İSTANBUL TEKNİ K ÜNİ VERSİ TESİ FEN Bİ Lİ MLERİ ENSTİTÜSÜ HAVASI Z ARI TMA SİSTE MLERİ NDE YÜKSEK TUZLULUK VE AMONYAK ETKİ Sİ YÜKSEK Lİ SANS TEZİ Çevre Müh. A. Gökhan ÖZALP 5199138 Tezi n Enstitüye Veril diği Tari h : 13 Mayıs 22 Tezi n Savunul duğu Tari h : 31 Mayıs 22 Tez Danış manı : Di ğer Jüri Üyel eri Prof. Dr. İzzet ÖZTÜRK Prof. Dr. Ferhan ÇEÇEN ( B. Ü.) Doç. Dr. Orhan İ NCE (İ. T. Ü.) HAZİ RAN 22
ÖNS ÖZ Bu çalış manı n yür üt ülmesi ve yönl endiril mesindeki değerli kat kıları ndan; çalış ma boyunca gösterdi ği il gi, teşvi k ve desteği nden dolayı değerli hoca m Pr of. Dr. İzzet Özt ürk e en içte mteşekkürleri mi sunarı m. Çalış ma m boyunca maddi, manevi destek ve yardı ml arı nı sürekli yanı mda hissettiği m Ar aştır ma Görevlisi Çi ğde m Yangı n Gö meç e ve Ar aştır ma Görevlisi Ma h mut Altı nbaş a, gaz öl çüml eri ndeki sonsuz yardı ml arı ndan dol ayı değerli hoca m Ar aştır ma Görevlisi A. Os man Arı kan a şükranl arımı sunarı m. Çalış ma mı n her evresi nde göst erdi kleri sabır, destek ve sevgileri nden dol ayı anne m Fadi m ÖZALP ve ar kadaşları m Ayt uğ DE Mİ RDİ LEK e ve Beyza SAMUK a teşekkürleri mi arz ederim. Ma yı s 22 A. Gökhan ÖZALP I
İ Çİ NDEKİ LER ŞEKİ L LİSTESİ TABLO Lİ STESİ ÖZET SUMMARY Sayfa IV VI VII VIII BÖLÜM1. Gİ Rİ Ş 1 1. 1 Çalış manı n anla mve öne mi 1 1. 2 Çalış manı n a macı ve kapsa mı 1 BÖLÜM2. Bİ YOLOJİ K ARI TMA SİSTEMLERİ 3 2. 1 Havasız arıt manı n esasları 4 2. 1. 1 Hi droliz 5 2. 1. 2 Asit Üreti mi 5 2. 1. 3 Met an Ür eti mi 5 2. 2 Havasız arıt ma siste ml eri ni n işlet meye alı nması ve proses kontrol u 6 2. 2. 1 İşlet meye Al ma ( Akli masyon) Devresi 6 2. 2. 2 Opti mu m Çevre Şartları 7 2. 2. 3 Çevre Şartları 7 2. 2. 3. 1 Sı caklı k 7 2. 2. 3. 2 Uygun ph 7 2. 2. 3. 3 Oksitleyici Maddel er 8 2. 2. 3. 4 Nütrientler, Uçucu asitler ve Al kali nite 8 2. 2. 3. 5 İnhi bit ör Madde 8 2. 3 Havasız arıt ma siste ml eri 9 2. 3. 1 Kl asi k Havasız Ça mur Çür üt ücü 9 2. 3. 2 Havasız Te mas Reakt örü 9 2. 3. 3 Havasız Filtre 9 2. 3. 4 Havasız Akışkan Yat aklı Reakt ör 1 2. 3. 5 Havasız Ça mur Yat aklı Reakt ör 1 2. 3. 6 Havasız Ça mur Yat aklı Filtre ( Hi bri d Filtre) 1 II
2. 3. 7 Me mbr anlı Havasız Reaktör 1 2. 3. 8 Havasız Ar dışı k Kesi kli Reakt ör 1 2. 3. 9 Havasız Ko mpost Reakt örleri 11 2. 3. 1 İki Kade meli Havasız Arıt ma Siste ml eri 11 2. 4 Havasız ça mur yataklı reakt ör 11 2. 4. 1 HÇYR de İşlet meye Al ma ve Granül asyon 12 2. 4. 2 İşlet meye Al ma Devresi ndeki Öne mli Hususlar 13 2. 5 Havasız arıt ma siste ml erinde t oksisite ve inhi bisyon 14 2. 5. 1 İnhi bisyonun İzlenmesi 16 2. 5. 2 Amonyak İnhi bisyonu 17 2. 5. 3 Tuz İnhi bisyonu 19 BÖLÜM3. KONUYLA İ LGİ Lİ ÖNCEKİ ÇALI Ş MALAR 22 BÖLÜM4. DENEYSEL ÇALI Ş MALAR 26 4. 1 Mat eryal ve met od 26 4. 1. 1 Çalış manı n Amacı 26 4. 1. 2 Sent eti k Atı ksu 26 4. 1. 3 Havasız Arıtılabilirlik Çalış ması 27 4. 1. 3. 1 Deney Düzeneği 27 4. 1. 3. 2 Analitik Yönt e ml eri 28 BÖLÜM5. DENEY SONUÇLARI NI N DEĞERLENDİ Rİ LMESİ 3 5. 1 İşlet meye al ma dönemi 3 5. 2 Tuz i nhi bisyonu 33 5. 2. 1 Bi nde 5 ( / 5) Tuzlul uk Peri yodu 33 5. 2. 2 Bi nde 1 ( / 1) Tuzl ul uk Peri yodu 36 5. 2. 3 Bi nde 15 ( / 15) Tuzl ul uk Peri yodu 39 5. 3 Amonyak i nhi bisyonu 43 5. 3. 1 NH 3 İlavesi 1 mg/l BÖLÜM6. SONUÇLAR VE ÖNERİ LER 5 KAYNAKLAR 51 ÖZGEÇMİ Ş 53 III
ŞEKİ LLER Lİ STESİ Sayfa Şekil 2. 1 Havasız ayrışmanı n safhaları 6 Şekil 4. 1 HÇYR ni n şemati k görünü mü 28 Şekil 5. 1 Akli masyon Peri yodunda KOİ Değerlerini n ve Gi deri m Veri mi ni n (E%) Za mana Göre Değişi mi 31 Şekil 5. 2 Akli masyon Peri yodunda TOK Değerlerini n ve Gi deri m Veri mi ni n (%) Za mana Göre Değişimi 31 Şekil 5. 3 Akli masyon Peri yodunda TKN ve NH 4 Za mana Göre Değişi m 32 Şekil 5. 4 Akli masyon Peri yodunda ph Değerlerini n Za mana Göre Değişimi 32 Şekil 5. 5 Akli masyon Peri yodunda TP Değerlerini n Za mana Göre Değişimi 33 Şekil 5. 6 / 5 lik Tuzl ulukda KOİ Değerleri ni n ve Gi deri m Veri mi ni n (%E) Za mana Göre Değişi mi 34 Şekil 5. 7 / 5 lik Tuzl ulukda TOK Değel eri ni n ve Gi deri m Veri mi ni n (%E) Za mana Göre Değişi mi 34 Şekil 5. 8 / 5 lik Tuzl ulukda TKN Ve NH 4 Değerleri ni n Za mana Göre Değişi mi 35 Şekil 5. 9 / 5 lik Tuzl ulukda ph Değerleri ni n Zamana Göre Değişi mi 35 Şekil 5. 1 / 5 lik Tuzlul ukda TP Değerleri ni n Za mana Göre Değişi mi 36 Şekil 5. 11 / 1 l uk Tuzl ul ukda KOİ Değerleri nin ve Gi deri m Veri mi ni n Za mana Göre Değişi mi 37 Şekil 5. 12 / 1 l uk Tuzl ul ukda TOK Değerlerini n ve Gi deri m Veri mi ni n Za mana Göre Değişi mi 37 Şekil 5. 13 / 1 l uk Tuzl ul ukda TKN ve NH 4 Değerleri ni n Za mana Göre Değişi mi 38 Şekil 5. 14 / 1 l uk Tuzl ul ukda ph Değerleri ni n Za mana Göre Değişi mi 38 Şekil 5. 15 / 1 l uk Tuzl ul ukda TP Değerleri ni n Za mana Göre Değişi mi 39 Şekil 5. 16 / 15 lik Tuzlul ukda KOİ Değerleri nin ve Gi deri m Veri mi ni n Za mana Göre Değişi mi 4 Şekil 5. 17 / 15 lik Tuzlul ukda TOK Değerleri nin ve Gi deri m Veri mi ni n Za mana Göre Değişi mi 4 Şekil 5. 18 / 15 lik Tuzlul ukda TKN ve NH 4 Değerleri ni n Za mana Göre Değişi mi 41 IV
Sayfa Şekil 5. 19 / 15 lik Tuzlul ukda ph Değerleri ni n Za mana Göre Değişi mi 41 Şekil 5. 2 / 15 lik Tuzlul ukda TP Değerleri ni n Za mana Göre Değişi mi 42 Şekil 5. 21 KOİ Gi deri mveri mi ni n ve Tuzl ul uğun Za mana Göre Değişi mi 42 Şekil 5. 22 KOİ Değerlerini n ve Gi deri m Veri mi nin ( %) Za mana Göre Değişi mi 43 Şekil 5. 23 1 mg/l NH 4 içi n KOİ Değerleri ni n ve Gderi m Veri mni n ( %) Za mana Göre Değişi mi 44 Şekil 5. 24 1 mg/l NH 4 içi n TOK Değerleri nin ve Gi deri m Veri mi ni n (%) Za mana Göre Değişimi 44 Şekil 5. 25 1 mg/l NH 4 içi n TKN ve NH 4 Değerleri ni n Za mana Göre Değişi mi 44 Şekil 5. 26 1 mg/l NH 4 içi n Serbest NH 3 Değerleri ni n Za mana Göre Değişi mi 45 Şekil 5. 27 1 mg/l NH 4 içi n ph Değerleri ni n Za mana Göre Değişi mi 46 Şekil 5. 28 1 mg/l NH 4 içi n TP Değerleri ni n Za mana Göre Değişi mi 46 Şekil 5. 29 Gaz Değerlerini n Za mana Göre Değişimi 47 Şekil 5. 3 KOİ değerlerini n Za mana Göre Değişimi 47 Şekil 5. 31 TOK Değerlerini n Za mana Göre Değişi mi 48 Şekil 5. 32 ph Değerlerini n Za mana Göre Değişimi 48 Şekil 5. 33 NH 4 Değerlerini n Za mana Göre Değişi mi 48 Şekil 5. 34 TKN Değerleri ni n Za mana Göre Değişi mi 49 Şekil 5. 35 TP Değerlerini n Za mana Göre Değişimi 49 Şekil 5. 36 Biri m Gi derilen KOİ Başı na Üretilen Gaz Mi kt arı 5 V
