Endüstriyel Tesislerden Kaynaklanan Atık Suların Karakterizasyonu, Kirlilik Yüklerinin Tahmini ve İzlenmesi

Endüstriyel Tesislerden Kaynaklanan Atık Suların Karakterizasyonu, Kirlilik Yüklerinin Tahmini ve İzlenmesi Endüstriyel Atıksuların Kanalizasyon Şebekesine Deşarj Koşulları: ASKİ Örneği Doç. Dr. Göksel N. Demirer ODTÜ, Çevre Mühendisliği Bölümü Endüstriyel Atık Su İzleme ve Kontrolü Eğitim Semineri GAP İdaresi, KfW-MUWIT-MMO 21-22 Mart 2005, Ankara 1

Endüstriyel Tesislerden Kaynaklanan Atık Suların Karakterizasyonu, Kirlilik Yüklerinin Tahmini ve İzlenmesi Karakterizasyon Atıksuların tanımlanması karakterizasyonuna ve debisine göre yapılmaktadır. Endüstriyel atıksuların debileri ve içerikleri evsel atıksulara göre çok değişken olabilir. Atıksuların karakterizasyonu fiziksel, kimyasal ve biyolojik kompozisyonlarının tespiti ile belirlenir. Atıksuların karakterizasyonunu belirlemek kanalizasyon şebekelerinin, arıtım tesislerinin ve deşarj ünitelerinin tasarımı ve işletimi, ve çevre kalite yönetiminde gereklidir. 2

Atıksuların fiziksel, kimyasal ve biyolojik kompozisyonu ve kaynakları Karakter Fiziksel özellikler Kimyasal içerikler: Organikler Renk Koku Katı madde Sıcaklık Karbonhidratlar Yağ ve gres, Proteinler Pestisitler Fenoller Birincil kirleticiler, Yüzey aktif madde, Uçucu organik bileşikler Kaynaklar Evsel ve endüstriyel atıklar, organik maddelerin çürümesi Bozunmuş atıksu, endüstriyel atıklar Evsel su kaynakları, evsel ve endüstriyel atıklar, toprak erozyonu, infiltrasyon Evsel ve endüstriyel atıklar Evsel, ticari ve endüstriyel atıklar Tarımsal atıklar Endüstriyel atıklar Evsel, ticari ve endüstriyel atıklar 3

... devam Karakter Kimyasal içerikler: İnorganikler Kimyasal içerikler: Gazlar Alkalinite Klorlar Ağır metaller Azot ph Fosfor Birincil kirleticiler Kükürt Hidrojen sülfür Metan Oksijen Kaynaklar Evsel atıklar, evsel su kaynakları, yeraltı suyu infiltrasyonu Endüstriyel atıklar Evsel ve tarımsal atıklar Evsel, ticari ve endüstriyel atıklar Evsel, ticari ve endüstriyel atıklar, doğal taşkınlar Evsel, ticari ve endüstriyel atıklar Evsel su kaynakları, evsel, ticari ve endüstriyel atıklar Evsel atıkların bozunması Evsel su kaynakları, yüzey-suyu infiltrasyonu 4

... devam Karakter Biyolojik içerikler: Hayvanlar Bitkiler Protistler: Eubacteria Archaebacteria Viruses Kaynaklar Açık su yolları, arıtma tesisleri Evsel atıklar, yüzey-suyu infiltrasyonu, arıtma tesisleri Evsel atıklar Atıksulardaki kirleticiler suyun evsel, ticari ve kurumsal alanlarda, endüstrilerdeki üretim ve soğutma proseslerinde kullanılması ve taşkın sularıyla oluşmaktadır. Atık suların arıtımında dikkate alınması gereken önemli kirleticiler ve arıtılmadığı koşullarda oluşabilecek tehlikeler şu şekildedir: 5

Kirleticiler Askıda katılar Biyolojik olarak giderilebilen organikler (BOİ, KOİ) Patojenler Arıtılmadığı koşullarda gözlenenler Çamur çökeleklerine sebep olur, alıcı ortamlara deşarjı sonucunda anaerobik ortamlar oluşur. Doğal koşullara deşarjında oksijen kaynaklarının tüketilmesine ve septik koşulların oluşmasına sebep olur. Atık sudaki patojenlerle bulaşıcı hastalıklar yayılabilir. Nütriyentler (N, P, C) Birincil kirleticiler Giderilemiyen organikler Ağır metaller Çözünmüş inorganikler (Ca, Na, SO 2 ) Sucul ortamlara deşarjında ötrafikasyona, yoğun miktarda toprak deşarjında yer altı suyu kirliliğine yol açar. Organik ve inorganik birincil kirleticiler bilinen yada kanserojen ve mutajenik olabilir, yüksek akut zehirlenmesine yol açabilir. Konvensiyonal arıtım yöntemleri ile giderilemez (ör. Yüzey aktif madde, fenoller, pestisitler) Atık suların yeniden kullanımı durumunda giderilmesi gerekmektedir. Atık suların yeniden kullanımı durumunda giderilmesi gerekmektedir. 6

