ENDÜSTRİYEL BİR ATIK SUYUN BİYOLOJİK ARITIMI VE ARITIM KİNETİĞİNİN İNCELENMESİ Emel KOCADAYI EGE ÜNİVERSİTESİ MÜH. FAK., KİMYA MÜH. BÖLÜMÜ, 35100-BORNOVA-İZMİR ÖZET Bu projede, Afyon Alkalot Fabrkasından alınan atık suyun byolojk oksdasyonu keskl tp aktf çamur reaktöründe farklı sıcaklıklarda gerçekleştrlmş ve bazı byoknetk sabtler çıkartılmıştır. Atık suyun Kmyasal Oksjen İhtyacı (KOİ) 25000-40000 mg/l ve ph ı 2.8-4.7 değerler arasındadır. Çalışılan sıcaklık değerler 20, 25, 30 0 C dr. Artan sıcaklıkla KOİ gdermnn arttığı görülmüştür. En y çalışma sıcaklığı 30 0 C dr ve KOİ 12300 mg/l ye düşmüştür. Byoknetk sabtler bulunmuştur. Ürün katsayısı (Y) sırasıyla 0.1427, 0.0501, 0.3042 mg VSS/mg KOİ ken endogenous düşüş katsayısı (k d ) 0.0274, 0.0001, 0.1748 gün -1 değerler arasındadır. 20, 25, 30 0 C sıcaklıklarında KOİ gderm değerler sırasıyla % 42.27, % 48.52, % 54.77 dr. Sonuç olarak, çalışmada KOİ gderm %54.77 elde edlmştr. Buna rağmen bu mktarlar standart atım lmtn karşılamamaktadır. Anahtar Kelmeler: Byolojk atık su arıtımı, Kmyasal oksjen htyacı (KOİ), Knetk çalışmalar, Oksjenl arıtım 1. GİRİŞ Günümüzde hızlı sanayleşmenn br sonucu olarak çevre krllğ de artmaktadır. Özellkle sanaylern yoğun olarak bulunduğu bölgelerde doğanın kend kendn yenleyeblme kapastes aşıldığında yoğun br krllk ortaya çıkmaktadır. Bu yoğun krllk netcesnde ekolojk denge ve nsan sağlığı hızla bozulmaktadır. Bu nedenle çevre korunması çn uygun arıtım metotları üzernde çalışılmaktadır. Brçok atık türünün arıtılmasında kullanılan en yaygın yöntemlerden brs byolojk arıtımdır. Bu arıtım yöntem uygulanarak çok mktarda atığın hızlı ve kontrollü olarak arıtılması mümkün olmaktadır. Bu çalışmada günümüzde çevre krllğnn azaltılması çn yapılan pek çok blmsel çalışmaya paralel olarak, endüstryel br atık olan Afyon Alkalotler Fabrkası atık suyunun, lk olarak byolojk arıtımı ve daha sonra bu arıtımın knetğ ncelenmektedr. Yapılan çalışmada aktf çamur proses kullanılmıştır. Aktf çamur sstem aerobk arıtma yöntemne dayanan byolojk br sstemdr. Fzksel yöntemlerle gderlemeyen organk maddeler aerobk mkroorganzmaların yardımıyla yapı ve madde değşmne uğrayarak çökeblr byolojk yumaklar halne getrlp kararlı ve zararsız maddelere dönüştürülürler [1]. Aktf çamur yöntemnn esası, organk maddeler çeren atık suların sürekl olarak havalandırmalı br tanka gönderlmes ve burada mkroorganzmalar topluluğunun etks le arıtılmasıdır [2,3]. Byolojk sstemlernn şletlmesnde ve tasarımında knetk çalışmaların önem büyüktür. Bu amaca dönük olarak lteratürdek bazı çalışmaların ışığında, çalışmanın knc kısmı olarak arıtım knetk parametreler hesaplanacaktır.