TABLOLAR Lİ STESİ Sayfa Tabl o 2. 1 Başlıca havasız mi kroorgani z ma grupl arı 4 Tabl o 2. 2 İşet meye al ma süresi ni et kileyen fakt örler 6 Tabl o 2. 3 Havasız mi kroor gani z mal ar içi n opti mum çevre şartları 7 Tabl o 2. 4 Zararlı maddeleri n havasız (anaerobi k) ayrış ma süreci ni engelleyen konsantrasyonl arı 8 Tabl o 2. 5 Evsel atıksu arıt ma ça mur unun aşı olarak kullanıl ması dur umunda HÇYR i çi n tavsi ye edilen işlet meye al ma stratejisi 13 Tabl o 2. 6 Kat yoni k t uzların toksisite sı nır değerleri mg/l 2 Tabl o 4. 1 St ok besi çözeltisini n özellikleri 26 Tabl o 4. 2 Sent eti k atık özellikleri 27 Tabl o 4. 3 Analizler ve ölçümsı klı kları 29 VI
ÖZET Havasız arıt ma sisteml eri evsel atı ksuların arıtı mı nda yıllardır başarı yla uygul anmakt adır. Kanalizasyon siste ml eri ne belirli oranl arda ha m sı zı ntı suyu ilavesi özellikle geliş mekt e ol an ül kelerce uygul anmaktadır. Daha önceki çalışmal ar katı atı k düzenli depol a ma alanl arı ndan çı kan kuvvetli atı k karakt eri ndeki sızı ntı sul arı nı n haci msel ol arak %2-3 e varan oranl arda mer kezi kanal şebekesi ne veril mesi ni n kentsel atı ksu arıt ma t esisleri nde öne mli işletme sor unl arı na yol açmayacağı nı göster mi ştir. Yüksek konsantrasyonl arda KOİ, amonyak, çözün müş madde v. b. gi bi kirletici maddel er i çeren sı zı ntı sul arı nı n evsel atıksularla birlikte arıt ma tesisleri ne veril mesi bu t esislerde ilave yükl ere neden ol makt adır. Kanalizasyon siste ml eri nde, evsel atı ksular sızı ntı suları ile karıştırıldı kları zaman 1 mg/l ni n üzeri nde KOİ konsantrasyonl arı na ul aşılabilir. Bu dur umda, anaerobi k arıt ma uygun bir bi yol oji k arıt ma alternatifi ol arak düşünül ebilir. Ancak özellikle yüksek ph değerleri nde, yüksek konsantrasyonl ardaki NH 3 - N (a monyak) serbest a monyağa dönüş mek sureti yle anaerobi k sistemde i nhi bisyona sebep ol ur ve siste m veri mi ni ol umsuz yönde et kileyebilir. Bu çalış mada, yüksek tuzl ul uğun anaerobi k siste me et kisi i ncelenecektir. Zira özellikle sahil yerleşi m böl geleri nde bul unan arıt ma t esisleri nde yüksek oranl arda deni z suyunun kanalizasyona i nfiltrasyonu söz konusu ol up bu dur um arıt ma t esisi veri mi ni ol umsuz yönde et kileyebil mekt edir. Bu nedenl e yüksek t uzl ul uğun et kisi ni izle mek i çi n yüksek oranda t uz i çeren sent eti k atıksu reakt öre beslenmi ştir. Deneysel çalış mal ar l aborat uarı mı zda bul unan Havasız Mezofilik Ça mur Yat aklı Reakt ör ( HÇYR) de gerçekl eştirilecektir. Yüksek t uzl ul uğun et kisini n i ncelenmesi ni t aki ben, çalış manı n i ki nci kısmı nda i se, anaerobi k siste ml ere yüksek a monyak et kisi nin i ncelenmesi a macı yla yüksek konsantrasyonda a monyak i çeren ve sı zı ntı suyu + evsel atı ksu karışı mı nı karakt erize eden bir sent eti k atı k reakt öre beslenmi ştir. Bu amaçl a, he m yüksek a monyak he m de tuzl ul uğun ayrı ayrı ve birlikte havasız arıt ma sist e ml eri ne ol an et kileri araştırıl mıştır. Çalış manın belirlenen hedefi ne ul aşabil mesi i çi n 8 aylı k bir deneysel araştır ma proj esi yürüt ülmüşt ür. Bu çalış mada, yüksek t uzl ul uk ( / 5, / 1 ve / 15) ve bunun yanı nda yüksek NH 3 konsantrasyonunun ( 1 mg/l) havasız siste ml erdeki i nhi bitör et kileri araştırıl mıştır. Sonuçl ar, siste mi n yüksek konsantrasyonl arda t uzl ul uk ve a monyağı ( NH 3 ) t ol ere ettiği ni ve gözl e gör ül ür bir i nhi bisyonun gerçekleş medi ği ni göster mi ştir. VII
EFFECT OF HI GH SALI NI TY AND AMMONI A ON ANAEROBI C TREAT MENT SYSTEMS SUMMARY Anaerobi c syste ms have been used i n do mestic wastewat er treat ment successfull y i n the l ast decades. Addition of ra w l andfill leachates i nt o se werage i n particul ar rati os has been applied especi ally i n devel opi ng countries. St udi es i ndi cat e t hat, mi xi ng 2 % of l andfill l eachat es by vol ume wit h do mestic wastewat ers f or t he control of l eachate, does not l ead t o i mportant operati onal pr obl e ms i n Muni ci pal Treat ment Pl ants. Landfill l eachate consist of vari ous poll utants at hi gh concentrations such as COD, a mmoni a nitrogen, dissol ved mat erials et c. Hence, treat ment pl ants expose t o additional l oads due t o t hese poll utants at high concentrations. Di schargi ng of leachat es i nt o t he se werage i ncreases t he COD concentrations above 1 mg/l. I n this case, anaerobi c treat ment can be consi dered as an alternati ve bi ol ogi cal treat ment syste m. Ho wever, especiall y at hi gh ph val ues, a mmoni a nitrogen at hi gh concentrations t ends t o be converted i nt o free ammoni a t hat l ead t o i nhibiti on i n anaerobi c syste ms. Thus, syste mefficiency is affect ed adversl y and decreases. In t his st udy, i nvesti gation of sali nit y effect on anaerobi c treat ment systems. Si nce, sea wat er i nfiltration i nt o se werage syste m at hi gh r ati os is observed especiall y i n t he coastal regi ons it was deter mi ned t hat hi gh sali nity may reduce t he efficiency of t he treat ment pl ants. a synthetic wast ewat er cont ai ning hi gh concentrations of sali nit y will be fed i nt o t he reactor f or t he i nvesti gati on of t he i nhi bition effect of sali nit y at hi gh concentrations on anaerobi c syste ms. Experiment al st udi es will be conduct ed by Upfl ow Anaerobi c Sl udge Bl anket ( UASB) reactor present in the laborat ory. Foll owi ng t he i nvesti gation of sali nity effect, a synt hetic wastewat er cont aini ng hi gh concentrations of a mmoni a and characterizi ng l eachat e + do mestic wast ewat er mi xt ure will be fed i nt o t he react or f or t he i nvestigati on of t he i nhi bition effect of a mmoni a at hi gh concentrations on anaerobi c systems. In t his respect, not onl y will the effects of hi gh a mmoni a and hi gh sali nity be i nvesti gated seperatel y, but also their combi ned effect will be exa mi ned. Ei ght mont hs i nvesti gati on peri od is pl anned to achi eve t he deter mi ned goal of the st udy. In t his st udy, t he i nhi bition effects of hi gh sali nity ( / 5, / 1 ve / 15) and hi gh a mmoni a ( 1 mg/l) on anaerobi c syste ms were investi gated. Results i ndicated t hat syste m coul d t ol erate such hi gh concentrations of sali nity and a mmonia and no obvi ous i nhi bition was observed. VIII
