdaki değerde çok daha fazlasıı basabileek şekilde olmalıdır. T sıaklık ve H rakımıda havaladırma havuzudaki temiz suda çözümüş oksije doyguluk kosatrasyou değeri ola C S,T, H değeri aşağıdaki eşitlikle buluabilir. C s,t,h P O 1 d t C s,t,h Patm,H 1 Burada P d değeri difüzörleri havayı bastığı derilikteki toplam basıçtır ki, bu değerde atmosfer basıı ile o derilikteki su basııdır. P d = 9,7 m + (5 m 0,5 m) = 14, m dir. O halde C S,T, H değeri; C s,t, H 1 14,m 9,7m 19 1 10,1mg / L 11,98mg / L 0 C ve sıfır çözümüş oksije kosatrasyoudaki musluk suyuda oksije trasfer hızı ola SOTR değeri aşağıdaki eşitlikle hesaplaabilir. C AOTR SOTR C s,t,h s,0 C L 1,04 0,95* 11,98 10kg/saat SOTR 9,08 Bu eşitlikte; SOTR = 806 kg O /saat olarak buluur. T0 F 10 1,04 * 0,5* 0,9 Suya e az bu miktar oksije trasferi içi difüzörleri verimi de hesaba katılmalıdır. Difüzörlerde suya oksije verimi %5 olarak alıırsa basılması gereke miktar;

806 kg O /saat / 0,5 =.00 kg O /saat dir. Bu miktarda oksije basabilmek içi gerekli hava miktarı, 1m havada 0,70 kg O olduğu kabulüyle aşağıdaki gibi buluabilir. (.00 kg O /saat) / 0,70 kg O /m hava = 8.518 m /saat hava 10. Adım: Blower Seçimi Gerekli hava debisii bir blowerla sağlamak uygu bir tasarım değildir. Tesiste mevsimsel değişiklikler olaaktır. Blowerlar havuzlarda mg/l oksije kosatrasyoua ulaşmak içi çalışaaktır. Kış aylarıyla birlikte daha düşük debiler geldiğide havuzlarda mg/l oksije kosatrasyouu sağlamak içi verilmesi gereke hava debisi düşeektir. Bu sebeple kış ve yaz aylarıda gerekli hava debisi düşeektir. Gerek bu sebepler gerekse arıza ve bakım durumları göz öüe alıarak e az adet blower seçilmesi gereklidir. Bu örekte 1 taesi yedek olmak üzere 5 adet blower seçileektir. Dolayısıyla her bir blower içi basma debisi şu şekilde olaaktır: 8.518m /saat.10m /saat 4 Blower olarak Rob firmasıa ait RB-85 model blower seçilmiştir. 11. Adım: Difüzör Seçimi Difüzör içi Sup firmasıa ait MT-0 model membra difüzörleri kullaılmasıa karar verilmiştir. Bu difüzörleri dış çapı 5 m olup membra kısmıı çapı m dir. Katalog değerleri bu difüzörlerde her birii -5 m /saat aralığıda debileri basabildiğii göstermektedir. Bir difüzörü basma debisi m /saat alıırsa, her bir taka verileek hava miktarı da.10 m /saat olduğuda her bir tak içi gerekli difüzör adedi şu şekilde hesaplaır:.10m /saat m /saat adet 1.065adet 1. Adım: Difüzör Yerleşimi Reaktörler iki bölmede oluştuğua göre her bölmedeki difüzör adedi yaklaşık 5 adet olaaktır. Bölmeleri geişliği 5 m uzulukları 47 m olduğua göre (kavisli kısımlar hariç) tabadaki difüzörler satır ve kololarda ibaret olarak düşüülürse satır sayısıı 8,4 katı kolo olması gereklidir. Dolayısıyla geişlik boyua difüzör sayısı: 8,4* 5 8 olarak buluur. O halde uzuluk boyua (5/8) yaklaşık olarak 67 difüzör olaaktır. 5m lik kear boyua 8 adet difüzör olaağıa ve her bir difüzör 5 m çapıda olduğua göre difüzörlerde meydaa gele geişlik:

5 m * 8 = 00 m dir. Difüzörler arası uzaklık (bitim oktasıda bitim oktasıa) 0 m alıırsa ilk difüzörde so difüzöre toplam geişlik: 00m + 7*0m = 410 m olur. O halde ilk ve so difüzörü duvara uzaklığı ((500-410)/) 45 er m olaaktır. Uzuluk boyua difüzörler arası uzaklık (bitim oktasıda bitim oktasıa) 45 m alıırsa ilk difüzör ile so difüzör arası mesafe (dışta dışa): 67 * 5m + 66 * 45 m = 4645 m olur. Bu durumda reaktör ara duvarlarıı başlagıç oktası ile ilk difüzörü dış kearı arası uzaklık ((4700-4645)/) 7,5 m olaaktır. Ayı şekilde ara duvarı so oktası ile so difüzörü dış kearı arası uzaklık ta 7,5 m olaaktır. Blowerlarda gelerek difüzörlere hava taşıya çeşitli büyüklüklerde borular olaaktır. Bu borular aa boru, aa dağıtım borusu, dağıtım boruları gibi çeşitli şekillerde isimledirilir. Boru çaplarıı tayii havaı tüm havuzlara ve her havuzda tüm alaa eşit bir şekilde iletilebilmesi açısıda çok öemlidir. Bu yüzde hava debisi düştükçe yai borular ilerledikçe boru çaplarıı düşürmek gereklidir. E uygu şartları sağlamak içi her borudaki debi tek tek hesaplamalı ve tüm borularda hız yaklaşık olarak 10 m/s olaak şekilde boru çapları seçilmelidir. 1. Adım: Geri Devir Hattı Dizayı So çöktürme çamurlarıı katı madde muhtevası yaklaşık olarak %0,8-1, aralığıdadır []. Bu örek içi bu değer %1 olarak alıır ve bu katı maddei büyük kısmıı askıda katı maddelerde ileri geldiği düşüülürse geri devir çamuruu askıda katı madde kosatrasyou yaklaşık olarak 10.000 mg/l olur. Bu değer ve havaladırma havuzudaki MLSS kosatrasyou yardımıyla, öelikle geri devir oraı ardıda geri devir debisi buluabilir. Geri devir oraı aşağıda gösterildiği gibi buluabilir: R X R X X.000 10.000.000 0,4 O halde geri devir debisi de aşağıdaki deklemde buluabilir: Q R R* Q 0,4* 5.000 10.750m /gü Geri devir çamuruu taşıaağı boruda hız değeri 1 m/s kabul edilirse, geri devir hattı çapı: Metalf ve Eddy, 00

Q V * A D 4* Q V * π 4* (5.000/86.400) 1*,14 0,60m olarak buluur. 14. Adım: Selektör Dizayı Selektör yapıları geri devir hattıda gele çamur ile atıksuyu birleştiği taka verile isimdir. Selektör yapılarıı çeşitli kofigürasyoları mevuttur. Aerobik, aoksik ya da aaerobik tak gibi çalıştırılarak prosesi bir elemaı olarak da kullaılabilirler. Basit selektörler sadee atıksu ve geri devir çamuruu uygu bir şekilde karışması içi karıştırıı ile teçhiz edile yapılardır. Bu yapılarda bekleme süresi 0 ile 60 dk arasıdadır []. Selektör yapısıa gele debi atıksu akımı ve geri devir hattıı toplamıdır. Dolayısıyla selektöre gele debi: 5.000 + 10.750 = 5.750 m /gü olur. Bu örek içi bekletme süresi 0 dk seçilirse selektör hami: V Q* T 5.750m /gü * 0dk 1.440dk/gü 500m olaaktır. 15. Adım: İlave Alkaliite Hesabı Proseste alkaliite gerekip gerekmediğii tespiti içi kütle degesi yapmak gereklidir. Bu kütle degesi şu şekilde yazılabilir: ph ı 7 ivarıda kalması içi gerekli alkaliite = Giriş alkaliitesi Kullaıla alkaliite + Eklee alkaliite ph ı 6,8-7,0 ivarıda kalması içi70-80 mgcaco /L alkaliite buluması gerekir. Bu değer 80 mgcaco /L alımıştır. Giriş alkaliitesi ise verildiği üzere 150 mgcaco /L dir. Nitrifikasyoda kullaıla alkaliite, oluşa itratı bir döüşüm faktörü ile çarpılmasıyla elde edilir.bua göre 1 g amoyak itrifiye olurke 7,14 g CaCO iside alkaliite tüketilir. O halde itrifikasyoda kullaıla alkaliite miktarı: 7,14 mgcaco /mgnh 4 -N * 8, mg/l = 0,6 mgcaco /L Kütle degesi yazılırsa: 80 mgcaco /L = 150 mgcaco /L 0,6 mgcaco /L + Ekleeek alkaliite Ekleeek alkaliite = 1,6 mgcaco /L O halde bir güde eklemesi gereke alkaliite miktarı: Metalf ve Eddy, 00