2. YÖNTEMLER Yapılan çalışmada atık suyun arıtımı çn byolojk arıtma yöntemlernden aktf çamur yöntem kullanılmış ve bulunan değerlerle arıtım knetğ çıkartılmıştır. 2.1 Aktf Çamur Yöntem Aktf çamur yöntem aerobk (havalı) arıtma yöntemne dayanan byolojk br sstemdr. Fzksel yöntemlerle gderlemeyen organk maddeler aerobk mkroorganzmaların yardımıyla yapı ve madde değşmne uğrayarak çökeblr byolojk yumaklar halne getrlp kararlı ve zararsız maddelere dönüştürülürler [4]. Aerobk arıtım sürecnde organk atıklar sentez ve yükseltgenme yolu le parçalanırlar. Bu olay en bast aşağıdak gb fade edlr [5]; nutrentler Organkler+Mkroorganzmalar+O 2 mkroorganzma sentez+co 2 +NH 3 +Enerj Aktf çamur yöntemnn esası, organk maddeler çeren atık suların sürekl olarak havalandırmalı br tanka gönderlmes ve burada mkroorganzmalar topluluğunun etks le arıtılmasıdır. Br aktf çamur yöntemnn öneml brmler havalandırma ve karıştırma düzenekler bulunan tanklar ve son çökeltme tanklarıdır [6,7]. 2.2 Arıtım Knetğnn Çıkarılması Hücre yarar katsayısı, Y, byolojk knetk modellerde kullanılan öneml br parametredr ve üretlen byokütlenn uzaklaştırılan substrata oranını temsl eder. Endogeneous düşüş oranı, k d, byokütlenn hızını temsl eder. Hücre yarar katsayısı ve endogeneous düşüş oranı atık-aktf çamur üretm yöntem tahmnndek krtk değerlerdr [8]. 2.3 Deneysel Çalışma Çalışma k ayrı grup altında toplanmıştır. İlk grupta kmyasal oksjen htyacı (KOİ) değer yaklaşık 30000 mg/l olan ve asdk karakterdek Afyon Alkalotler Fabrkası atık suyunun arıtımı ncelenmştr, knc grupta se aynı atık suyun arıtım knetğ çıkarılmaktadır. Her k sstem çnde, deneylere başlamadan atık suya uygun çamuru oluşturmak çn endüstrden alınan aktf çamurun da bulunduğu havalandırma tankına çok yavaş debde yaklaşık 2 ay boyunca atık su beslemes yapılmıştır. Çeştl zamanlarda havalandırma keslp, sstem çökmeye bırakılmıştır. Üstte kalan atık su sstemden uzaklaştırılıp, tekrar havalandırma başlatılmıştır. Ve uygun çamur oluşturulmuştur. Verml br arıtma temn çn KOİ/N/P:100/5/1 oranı sağlanmıştır. Bu oranı sağlamak çn atık suyun fosfor eksklğ gderlmştr ve ph=7 ye getrlmştr [9]. Yapılan çalışmanın brnc bölümünde, aktf çamur yöntemyle byolojk arıtım çn, başlıca, her ks de plexglass malzeme olan, 6.8 L hacmnde slndrk br havalandırma tankı ve 3.4 L hacmnde konk br çöktürme tankından oluşan deney sstem kullanılmıştır. Deneyler sürekl çalışma modunda gerçekleştrlmştr. Havalandırma tankına atık su beslemes çn perstaltc br pompa kullanılmıştır. Çöktürme tankındak çamurun br kısmının ssteme ger döndürülmes ve br kısmının sstemden uzaklaştırılması çn se 2 ayrı pompa kullanılmaktadır. Oksdasyon çn gerekl olan hava akvaryum tp pompayla rotametreden geçrlerek havalandırma tankına verlmektedr. Tankın dbnde havanın düzenl dağılmasını ve tankın sürekl karışmasını sağlayan hava dağıtıcısı mevcuttur. Deneyler sırasında ölçülen parametreler, ph, çözünmüş oksjen, askıda katı madde derşm ve kmyasal oksjen htyacıdır. Çalışmanın knc kısmını oluşturan knetk çalışmada se keskl br reaktörde çalışılmıştır. 2L hacmnde 3 boyunlu cam br balonda deneyler yapılmaktadır. Deneyler sırasında ölçülen dğer parametrelere ek olarak
çıkan havadak oksjen yüzdes de ölçülmektedr. Her k grupta da arıtmanın etknlğ KOİ değerler ölçülerek tespt edlmektedr. 4. SONUÇLAR Bu çalışmada Afyon Alkalot Fabrkasının atık suyunun keskl tp reaktörde farklı sıcaklıklarda byolojk arıtımı üzernde çalışılmıştır. Sıcaklık 20 0 C ken; KOİ (mg/l) 29000 27000 25000 23000 21000 19000 17000 15000 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 Zaman (gün) Şekl 1.1: 20 0 C de substrat konsantrasyonunun zamanla değşm Şekl 1.1 de görüldüğü gb KOİ ı 27200 den 15700 e düşmüştür. KOİ gderm %42.27 bulunmuştur. Bomass Concentraton (m (X) 6200 6000 5800 5600 5400 5200 5000 Tme (day) Şek11.2: 20 0 C de byokütle konsantrasyonunun zamanla değşm Hesaplanacak byoknetk parametreler deney boyunca elde edlen KOİ ve byokütle konsantrasyonu verler kullanarak hesaplanır. Büyüme oranı (U) ve substrat oranı (µ) aşağıda verlen methodla hesaplanır. U = µ = ( S ( X ( X ( X -1-1 -1-1 - S ) / t + X ) / 2 - X + X ) / t /) / 2 U = (1/day) (1) µ = (1/day) (2) Şekl 1.3 te büyüme oranına (µ) karşı substrat fayda oranı (U) çzlr. Eğm çzgs yarar katsayısını (Y) ve nterseptte endogeneous düşüş oranını (k d ) gösterr.