BÖLÜM1. GĠ RĠ ġ 1. 1. ÇalıĢ manı n anl a mve öne mi Su kirliliği yüzyılı mı zın en öne mli çevre sorunları ndandır. Bu sorun baģlıca endüstri yel ve evsel atıksul ar ile yayılı kirleticilerden kaynakl anmakt adır. Son yıllarda endüstrileģmeni n hı zla artıģı arıtılması gereken atı ksuları n çeģitliliği ni arttır makt a ve özellikle mer kezi bi yol oji k arıt ma t esisleri ni n veri ml eri ni ol umsuz et kile mekt edir. Bununl a birlikte, katı atı k düzenli depol a ma al anı sızı ntı sul arı nı n da özellikle geliģ mekt e ol an ül kel erde doğr udan kanalizasyon siste ml eri ne verilerek evsel atı ksularla beraber arıtıl ması sürdürülebilir bir kontrol yönt emi ol arak kullanıl makt adır. Ancak bu ti p atı ksularda bul unan a monyak gi bi havasız arıt ma siste ml eri nde i nhi bisyona neden ol abilecek atı k maddel eri n mi kt arları ve siste m üzeri ne ol an et kileri önceden t a m ol arak t ahmi n edile me mekt edir. Ayrıca tuzl u deni z suları nı n sahil kollekt örleri ne i nfiltrasyonu sonucu yüksek mi kt arda t uzl ul uk sevi yeleri ne de ul aģıl makt adır. Dol ayısı yla yüksek t uzl ul uk ve a monyak özelli kle mer kezi atı ksu arıt ma tesisleri ni n havasız (anaerobi k) ça mur çür üt me ve havalı (aerobi k) arıt ma biri ml eri ile bil hassa deni z ür ünleri ve sala mura yapılan endüstriler içi n öne mli birer sorun dur umundadır. 1. 2. ÇalıĢ manı n a macı ve kapsa mı Bu çalıģ manı n a macı, yüksek a monyak konsantrasyonu ve t uzl ul uk i çeren atı ksul arı n havasız arıtıl mal arı durumunda meydana gelebilecek i nhi bisyonun mezofili k Ģartlarda iģletilen Havasız Ça mur Yat aklı Reakt ör ( HÇYR) kullanılarak araģtırıl ması dır. Tez kapsa mı nda, katı atı k sızıntı suyu deģarjı ve deni z suyu infiltrasyonu sonucu yüksek oranda a monyu m ( NH 4 ) ve t uzl ul uk i çeren evsel atı ksuları karakt erize eden sent eti k atı ksularla, bu i ki para metreni n havasız arıt maya ol ası ol umsuz et kileri (inhi bisyon) ortaya konacaktır. 1
ÇalıĢ ma kapsa mı nda ; Yüksek t uzl ul uk i çeren sent eti k atı ksuyun HÇYR e beslenerek KOĠ gi derimi ve gaz üreti mi üzeri ndeki inhi bisyonu, Aynı atı ksuya yüksek amonyak ilave edilerek HÇYR deki KOĠ gi deri mi ve gaz üreti mi üzeri ndeki inhi bisyonu deneysel olarak araģtırıl mıģtır. Deneysel araģtır mal ar sonucunda, havasız arıtma siste ml eri nde t uz ve a monyak inhi bisyonunun et kileri ortaya konacaktır. 2
BÖLÜM2. BĠ YOLOJĠK ARI TMA SĠSTEMLERĠ Bi yol oji k arıt ma, çözünmüģ ve askı da or gani k maddel eri n adsorbsi yon, sı yır ma ve bi yol oji k ol arak parçalama kade mel eri gi bi çeģitli aģa mal ar ile bertaraf edil di ği bir arıt ma yönt e mi dir. Bi yol oji k arıt ma genellikle mi kroorgani z mal ar yar dı mı yl a gerçekl eģ mekt edir. Bi yoloji k arıt manı n evsel atı ksulara uygul anması nı n ana nedeni or gani k maddel eri gi dermek ya da bazı dur uml arda azot ve f osfor gi bi nütrientleri uzakl aģtır maktır ( Met calf ve Eddy, 1991; Eckenfelder, 1989). Or gani k maddel eri n birçoğunu ve bazı parçalana mayan or gani k maddel eri adsorbsi yon yönt e mi ile gi der mek mü mkün ol abil mekt edir. Bu yönt e m askı da katı maddel er i çi n biri ncil arıt ma yönt e mi ol arak kullanılabilir. Ancak t oksi k maddel er ve ağır met aller bu yönt e ml e gi derile mezl er. Ağır met aller ayrıca mi kroorgani z mal arı n hücre duvarları ile ko mpl eks yaparlar ve hücre üzeri nde biri kerek ( bi yoakümil asyon) hücreni n öl ümüne neden ol urlar. Bir di ğer pr obl e m i se genellikle havasız arıt ma siste ml eri nde görül en koku probl e mi dir. Uçucu Or gani kler ( UO), genellikle sı yır ma (air-strippi ng) yönt e mi kullanılarak gi derilir. Bu yönt e m özellikle Ameri ka da yaygı n ol arak kullanıl makt adır. Bunun ana nedeni havadaki UO e mi syonunun (koku) azaltılması dır ( Eckenfel der, 1989). Bi yol oji k arıt manı n i ki ana t ürü bul unmakt adır. Bunl ar havalı (aerobik) arıt ma yönt e mi ve havasız (anaerobi k) arıt ma yönt e ml eri dir. AĢağı da bu i ki yönt e mden kısaca bahsedil miģtir. Havalı (aerobi k) arıt ma siste ml eri, genellikle evsel atı ksuları n arıtıl ması nda kullanıl makt adır. Havalı arıt ma, or gani k maddel erin oksijenli orta mda bi yoki myasal mekani z mal ar yol uyl a parçalanarak, mi kroorgani z mal ar t arafı ndan besin ol arak kullanıl ması ve böyl ece kirlilik yapan maddel eri n orta mdan uzakl aģtırıl ması dır. Havalı (aerobi k) siste mleri n enerji mali yetleri nin fazla ol ması ve arıtma i Ģl e mi sonunda aģırı ça mur oluģumu nedeni yle yeni arıt ma yönt e ml eri araģtırıl mı Ģ ve 3
havasız (anaerobi k) arıtma uygun bir siste m olarak geliģtiril miģtir ( Zee man ve Letti nga, 1999). Havasız (anaerobi k) bi yol oji k arıt ma sisteml eri, organi k atı kların havası z bi yoki myasal süreçlerle parçalanı p, ağırlıklı ol arak CH 4, CO 2, NH4, H 2 S gi bi son ür ünl ere dönüģt ürül mesi ol arak t anı ml anmakt adır. Havasız siste ml er 19. yüzyıl ortaları nda kullanıl maya baģlanmı Ģtır. Yakı n zamana kadar sadece bi yoloji k arıt ma tesisi ça murları nı n çür ütül mesi nde uygul anan havasız arıt ma yönt e mi, son yıllarda endüstri yel ve evsel atıksul arı n arıtıl ması nda da yaygı n ol arak kullanıl maya baģlanmı Ģtır ( Özt ürk, 2). 2. 1 Havasız Arıt manı n Es asl arı Havasız arıt ma, ko mpl eks ve askı da or gani k maddel eri n havasız orta mda ayrıģ ması esnası nda meydana gel en seri ve paralel çok adı mlı bi yoki myasal reaksiyonl ardan ol uģan bi yol oji k bir pr osestir. Ġl k aģa mada polisakkaritler, protei nler ve lipi dler gi bi poli meri k yapı daki ko mpl eks maddel ere, hücre dıģı enzi ml er vasıtası yla daha küçük boyutta ve hücre zarı ndan geçebilecek çözünebilir ür ünl ere dönüģürler. Bu bileģi kler daha sonra fer ment asyon veya havasız oksi dasyonl a kısa zi ncirli yağ asitleri ne, al kollere, karbondi oksite, hi droj ene ve a monyağa dönüģürler. Aset at dıģı ndaki kısa zi ncirli yağ asitleri de aset ata, hi drojene ve karbondi oksite dönüģürler. Prosesi n son aģa ması nda ise asetat parçalanması veya hi drojen ile karbondi oksitin sent ezi yol uyl a met an ( CH 4 ) üreti mi gerçekl eģtirilir. Havasız arıt ma birçok mi kr oorgani z ma gr ubunun r ol al dı ğı ol dukça ko mpl eks bir pr osestir. Bununl a birlikte baģlıca i ki gr up mi kroor gani z manı n (asit bakterileri ve met an ar kel eri) esas görevi üstlendi ği bilinmekt edir. Bu i ki gr upt a kendi arası nda alt gr upl ara ayrıl makt adır. Bu grupl ar Tabl o 2. 1 de veril miģtir ( Ubay, 1999). Tabl o 2. 1. BaĢlıca havasız mi kroorgani z ma grupl arı ASĠ T BAKTERĠ LERĠ METAN ARKELERĠ Bütirik ve Propi yoni k Asit Üretenl er Aseti k Asit Üretenler Aseti k Asit Kullananl ar Hi drojen Kullananl ar 4