0,16 kgcaco /m * 5.000 m /gü =.15 kg CaCO /gü olarak buluur. Gereke bu alkaliite sodyum bikarboat olarak ekleeektir. Kalsiyum karboatı eşdeğer ağırlığı 50 g/eq ike sodyum bikarboatı eşdeğer ağırlığı 84 g/eq dır. O halde bir güde eklemesi gereke sodyum bikarboat miktarı aşağıdaki deklem ile hesaplaabilir: 84gNa(HCO )/eq.15kg/gü* 5.569kgNa(HCO )/gü 50gCaCO /eq 16. Adım: So Çöktürme Takı Hesabı 4 adet so çöktürme takı yapılması plalamıştır. 4 takıda sürekli olarak çalışaağı plalamıştır. So çöktürme takları yüzey yüküe (savaklaa debii yüzey alaıa oraı) göre boyutladırılır. Bua göre ortalama debide yüzey yükü 16 ile 8 m /m -gü aralığıda olmalıdır 4. Yedek olarak bir tak düşüülmediğide bu örek tesis içi bu değer mümkü olduğua düşük tutulmuş ve 0 m /m -gü olarak alımıştır. Dolayısıyla ortalama debide bir tak çalışmadığıda yüzey yükü 6,7 m /m -gü olarak yie istee aralık içeriside kalaaktır. Bua göre toplam yüzey alaı: Ala 5.000m 0m / m / gü gü 1.50m olaaktır. Bir takı yüzey alaı ise 1.50/4= 1,5 m olaaktır. Bu durumda so çöktürme takları bu örek içi dairesel olarak tasarladığıda tak çapı yaklaşık 0 m olarak hesaplaır. Bua göre bir takı gerçek yüzey alaı 14 m olaaktır. Takı yüzey alaı katı madde yükü açısıda kotrol edilmelidir. Bu değer takı birim yüzey alaıda birim zamada geçe katı madde miktarıı taımlamaktadır. Bua göre katı madde yükü: (1 0,4) * 5.000m / gü *kg / m 14m * 4* 4sa / gü,6kgmlss / m sa olarak buluur. Bu değer 4-6 kgmlss/m -sa aralığıda olmalıdır 5. Bu örek içi bu değer alt sııra yakı olduğu içi kabul edilebilir. Dolayısıyla seçile tak çapı uygudur. Tak deriliği hava ile havaladırıla aktif çamur tesisleri içi,5-6 m arasıda olmalıdır 6. Bua göre bu örek içi bu değer 4 m olarak alıırsa bir takı hami 14 m *4 m = 1.56 m olaaktır. 4 Metalf ve Eddy, 00 5 Metalf ve Eddy, 00 6 Metalf ve Eddy, 00

Merdive Merdive Muz tipi karýþtýrýýlar Giriþ Yapýlarý 4 olu havuz Tak duvarý olu havuz Platform Çýkýþ Yapýlarý Giriþ Yapýlarý olu havuz Akým yöü 1 olu havuz Merdive Merdive Şekil 1 Reaktörleri geel yerleşimi

Arasý kesilmiþ Þekilde daire ile gösterile kýsmý büyütülmüþ detayý Şekil Difüzörleri yerleşimi