Büyüme oranı (1/gün) 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 y = 0.1427x - 0.0274 R 2 = 0.8964 0 3 3,5-0,1 Substrat Yarar Oranı (1/gün) Şekl 1.3: Büyüme oranının (µ) substrat yarar oranına göre değşm (U) Fayda katsayısı (Y) 20 0 C de 0.1427, endogenous solunum sonucu oksdze olan hücreler (k d ) se 0.0274 bulunmuştur. Sıcaklık 25 0 C ken; 28000 26000 24000 COD (mg/l 22000 20000 18000 16000 14000 12000 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 Tme (day) Şekl 1.4: 25 0 C de substrat konsantrasyonunun zamanla değşm Şekl 1.4 de görüldüğü gb KOİ ı 27200 den 14000 e düşmüştür. KOİ gderm %48.52 bulunmuştur. Bomass Concentraton ( 6000 5800 5600 5400 5200 5000 4800 Tme (day) Şek11.5: 25 0 C de byokütle konsantrasyonunun zamanla değşm
Specfc Growth Rate 0,14 0,12 0,1 0,08 0,06 0,04 0,02 y = 0.0501x - 0.0001 R 2 = 0.6049 0-0,02 Substrate Utlzaton Rate (1/day) Şekl 1.6: Büyüme oranının (µ) substrat yarar oranına göre değşm (U) Fayda katsayısı (Y) 25 0 C de 0.0501 ve endogenous solunum sonucu oksdze olan hücreler (k d ) se 0.0001 bulunmuştur. Sıcaklık 30 0 C ken; 28000 26000 24000 COD (mg/ ) 22000 20000 18000 16000 14000 12000 3 3,5 Tme (day) Şekl 1.7: 30 0 C de substrat konsantrasyonunun zamanla değşm Şekl 1.7 de görüldüğü gb KOİ ı 27200 den 12300 e düşmüştür. KOİ gderm %54.77 bulunmuştur. 6500 Bomass Concentraton 6000 5500 5000 4500 4000 3 3,5 Tme (day) Şek11.8: 30 0 C de byokütle konsantrasyonunun zamanla değşm
0,6 Specfc Growth rate ( 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 y = 0.3042x - 0.1748 R 2 = 0.8639 0-0,1 Substrate Utlzaton Rate (1/day) Şekl 1.9: Büyüme oranının (µ) substrat yarar oranına göre değşm (U) Fayda katsayısı (Y) 30 0 C de 0.3042, endogenous solunum sonucu oksdze olan hücreler (k d ) se 0.1748 bulunmuştur. Table 1.1 Y (yarar katsayısı), k d (endogenous solunum) ve KOİ gderm değerler Sıcaklık( 0 C) KOİ Gderm (%) Y (Yarar katsayısı) (mg VSS/mg COD) k d (Endogenous solunum) (1/day) 20 42.27 0.1427 0.0274 25 48.52 0.0501 0.0001 30 54.77 0.3042 0.1748 Tabloda görüldüğü gb, en uygun COD gderm 30 0 C de ve COD gderm %54.77 COD bulunmuş, 27200 den 12300 mg/l ye düşmüştür. Endogeneous düşüş oranı, k d ver noktalarındak değşmlere karşı cok hassas olduğundan dolayı bu metotla uygun k d değerler elde etmek zordur. 5. SEMBOLLER X= karışmış yoğun askıda katı madde konsantrasyonu (MLVSS) (mg/l); t = zaman (gün) S= substrat konsantrasyonu (mg/l) Y= fayda katsayısı; üretlen hücre kütlesnn faydalanılan substrat kütlesne oranı (mg VSS/mg COD) k d = endogenous düşüş oranı (1/day) 6. KAYNAKLAR 1. Soyupak, S., Byolojk Arıtma ve Byolojk Arıtma Sstemler, ODTÜ Çevre Müh., 1987. 2. Btton, G., Wastewater Mcrobology, John Wley and Sons, INC, 478p. 1994. 3. Erdnç, E., Çevre Mühendslğ Mkrobyolojs, Buca-İzmr, 1999. 4. Soyupak, S., Byolojk Arıtma ve Byolojk Arıtma Sstemler, ODTÜ Çevre Mühendslğ Bölümü, 1987. 5. Topacık, D., Atıksu Arıtma Tessler İşletlmes, İTÜ İnşaat Fakültes Çevre Müh. Bölümü, 1987. 6. Btton, G., Wastewater Mcrobology, John Wley and Sons, INC, 478p., 1994. 7. Erdnç, E., Çevre Mühendslğ Mkrobyolojs, Buca-İzmr, 1999. 8. www.dnr.state.w.us/org/water/wn/ww/tech/bol.htm, Bologcal Knetc Parameter Estmaton (2004). 9. Aytmur, G., Atalay, S., Treatment of an Industral Wastewater by Bologcal Oxdaton and/or Chemcal Oxdaton, Msc Thess, 98p., 2002.