Ko mpl eks or gani k maddel eri n havasız ayrıģ ması en genel hal de üç aģa malı bir pr osesle gerçekl eģ mekt edir. 1. Yüksek mol ekül ağırlıklı katı ve çözün müģ organik maddel eri n hi drolizi, 2. DüĢük mol ekül ağırlıklı or gani k maddel eri n asit bakt erileri nce uçucu yağ asitleri ne ve aseti k asite dönüģt ürül mesi, 3. Aseti k asit, H 2 ve CO 2 den CH 4 ür eti mi. 2. 1. 1 Hi droliz Hi dr oliz, hücre dıģı enziml erce gerçekl eģtirilen oldukça yavaģ bir süreçtir. Reaksi yon hı zı nı et kileyen en öne mli fakt örler ph, sıcaklı k ve ça mur yaģı dır. Havasız arıt mada hi droliz, organi k madde özellikleri, reakt ör ti pi, sıcaklı k ve yükl e mel erden et kilenmekt edir. 2. 1. 2 Asit Üreti mi Asit üreti mi safhası nda, hi droliz ür ünl eri, asetik asit veya reakt örlerdeki iģlet me Ģartları nı n kararlı ol maması hali nde, propi yonik, bütirik, i zobütirik, val eri k ve izoval eri k asit gi bi iki den fazla karbonl u yağ asi dine dönüģt ürül ür. 2. 1. 3 Met an Üreti mi Met an üreti mi yavaģ bir süreçtir ve genellikle havasız arıt mada hı z sı nırlayı cı safha ol arak kabul edil mekt edir. Met an, aseti k asitin parçalanması ve/ veya H 2 ile CO 2 i n sentezi sonucu üretilir. Met an ar kel eri, fizyol ojik yapıları gereği en et kili Ģekli de ph = 6, 7 8, aralı ğı nda faaliyet gösterirler. ġekil 2.1 de havasız arıt manı n kade mel eri gör ül mekt edir ( Özt ürk, 2). 5
5% KOMPLEKS ORGANĠ K 2 % MADDELER HĠ DROLĠ Z 1 % BASĠ T ORGANI K MADDELER 35 % (ġeker, AMI NO ASĠ T, YAĞ) ASĠ T FERMENTASYON UZUN ZĠ NCĠ RLĠ YAĞ ASĠ TLERĠ (PROPĠ YONĠ K, BÜTĠ RĠK, V. S.) 13 % H 2 CO 2 17 % ASETAT 28 % 72 % METAN ÜRETĠ MĠ CH 4 CO 2 ġekil 2. 1. Havasız ayrıģmanı n safhaları 2. 2 Havasız Arıt ma Siste ml eri ni n ĠĢlet meye Alın ması Ve Proses Kontrol u 2. 2. 1 ĠĢlet meye Al ma (Akli masyon) Devresi Havasız arıt ma siste ml erinde bi yokitleni n biri ki m hı zı, bi yokitleni n dönüģü m hı zı na ( Y) bağlı dır. ĠĢlet meye al ma döne mi ni n süresi haci msel or gani k yüke ( L v ) göre değiģ mekt edir. DüĢük hızlı reakt örlerde ( L v = 1-5 kg KOĠ/ m 3 -gün) iģletmeye al ma süresi daha düģük biyokitle konsantrasyonl arında ve daha düģük sürel erde tama ml anmakt adır. DüĢük bi yokitle sent ezi ( Y), aģı özellikleri ve bi yokitle biri kme veri mi ne bağlı ol arak yüksek hı zlı siste ml erde kararlı mi krobi yol oji k denge hali ne ul aģ mak i çi n 2-12 aylı k bir süre yet erli ol makt adır. Ter mofilik siste ml erde bu süre bir yılı bul abil mekt edir. Tabl o 2. 2 de havasız arıtma siste ml eri ni n iģlet meye al ma süresi ni et kileyen fakt örler görül mekt edir ( Özt ürk, 2). Tabl o 2. 2 ĠĢlet meye al ma süresi ni et kileyen fakt örler - hedeflenen organi k yük ve/ veya bi yokitle konsantrasyonu - aģı ça mur unun reakt örde kalan kıs mı nı n oranı - bi yokitle biriki mveri mi - giren (arıtılan) atığı n biyokitle dönüģüm veri mi (Y) AĢı ça mur u ol arak evsel atı ksu arıt ma t esisi çürütücüsünden yada I mhoff tankı ndan alı nan ça mur kullanılırsa siste mi n alıģtır ma devresi 2-3 ayda t a ma ml anabilir. Ancak met an bakt erileri ni n çoğal ma hı zları nı n düģük olması nedeni yle, siste mde i stenilen 6
iģlet me Ģartları na ul aģılabil mesi i çi n 4-8 aylı k bir süre yet erli ol acaktır ( Özt ürk, 2). 2. 2. 2 Opti mu m Çevre ġartl arı Havasız mi kroorgani z mal ar çevre Ģartları na karģı ol dukça duyarlıdırlar. Havası z mi kr oorgani z mal arı n yaģa ması i çi n gerekli optimu m çevre Ģartları Tablo 2. 3 de gösteril miģtir. Tabl o 2. 3 Havasız mi kroor gani z mal ar içi n opti mum çevre Ģartları Arıtılan atığı n bileģi mi KOĠ/ N/ P ph Sı caklı k Al kali nite TUA * TUA/ Al kali nite * TUA: Topl a m Uçucu Asit 2. 2. 3 Çevre ġartl arı Kar bon, t e mel ( N, P) ve i z el e mentleri bakı mı ndan dengeli ol malı, O 2, NO 3, H 2 O 2, SO 4 gi bi oksitleyici maddel er, t oksi k ve inhi bit ör ele mentler ihtiva et me meli. 3/ 5/ 1 6, 5-8, 2 25-4 (35-37) o C 5-6 (55) o C 1-4 (2) mg/l Ca CO 3 < 1-15 mg/l Aseti k asit olarak <. 1 Havasız arıt ma siste ml eri çevresel Ģartlara karģı ol dukça duyarlıdırlar. AĢağı da havasız arıt ma siste ml erini et kileyen çevre Ģartları sırası yla açı klanmı Ģtır. 2. 2. 3. 1 Sıcaklı k Havasız arıt mada baģlıca i ki sıcaklı k aralı ğı vardır. Bunl ar mezofilik 25-4 ( opt. 35 o C) ve t er mofilik 5-6 ( opt. 55 o C) sıcaklı k kade mel eri ol arak adl andırılır. Met an üreti mi 35 o C de bir pi k değere ul aģır ancak 45 o C ci varı nda bir sı nır ol uģur ve bu sı nırı n üzeri nde t er mofilik orta m baģlar. Havasız arıt mada sı caklı k ça mur yaģı yl a doğr udan iliģkilidir ve çamur yaģı arttıkça, havasız siste ml er daha düģük sı caklı klarda da KOĠ gi deri mveri ml erini muhafaza edebilirler (Özt ürk, 2). 2. 2. 3. 2 Uygun ph Havasız arıt ma siste ml erinde, met an bakt erileri i çin opti mu m p H aralı ğı 6, 5-8, 2 arası ol arak belirlenmi Ģtir. Ancak ph>8 değeri nde eğer orta mda serbest NH4 varsa siste mi n akti vitesi düģer bunun sebebi de NH4 den kaynakl anan i nhibisyondur ( Özt ürk, 2). 7
2. 2. 3. 3 Oksitleyici Maddel er Havasız arıt ma siste mi ta ma men oksijensiz bir proses ol duğu i çi n orta mda oksijen ol ması istenmez. Bu nedenl e de NO 3, H 2 O 2, SO 4 = gi bi oksijen i hti va eden maddel eri n orta mda ol ması pr osese zarar verir. Orta mda SO 4 = bul unması nı n bir di ğer ol umsuz et kisi de; sülfat bakt erileri ni n, baģlıca enerji kaynağı aseti k asit ve hi drojen ol an met an ar keleri ni n bu enerji kaynakl arı na ortak ol ması ve enerjetik açıdan met an arkeleri ne göre daha avant ajlı ol dukl arı ndan dolayı bu enerji kaynakl arından daha rahat ve daha fazla yararlanarak met an bakt erilerini enerjisiz bırakması dır. Met an arkeleri ni n enerjisiz kalması da siste mdeki met an üreti mi ni ve veri mi düģür mekt edir ( Özt ürk, 2). 2. 2. 3. 4 Nütrientler, Uçucu asitler ve Al kali nite Siste mi n KOĠ/ N/ P oranı açısı ndan dengede ol ması gerekmekt edir. KOĠ/N/ P oranı içi n ortala ma ol arak 3/5/ 1 5/ 5/ 1 aralı ğı uygun ol makt adır. Siste mde N ve P gi bi makr o nütrientler yanı nda Na, K, Mg, Fe, S, Ni, Co, Mo, Se ve W gi bi i z el e mentleri n de havasız arıt ma içi n gerekli ol duğu belirlenmi Ģtir. Havasız arıt ma sistemi ne zarar verebilecek ol an maddel eri n i si m ve konsantrasyonl arı Tabl o 2. 4 de veril miģtir ( Özt ürk, 2). Tabl o 2. 4 Zararlı maddeleri n havasız (anaerobi k) ayrıģ ma süreci ni engelleyen konsantrasyonl arı Ma dde Zararlı Konsantrasyon Sevi yesi ( mg/ L) Al kil Benzen Sülfonatlar 5-7 NH 4 15-2 (özellikle ph> 7, 5 hali nde zararlı) Çözün müģ H 2 S, HS -, S 2 1-15 Na + 4-6 K + 3-5 Ca 2+ 3-5 CN -, 5-1 2. 2. 3. 5 Ġnhi bitör Maddeler Havasız siste ml eri et kile mekt e ol an pek çok i nhi bit ör madde bul un makt adır. Bu inhi bit ör maddel eri n baģında kat yonl ar ve kl orl u bileģi kler gel mekt edir. Kat yonl arı n içerisi nde ise en öne mli i nhi bit ör NH4 dır. Çünkü a monyak ph = 8 ve üzeri nde 8
serbest a monyağa dönüģmekt e ve buda siste mi n CH 4 üreti m veri mi ni n düģ mesi ne neden ol makt adır ( Özt ürk, 2). 2. 3 Havasız Arıt ma Siste ml eri Haci msel or gani k yükün ol abil di ği nce arttırılarak, havasız reakt ör hac mi ni n küçült ül mesi ve karģılaģılan pr obl e ml eri n gi deril mesi maksadı ile çeģitli havası z arıt ma siste ml eri geliģtiril miģtir. Havasız arıt ma alanı nda uygul anmakt a olan baģlıca reakt ör tipleri, temel karakt eristikleri ile detaya i nil meksizi n aģağı da veril miģtir. 2. 3. 1 Kl asi k Havasız Ça mur Çürüt ücü Ta m karıģı mlı ve geri devirsiz bir reakt ördür. Ça mur yaģı( c ), hi droli k bekl e me süresi ne( ) eģittir. Met an bakt erileri yavaģ üredi ği nden bakt erileri n siste mden silinmesi ni önl e mek i çi n ça mur yaģı 1 günden az ol ma malı dır. Bu siste m hac mi ni n çok büyük ol ması ve çı kıģtaki askı da katı madde konsantrasyonunun yüksek ol uģundan dol ayı endüstriyel atıksuları n arıtı mı nda pek kullanıl mazl ar. 2. 3. 2 Havası z Te mas Reakt örü Bu siste m genellikle havasız aktif ça mur siste mi ol arak bilinmekt edir. Kl asi k ça mur çürüt ücüsünden t ek farkı çökt ür me t ankı ve geri devir ol ması dır. Böyl ece siste mi n ça mur yaģı arttırılarak arıt ma veri mi yükseltilebilmekt edir. Bu siste mi n iģlet medeki en öne mli pr obl e mi ça mur çür üt medeki zorlukl arı dır. Bu nedenl e siste mi n maksi mu m organi k yükünün 5 kgkoġ/ m 3 - gün ü aģ ma ması istenmekt edir. 2. 3. 3 Havası z Filtre Havasız filtre, i çerisi nde bakt erileri n t ut unması içi n kır ma t aģ veya pl astikten bir dol gu mal ze mesi bul unduran ve t abandan beslenen düģey akıģlı bir havası z (anaerobi k) reakt ördür. Havasız filtrelerde çok yüksek değerlere varan ( 1 mg/l) bi yokitle biri ki mi el de edilebilir. Ancak havasız filtrelerde bi yofil m t eģekkül ü uzun za man al makt adır ve yüksek oranda AKM i çeren atı ksular veril di ği nde kısa za manda tıkanma pr obl e mi yl e karģılaģıl makt adır. Ayrıca siste mde kullanılan dol gu mal ze mesi de ol dukça pahalı dır ( Öztür k, 2). 2. 3. 4 Havası z AkıĢkan Yat aklı Reakt ör 9
Bu ti p reakt ör de ise dolgu mal ze mesi ol arak, 1-, 6 mm çaplı ku m, antrasit, aktif karbon gi bi i nce t aneci kli yapı daki maddel er kullanıl makt adır. AkıĢkan hal deki bu yat ak mal ze mesi ni n özgül yüzey al anı 2 5 m 2 /m 3 gi bi yüksek değerlere, bi yokitle konsantrasyonları da 3 mg/l ni n üzeri ne çı kabil mekt edir. Çok yüksek or gani k yükl er ( 4-6 kg KOĠ / m 3 -gün) uygul anabilen bu siste mi n en önemli kusur u, yat ağı akıģkan t ut mak için yapılan geri deviri n getirdi ği ek mali yettir. 2. 3. 5 Havası z Ça mur Yat aklı Reakt ör Ġçerisi nde dol gu mal ze mesi yeri ne bir ça mur yat ağı bul unan ve arıt ma iģlemi ni n bu ça mur yat ağı ile bunun üzeri nde bul unan ça mur ört üsünce gerçekl eģtirildi ği bir siste mdir. Evsel atı ksul arda da uygun ol an bu siste ml e 4 mg/l ni n üzeri nde bi yokitle konsantrasyonları na ulaģılabil mekt edir. 2. 3. 6 Havası z Ça mur Yat aklı Filtre ( Hi bri d Filtre) Alt kıs mı havasız ça mur yat ağı üst kıs mı ise havasız filtre ol arak t eģkil edilen bir havasız reakt ör t ürüdür. Filtre kıs mı t opla m hac mi n %5-7 lik kıs mı nı ol uģt ur makt adır. Bu ti p reakt örlerde bi yol oji k arıt manı n büyük kıs mı alt kısı mdaki ça mur yatağı nda gerçekleģtiril mekt edir. 2. 3. 7 Me mbranlı Havasız Reakt ör Ana kıs mı t a m karıģı ml ı havasız bir reakt örden ol uģan ve katı madde ayrı mı nda çökelt me yeri ne ultrafiltrasyon biri mi kullanılan bir siste mdir. Genel de KOĠ değeri 1 mg/l ni n üzeri ndeki çok konsantre ve debisi nispeten küçük endüstri yel atı ksular i çi n uygun ol an bu t ür siste ml erle, aģı çamur una fazlaca bağı mlı ol maksı zı n 1-2 hafta sonunda 1-15 kg KOĠ/ m 3 -gün l ük or gani k yükl e mel ere ul aģılabil mekt edir ( Özt ürk, 2). 2. 3. 8 Havası z ArdıĢı k Kesi kli Reakt ör Havasız ardıģı k kesi kli reakt örde ( AKR); dol durma, arıt ma, çökel me ve boģalt ma devreleri ni i hti va eden kesi kli bir iģlet me uygul anır. Reakt ör hac mi, sürekli besl enen reakt örlere göre bir mi kt ar büyük t ut ularak müke mmel çökel me özelli ği ol an granül er bi yokitle ile yüksek veri mde havasız arıt ma sağl anır. Çökel me süresi ti pi k ol arak 3 dk ci varı ndadır. AKR de uçucu asit konsantrasyonu genel de çok düģükt ür. 1
Bunun en öne mli sebebi, siste mde düģük K s sevi yesi nde çoğal abilen met an bakt erileri ni n selektif olarak geliģ mesi dir. 2. 3. 9 Havası z Ko mpost Reaktörleri Havasız ko mpost reaktörleri, katı madde oranı %2-35 ol an or gani k katı atı k ve/ veya arıt ma t esisi ça murl arı nı n mezofilik veya t er mofilik iģlet me Ģartları nda havasız ol arak ko mpostlaģtırıldı ğı siste ml erdir. Havasız ko mpost pr osesi esnası nda. 6-1 m 3 / kg UKM gi deri mi mertebesi nde bi yogaz ( %5 CH 4, %5 CO 2 ) üreti mi de mü mkün ol makt adır. Bu siste mde el de edilen havasız ko mpost, bakteri yol oji k e mni yet bakı mı ndan en az 2 haftalık bir havalı ko mpostlaģtırıl maya t abi t ut ul arak ol gunl aģtırıldı ktan sonra kullanıl malı dır. 2. 3. 1 Ġki Kade meli Havasız Arıt ma Siste ml eri Bu siste ml erde asit ve met an üreti m safhaları diğerleri ni n aksi ne t ek bir r eakt örde değil i ki ayrı reakt örde kade meli ol arak gerçekl eģtiril mekt edir. Böyl ece havası z arıt mada or gani k yükün %5 ye yakı n oranda arttırıl ması mü mkün ol abil mekt edir ( Özt ürk, 2). 2. 4 Havasız Ça mur Yataklı Reakt ör Havasız ça mur yat aklı reakt örler ( HÇYR), il k ol arak Hollanda da kullanıl maya baģlanmı Ģ ol up, il k baģlarda endüstri yel atı ksuların arıtıl ması nda kullanılan bu siste m daha sonraları tropi k ve ılı man böl gelerdeki evsel atı ksul arı n arıtıl ması nda da kullanıl maya baģlanmı Ģtır ( Zee man ve Lettinga, 1999). Havasız ça mur yat aklı reakt örler, ayrı bir mekani k karıģtır ma siste mi ne ve harici bir çökt ür me biri mi ne ihtiyaç duy mayan yüksek hı zlı siste ml erdir. Havasız ça mur yat aklı r eakt örün geliģtiril mesi ni n te mel nedeni; Havasız ça murl arı n çökel me karakt eristikleri çok i yi ol an fl oklar ol uģt ur mal arı, Ġyi çökel en fl okl ardan oluģan ça mur yat ağı nı n kendi ne has özellikleri dol ayısı ile bir akıģkan yat ak davranıģı göster mesi, aynı za manda t ür bül ans ve kayma tesirleri ne karģı mukavemeti ni n yüksek ol uģu, 11
Yüksek gaz üreti mi ve yukarı akıģ hı zı nedeni yle ça mur ört üsünü t erk ederek siste mden ayrılabilecek ça murları n reakt ör üst kıs mı ndaki çökelme böl gesi nde çökeltilip reakt öre döndür ül mesi olarak sıralanabilir. Bu t ür siste mde mi kroorgani z mal ar, belirli Ģartlarda yoğun granül veya t opakl ar ol uģt ururlar. Bu nedenl e de reakt örde çok yüksek hi droli k ve or gani k yükler rahat ça uygul anabil mekt edir. Ol uģan bu granülleri n ortal a ma çapl arı 1-2 mm ol up bazı hallerde 5 mm ye kadar çı kabil mekt edir. Sürekli beslenen yukarı akıģlı havası z ça mur yat aklı reakt örlerde her kade mede granülasyon gerçekl eģ mekt edir. Bazen evsel atı ksu gi bi seyreltik ve zayıf karakt erli atı ksular ile yüksek mi kt arda askı da katı madde ( AKM) i çeren mezbaha veya i nhi bit ör i htiva eden bazı endüstriyel atı ksul arda granül asyon ol uģ madı ğı gör ül müģt ür. Havasız çamur yat aklı reakt örlerde ( HÇYR) istenen özellikte granüler ça mur el de edil mesi t esisleri n iģlet meye alı nması safhası ndan iti baren uygul anacak ol an yükl e me stratejisi ile yakı ndan il gilidir ( Özt ürk, 2). Havasız ça mur yat aklı reakt örler, tek kade meli ve i ki kade meli olarak i ki ye ayrıl makt adırlar. Tek kade meli ol an siste mde asit ve met an ol uģum kade mel eri beraber aynı t ankı n i çerisinde gerçekl eģ mekt e iken i ki kade meli siste mlerde önce hi droliz ve asit üreti mi ni n ol uģt uğu t ank bul unur. Ar dı nda da met an üreti mi ni n gerçekl eģtiği t ank gel mekt edir. Tek kade meli siste ml er i ki kade melilere oranl a düģük sıcaklı klarda ( 5-2 o C) daha yüksek hi droli k ve ça mur bekl e me sürelerine i hti yaç duy makt adır ve hi droliz veri mi daha düģükt ür ( Zee man ve Lettinga, 1999). 2. 4. 1 HÇYR de ĠĢlet meye Al ma ve Granül asyon Havasız ça mur yat aklı reakt örlerde granül asyon her hangi bir dol gu malze mesi ne ihtiyaç göster meksizi n ol uģ makt adır. Bu da siste mi n yatırı m mali yeti ni azalt makt adır. Havasız ça mur yat aklı reakt örleri n i Ģlet meye alı nması nda karģılaģılan baģlıca zorl uklar; ( Ubay, 1999) Gr anül ça mur ihti yacı Gr anül ça mur un çok pahalı ol uģu Gr anül ça mur un özelliği Ça mur yatağı yüksekli ğini n kontrol ü, DüĢük or gani k yükl erde sı vı fazda istenen düzeyde karıģı mı n sağlana ma ması dır. 12
2. 4. 2 ĠĢlet meye Al ma Devresi ndeki Öne mli Hususl ar Havasız ça mur yat aklı reakt örde yüksek kaliteli granül er ça mur üretilebilmesi i çi n siste mi n iģlet meye alı nması nda bazı özel hususlara uyul ması gerekmekt edir. Gr anül asyonl a sonuçl anacak uygun bir iģlet meye al ma stratejisi i çi n t ablo 2. 5 deki esaslar uygul anabilir. Tabl o 2. 5 Evsel atıksu arıt ma ça mur unun aģı olarak kullanıl ması durumunda HÇYR içi n tavsi ye edilen iģlet meye al ma stratejisi - AĢı ça mur u konsantrasyonu : 1-15 kg UKM/ m 3 - BaĢlangı çtaki bi yol oji k yük :. 5-. 1 kg KOĠ/ kg UKM gün - KOĠ gi der me veri mi % 8 i aģ madı kça organi k yük arttırıl ma malı. - Çökel me özelliği düģük ça murları n yı kanması sağl anmalı. - Geri devir uygul anırsa, siste mden kaçan hafif ça murları n yeni den reakt öre döndür ül mesi önlenmelidir. - Ça mur un ağır kıs mı nı n siste mde t ut ul ması sağlan malı dır. - AĢı ça mur unun UKM konsantrasyonunun çok düģük ol ması dur umunda, granül asyonu sağl a mak i çi n reakt öre bir mi kt ar inor gani k çekirdek mal zemesi ilave edil meli dir. Kol ay ve hı zlı iģlet meye al ma iģle mi i çi n metan veri mi düģük ol an (. 5 kg UKM/ m 3 ) çürüt ül müģ evsel atı ksu ça murları aģı ol arak kullanılabilir. Evsel atı ksu arıt ma ça mur undan baģka, hayvan gübresi ve f osepti k atı kları da aģı ça mur u ol arak kullanılabilir. Havasız ça mur yat aklı reakt örde granül asyon üç safhada gerçekl eģir ( Özt ürk, 2). Saf ha bir; haci msel yükün 2 kg KOĠ/ m 3 -gün ü geç medi ği baģlangı ç döne mi dir. Bu safhada aģı ça mur undaki çok hafif ve i nce partiküller siste mden uzakl aģır, ça mur yat ağı suyun yukarı akıģı ve za manl a artan gaz üreti mi ne paralel olarak genleģir. Saf ha i ki; haci msel yükün 5 kg KOĠ/ m 3 -gün e kadar arttırıldı ğı safhadır. Bu devrede ça mur yat ağı nı n ileri derecede genl eģ mesi nedeni yle belirgi n bir ça mur kaybı gözl enir ve fl okül er yapıdaki aģı ça mur unun büyük bir kıs mı siste mden yı kanarak uzakl aģır. Konan aģı ça mur unun büyük kıs mı nı n siste mden atıl ması na rağmen, kal an ça mur un met an veri mi nin hı zlı artıģı dol ayısı yla siste m, uygul anan or gani k yüke dayanabilir. Bu safhanın sonunda ça mur yı kanması azalır ve siste mde granül er yapı daki ça mur biri kmeye baģlar. 13
Saf ha üç; haci msel yükün 5 kg KOĠ/ m 3 -gün ü aģtığı devredir. Bu devrede siste mden atılan ça mur mi kt arı, yeni ol uģan granül er çamur un mi kt arı ndan daha azdır. Bu safhada haci msel yük 5 kg KOĠ/ m 3 -gün değeri ne kadar arttırılabilir ( Özt ürk, 2). Yapılan çalıģ mal ar, giriģteki KOĠ konsantrasyonunun 3 mg/l den az ol duğu dur uml arda istenilen kalitede granül ça mur un üretilemedi ği ni göstermi Ģtir. Bu nedenl e giriģteki KOĠ konsantrasyonu 3 mg/l ni n üzeri nde ve uçucu asit oranı da %1 dan fazla ol malı dır. Ayrıca siste mde gerekli ol an her t ürl ü mi kro ve makr o nütrienle, i z el e mentleri bul unmalı dır. Tabi ki bu nütrient ve i z el e mentler belirli değerleri aģ ma malı dır. Ör neği n NH 4 konsantrasyonu 1 mg/l değeri ni aģ ma malı dır. Çevre ġartl arı Mezofilik havasız arıt mada granül asyon i çi n opti mu m sı caklı k 37 o C dir. ĠĢlet me sıcaklı ğı nı n 3 o C den 38 o C ye yükseltil mesi ni n ça mur un met an üreti m veri mi ni i ki kat arttırdı ğı ve granül asyonu öne mli öl çüde arttırdı ğı belirlenmi Ģtir. Atı ğın bileģi mi ve iģlet meye al ma devresi ndeki Ģartlara bağlı ol arak farklı ti plerde granüller ol uģabil mekt edir. Ol uģabilecek granül tipleri kısaca Ģunl ardır ( Özt ürk, 2); - Çubuksu Granüller - Ġpli ksi (Fla mentli) Granüller - Saçaklı Granüller - Sar ki na Granülleri 2. 5 Havasız Arıt ma Siste ml eri nde Toksisite Ve Ġnhi bisyon Günü müzde havasız arıtma kullanan endüstrilerin atı ksuları nda havasız bi yokitleyi et kileyebilecek ol an pek çok t oksi k madde bul unabil mekt edir. Toksi k maddel er i ki sebepden dol ayı havasız arıt ma siste ml eri nde havalı arıt ma siste ml eri ne oranl a daha ci ddi ve daha fazla oranda i nhi bisyon pr obl e ml erine neden ol makt adır. Ġlk neden, havasız arıt ma siste ml erine gel en kirletici madde, organi k maddel er ve özelli kle inhi bit ör maddel eri n konsantrasyonl arı daha fazl adır. Ġki nci sebep ise, havası z mi kr oorgani z mal arı n büyü me hı zları daha düģükt ür. DüĢük büyü me hızı da daha düģük bir güvenli k faktör ü de mektir. Bu sonuçl ara bakıl dı ğı nda havasız arıt ma siste ml eri ni n i nhi bisyon açısı ndan daha fazla risk t aģı dı kları görül mekt edir ( Ritt mann ve Mc Cart y, 21). 14
Bu sebepl e, havasız arıtma pr osesi, gerekli önl eml er alı nır ve uygun Ģartlar sağl anırsa içerisi nde t oksi k madde ol an bir çok or gani k yapılı atı ğı kol aylı kla ve baģarı yl a arıtabil mekt edir. Havalı ol arak arıtılamayan kl orlu or gani kler (örneği n kl orofor m ve karbon t etrakl orür gi bi) gerekli önl e ml er alı ndı ğında havasız arıt ma yönte ml eri yl e daha küçük yapılı bileģenl eri ne ayrılarak arıtılabil mekt edir. Uygun Ģartları n sağlanması ve gerekli önleml eri n alı nması nda uygul anabilecek yönt e ml er ise güvenli iģlet me orta mı nı n ol uģt urul ması ve ça mur yaģı nın kontrol edil mesi dir. Ayrıca ağır met al gi bi atı k t ürlerini n t oksi k et kileri ise çökt ür me gi bi yönte ml er ile azaltılabil mekt edir (Speece, 1995). Öncel eri t oksisite, t oksik madde ve i nhi bisyon keli mel eri birçok farklı Ģekil de tanı ml anmı Ģtır. Ancak bu keli mel eri n mi krobiyal literat ürdeki t anı ml arı ise Ģu Ģekil de ol makt adır: Toksisite : Mi krobi yal met aboliz maya olan ters yada ol umsuz et kiler, Toksi k maddel er : Atıksu i çerisi nde bul unan ve mi kroorgani z mal ar üzeri nde ol umsuz et ki ye neden olabilecek maddel er, Ġnhi bisyon : Mi krobi yal fonksi yona olan zararlı etki Tü m t oksi k maddel erin et kileri konsantrasyonl arı yla doğr u ol arak artıģ göster mekt edir. Ör neğin t oksi k madde bi yokitle akti vitesi ni %5 i nhi bisyona uğratı yorsa siste mi n organi k maddel eri gi derebil mesi i çi n i ki kat daha fazl a bi yokitleye i hti yacı ol acaktır. Bir çok endüstri yel atı ksu yüksek konsantrasyonda kat yon i çer mekt edir (ör neği n, Na +, K + 5 15 mg/l). Bu yüksek konsantrasyonl ardaki katyonl ar öncel eri havasız siste mi n veri mi ve metan üreti m kapasitesi üzeri ne i nhi bisyon et kisi yaparak siste mde %5 li k bir veri m düģüģüne neden ol makt adır. Ancak belirli bir süre geçti kten sonra, siste mdeki mi kr oorgani z mal ar aklime ol makt a ve siste m eski hali ne dön mekt edir. Nasıl insanları hastalıktan korumak i çi n dokt orl ar zayıflatıl mıģ hastalık mi kr opl arı nı vücuda vererek bağıģıklı k siste mi ni kuvvetlendiri yorlarsa, bi yol ojik arıt ma siste ml eri nde de aynı mantı k ve yöntem uygul anmakt adır. DüĢük konsantrasyonl ardaki t oksi k maddel er siste me belirli za man aralı kları nda verilerek siste mi n bu maddel ere karģı ol an dayanı klılığı arttırıl makt adır. Bi yokitle o kirletici ye karģı akli me ol ma mı Ģ ise siste mi n akti vitesi kesi nti ye uğrar ve veri m i st enilen sevi yeye ul aģa maz. Ancak siste m i çerisi nde aktif hal de bul unan bi yokitle belirli bi r 15
süre o kirletici ye alıģtırılır ise (akli mi zasyon) daha yüksek kirletici konsantrasyonl arı nda bile siste m i Ģletil meye deva m edebilecektir. Ġnhi bisyon bi yol oji k arıt ma siste ml eri nde sadece t oksi k maddel erden dol ayı ol uģmaz, ayrıca siste mde ol abilecek bir makr o ve mi kro nütrient eksi kli ği de siste mde i nhi bisyona neden ol abilir. Bu nedenl e, siste mi n nütrient dengesi ne çok di kkat edil meli dir (Speece, 1995). 2. 5. 1 Ġnhi bisyonun Ġzlen mesi Bi r za manl ar i nsanl ar nasıl ki madenl erdeki gaz sı zı ntıları nı kanarya kuģları yardı mı yl a t aki p ederek o madene girecek iģçileri n hayatları nı ve sağlı kları nı kor umuģl arsa aynı Ģekilde havasız siste ml eri nde kor un ması i çi n t oksi k maddel eri n siste m üzeri nde et kileri izl enerek erken uyarı sisteml eri ol uģt urul malı ve oluģabilecek inhi bisyon il k ol uģum anı nda belirlenerek gerekli önl e ml er alı nmalı dır. Si ste mde ol uģabilecek i nhi bisyon siste mi n bazı para metreleri ne bakılarak i zl enebilir. Bu para metreleri n baģı nda siste mi n KOĠ ve BOĠ para metreleri gel mekt edir. Ayrı ca havasız siste ml erde siste mi n met an ( CH 4 ) üretimi, ol uģan ( üretilen) gazı n i çeri ği ( CH 4 ve CO 2 i çeri ği), sistemi n ph dengesi, sistemi n sı caklı ğı, siste mdeki uçucu yağ asiti mi kt arları gi bi para metreler kullanılarak inhi bisyon daha baģlangıç anı nda belirlenebilir ( Speece, 1995). Ayrıca t oksi k maddel eri kontrol altında tut mak i çi n bazı yönt e ml er uygul anabil mekt edir. Bu yönt eml er aģağı daki Ģekil de sıralanbilir ( Ritt mann ve Mc Cart y, 21); Atı ksudan t oksi k maddeleri ayır mak Toksi k maddel eri zararlılık sı nırları nı n altına düģürecek kadar suyu seyrelt mek Çözün meyen ko mpl eksler ol uģt ur mak yada çökt ür me yol uyl a t oksi k maddel eri sudan uzakl aģtır mak ph kontrol ü yardı mı yl a toksi k maddel eri n for munu değiģtir mek Toksi k maddel ere ters etki yapan baģka maddel er ekl e mek Art an t oksisiteyle beraber azalan bi yokitle mi ktarı kıs men karģılanabilir. Siste mi n or gani k yükl e me oranı en öne mli para metresidir. Çünkü siste mde bazı t oksi k maddel er ör neği n kl orof or m bile belli bir süre sonra or gani k bileģenl eri ne parçalanabilir. Ancak siste mi n or gani k yükl e me hı zı çok yüksek ol ursa bu dur u m met aboliz mada i nhi bisyona neden ol ur. Siste mi n or gani k yükl e me hı z ve kapasitesi 16
belirli ve uygun bir değerde t ut ul ursa t oksi k maddel eri n et kileri en düģük sevi yede tut ulabilir (Speece, 1995). Toksi k maddel er i nhi bisyonu genellikle substrat/ür ün üzeri nde gerçekl eģtirirler. Bu konuyl a il gili bir çok dene me yapıl mıģtır. Ör neği n yüksek konsantrasyonda Ģeker (2 mg/l) ve al kol bul unduran nu munelerle yapılan deneyl erde siste m inhi bisyona uğra mı Ģtır. Endüstri yel atı ksular genellikle substrat üzeri ne t oksi k et ki yaparlar. Ġnhi bsi yona neden ol an en belli baģlı endüstri t ürleri atı ksul arı nda yüksek mi kt arda yağ bul unduran endüstrilerdir. Bu endüstrileri n baģı nda ise; cips, süt ve dondur ma endüstrileri gel mekt edir. Ayrıca ki myasal kirletici i çeren kö mür iģle me endüstrisi gi bi endüstrilerde bul unmakt adır. Ancak bu t ür maddel er sisteme düģük konsantrasyonl arda verildi kleri t aktirde bi yol ojik ol arak ayrıģtırılabil mekt edirler. (For mal dehit örneği nde olduğu gi bi). Siste mde uzun zi ncirli yağ asitleri ni n yada al kol gi bi maddel eri n ol ması substratlar üzeri nde i nhi bisyona neden ol abil mekt edir. Ol uģan t oksisite metan ür eti m kade mesi nden kaynakl an ma makt adır. Çünkü met an suda çözün meyen bir gazdır. Ama sülfattan ol uģan H 2 S gazı suda çözünür ve yüksek konsantrasyonl arda t oksi k et ki yap makt adır. Ayrıca H 2 S sadece sülfat kullanan bakt erileri değil diğer bakt eri türleri ni de et kile mekt edir. NH4 (a monyak) ise ortamda bul unan pr ot ei nlerin yüksek ph l arda havasız ol arak parçalanması sonucu ol uģan bir di ğer t oksi k ve inhi bisyona neden olan gaz t ürüdür. ÇalıĢ mal ardan biri nde havasız siste me ekl enen besi çözeltisi ne süt yağı ilave edil mi Ģ ve siste m uzun süre i nhibisyona mar uz kal mı Ģtır. Belirli süre sonra süt yağı ilavesi dur durul ması na rağmen siste mdeki i ni hi bisyon deva m et mi Ģtir. Burada ol uģan inhi bisyonun nedeni uzun zi ncirli yağ asitleri dir. Ancak yapılan çalıģ malar havası z siste ml erde en çok i nhibisyona neden ol an maddel eri n a monyak ve t uz ol duğunu göster mi Ģtir (Speece, 1995). Yukarı da genel hatları yla havasız siste ml erde i nhi bisyon ve i nhi bisyona neden ol an maddel erden bahsedil mi Ģtir. ġi mdi ise havasız arıt ma siste ml eri nde inhi bisyona neden ol an a monyak ve t uzun havasız arıtma siste mi üzeri ndeki et kileri ne deği nilecektir. 2. 5. 2 Amonyak Ġnhi bisyonu 17
Günü müze kadar a monyağı n havasız siste ml er üzeri ndeki et kileri ni araģtıran pek çok çalıģ ma yapıl mıģtır. Amonyak aslı nda her canlı i çi n ol duğu gi bi havasız arıt ma siste ml eri ndeki mi kroorgani z mal ar i çi nde düģük konsantrasyonl arda yararlı ve gerekli bir nütrienttir. Amonyak havasız siste ml ere genellikle yüksek pr otei n i çeri kli atı klar nedeni yle gir mektedir. Pr otei n a monyağın ana kaynağı dır, çünkü pr ot ei nli atı klar havasız parçalanma sonucu a monyağa dönüģ mekt edirler ( Bhattachar ya ve Par ki n, 1989). Yapılan çalıģ mal ar a monyağı n i nhi bisyona neden ol an f or munun i yoni ze ol ma mı Ģ ol an serbest a monyak olduğunu göst er miģtir. Serbest a monyak genellikle p H ya ve sıcaklı ğa bağlı ol arak i nhibisyona neden ol makt adır ( Aspe ve di ğ., 21). Amonyak azot unun yüksek ph l arda ( ph >8 genellikle) serbest a monyağa dönüģt üğü ve havasız arıt ma üzeri nde i nhi bisyona neden ol duğu belirlenmi Ģtir. Metanoj enl er önceden belirtildi ği gi bi ancak nötr ph ci varı ndaki aralı klarda yaģayabil dikleri i çi n havasız siste ml erde ph st abilitesi çok öne mlidir. Amonyak ph a bağlı ol arak, met anoj enl eri n akti viteleri üzeri nde, dol ayısı yla siste mi n veri mi üzeri nde inhi bisyona neden ol makt adır. Yüksel en ph değerleri ile birlikte serbest a monyak arttığı gi bi, zayıf bir baz ol an a monyağı n da ph nı n artıģı na neden ol duğu gör ül müģtür. Bunun sonucu yükselen ph nedeni yle de aseti k asit ve asetat i yonu dengesi aset at l ehi ne bozul ur ve aseti k asit kullanan met an bakt erilerini n besi ni azalır. Dol ayısı yl a da siste mi n akti vitesi azalmı Ģ ol ur ( Çallı ve di ğerleri, 2). Amonyak, havası z siste ml erde sadece met an kade mesi ni i nhi be et mez, bunun yanı nda a monyak hücreleri n i çerisi nde bulunan kat yoni k dengeni nde bozul ması na neden ol makt adır. Bu et ki hücre i çerisi nde bul unan NH 4( giren) /K + ( çı kan) dengesi ni n a monyak l ehi ne bozul ması yla gerçekl eģmekt edir. Bu dengeni n bozul ması sonucunda siste me giren NH 4 mi kt arı artarken K + konsantrasyonu azal makt adır. Siste mden çı kan K + yeri ne daha pasif karakt erli ol an H + gir mekt edir. Bunun sonucuda siste me giren NH4 ve H + birleģerek NH 4 e dönüģürler. Böyl ecede siste min met an üreti m akti vitesi i nhi be ol muģ ol ur. Bu dur um ancak orta ma benzer yapı da kat yonl ar ol an Ca 2+ ve Mg 2+ kat yonl arı nı n veril mesi yle düzeltilebil mekt edir (Spr ott ve Patel, 1986). Amonyağı n i nhi bisyon et kisi sonucu sadece met an ür eti mi et kilenmez. Met an üreti mi ni n i nhi bisyona uğra ması yla siste mde uçucu yağ asi di mi kt arı (aseti k asit, pr opi yoni k asit v. ss ) artıģı gör ül mekt edir. Bunun sonucu ol arak da siste mi n or gani k madde gi deri m veri mi düģecek ve el de edilen KOĠ gi deri m veri mi azal mıģ ol acaktır. 18
Ancak yapılan çalıģ mal ar havasız siste ml erde bulunan mi kroorgani z mal arı n yüksek konsantrasyonda a monyak bul unan orta ml ara za manl a alıģtıkları nı ve siste mi n stabilitesi ni n met an üreti mi ni n azal dı ğı yavaģlama evresi nden sonra eski hali ne döndüğünü göster mi Ģtir ( Lay ve di ğ., 1998). Hatta siste mi n, akli masyon süresi ni (alıģ ma evresi) aģtı ktan sonra yüksek a monyak konsantrasyonl arı nda dahi met an üreti mi ne deva m ettiği gör ül müģt ür. Yapılan bir çok çalıģ mada pek çok farklı konsantrasyondan bahsedil miģtir. Bazıları 7 mg/l lik a monyak konsantrasyonunun inhi bisyon baģlangı cı i çin yet erli ol duğunu söyl erken, ki mi si de siste mi n 8-9 mg/l lik konsantrasyonl ara akli me ol abil di ği ni ve met an üreti mi nde çok fazla bir değiģ me ol madı ğı nı söyle mekt edir ( Bhattacharya ve Parki n, 1989). Bili ndi ği üzere havasız arıt ma genellikle ya mezofilik Ģartlarda ( 25-45 35 o C) yada ter mofilik Ģartlarda ( 45-6 55 o C) gerçekl eģtiril mekt edir. Ter mofilik ort a mı n mezofiliğe göre bazı avant ajları vardır. Bunl ar daha et ki n bir ayrıģ ma hızı na sahi p ol ması ve bazı pat ojenl erin gi derilebil mesi dir. Ancak t er mofilik siste ml er daha köt ü bir siste m st abilitesi ne sahi ptirler ( Angeli daki ve Ahri ng, 1993). Yüksek yükl e me hı zları nda ve düģük bekleme süreleri nde bakt eriler t er mofilik orta mda daha hı zlı üreyebil mekt edirler ( Hashi mot o ve di ğ., 1981). Bilindi ği üzere esas i nhi bitör madde serbest a monyaktır ve serbest a monyak artan ph ve sı caklı k değerleri ne bağlı ol arak art makt adır. Amonyak konsantrasyonu orta seviyel erde ol duğu t aktirde ter mofili k siste mde bi yogaz ol uģumunda herhangi bir i nhi bisyon gözl enme mi Ģtir. Hashi mot o ve di ğ. (1981), sıcaklı k 3-6 o C i ken ısı nı n met an üreti mi üzeri ne bir et kisi ni n ol madı ğı nı göster mi Ģlerdir. Ancak sı caklı k eğer 55 o C ni n üzeri ne çı kacak ol ursa siste m sadece düģük a monyak konsantrasyonl arına adapt e ol abil mekt edir. Sı caklı k 55 o C ni n altına i nerse siste m a monyak t arafı ndan i nhi be edilir. Siste mde uçucu yağ asiti mi kt arı nı n artıģı orta mdaki serbest a monyak konsantrasyonunun yüksek ol ması yla doğr u orantılıdır. Sonuç ol arak gör ül müģt ürki sıcaklı k değiģi mi yl e i ki ana mekani z ma değiģi m göster mekt edir; bunl ar bakt eriyel büyü me oranı ve amonyağı n inhi bisyon et kisi dir. Sıcaklı ğı n, a monyağı n i nhi bisyonuna kat kısı ani sı caklı k değiģi ml eri yle ol makt adır ( Angeli daki ve Ahri ng, 1993). 2. 5. 3 Tuz Ġnhi bisyonu Tuz genellikle bi yol ojik arıt ma siste ml eri nde önceli kli ol arak havalı arıt ma siste ml eri nde t oksi k et kiye neden ol makt adır. Tuzun havalı arıt ma sisteml eri ndeki 19