Tipik bir arıtılmamış evsel atıksuyun kompozisyonu Kirleticiler Konsantrasyon (mg/l) -orta kirlilikte- Toplam Katı Madde (TK) 720 Toplam Çözünmüş Katı Madde (TKÇM) Toplam Askıda Katı Madde (TAKM) Tutunmuş Askıda Tutunmuş Askıda Çökelebilir Katı Madde 10 500 300 200 220 55 165 Biyokimyasal Oksijen İhtiyacı (BOİ 5, 20 0 C) 220 Toplam Organik Karbon (TOK) 160 Kimyasal Oksijen İhtiyacı (KOİ) 500 Uçucu Organik Bileşikler (UOB) 100-400 (ug/l) 7

... devam Tipik bir arıtılmamış evsel atıksuyun kompozisyonu Kirleticiler Toplam Azot (TN) Toplam Fosfor (TP) Organik Amonyak Nitrit Nitrat Organik İnorganik Konsantrasyon (mg/l) -orta kirlilikte- Klor 50 Sülfat 30 Alkalinite (CaCO 3 ) 100 Grez 100 40 15 25 0 0 8 3 5 Toplam Koliform 10 7-10 8 (no/100 ml) 8

Atıksu karakterizasyon çalışmalarının amacı: Atık su debisini, özelliklerini (fiziksel, kimyasal ve biyolojik özellikler ve içeriklerinin derişimleri) ve kirletici yüklerini saptamak Kirletici konsantrasyonlarını azaltabilmek için en iyi çözümleri belirlemek (arıtım tesisi tasarımı ve işletimi) Atık su debi ve kirletici yükü minimizasyonu geliştirmek 9

Atıksu karakterizasyon çalışmalarında, örnekleme teknikleri, örnek alma noktaları ve sıklığı, örnekleme ekipmanları ve saklama protokolü çok önemlidir. Örnekleme: Örnek analiz sonuçları arıtma tesisi tasarımında kullanılacağı için örnekleme atık su karakterini yansıtacak derecede hassas yapılmalıdır. Örnekleme koşulları atık su tipine göre değişir. Örnekleme noktaları: Sıklık: Ekipmanlar: Homojen örneklerin toplanabileceği yerler seçilmelir. Derin ve dar kanallarda, örnekleme dipten üçte biri yukarıda olacak şekilde yapılmalıdır. Örnekleme sırasında çözünmüş gazların uçmasına yol açacak derecede türbülans oluşturulmamalıdır. Örneklemenin sıklığını atık su debisinin ve kirletici yükünün değişkenliği belirler. Örnekleme süresince 10 15 dakika aralarla alınan örnekler ortalama kirletici konsantrasyonlarının belirlenmesini sağlar. Otomatik veya sürekli örnekleme protokolünde kullanılacak ekipmanların seçimi çok önemlidir. Korunum / Saklama: Analizlerin örneklemeden hemen gerçekleştirilmesi tavsiye edilendir. Fakat, örnekleme ve örnek analizi arasında geçen süre uzun olduğu koşulda (24-saatlik kompozit nümune) örneklerin bozunmasını engellemek için uygun yöntemler uygulanmalıdır. 10

Atık su karakterizasyon çalışmalarında, örneklemenin yapıldığı zaman da çok önemlidir. Özellikle, kirleticiler için kritik koşulların oluştuğu en sıcak günler-yaz ayları- yada kirletici yüklerinin yoğun olduğu üretim zamanlarında örnekleme yapılmalıdır. Örnekleme sonuçları istatistiksel yöntemler dikkate alınarak yorumlanmalıdır. 11

Kirlilik Yüklerinin Tahmini Endüstriyel tesislerden kaynaklanan atık suların kalitesine ve oluşturacağı kirlilik yüklerine ilişkin herhangi bir öngörü yapabilmek için oluşan atık suların karakterizasyonu yapılmalıdır. Eğer bu mümkün değil ise bu endüstriler ile tür ve proses bazında benzeşen tesislerden kaynaklanan diğer endüstriyel tesis atık su özelliklerine ulaşılmalıdır. Aşağıda pek çoğu ülkemizde yer alan çeşitli endüstri kollarından kaynaklanan atık suların kirlilik yüklerine ilişkin çeşitli değerler verilmektedir. 12

BUĞDAYA DAYALI SANAYİ-1 Un fabrikası atıksularının kirlilik yükleri* Başlıca kirleticiler Kirletici değerleri Biyokimyasal Oksijen İhtiyacı (BOİ5) Kimyasal Oksijen İhtiyacı (KOİ) Toplam Askıda Katı Madde (TAKM) 100-550 mg/l 160-776 mg/l 148-632 mg/l ph 7,2 7,6 Diğer : Buğday kabukları, sap ve kepeği * İzmir civarındaki çeşitli un fabrikalarının atıksu bileşemi (Dokuz Eylül Üniv.-DEÜ- 1987) 13

BUĞDAYA DAYALI SANAYİ-2 Makarna üretimi sırasında oluşan kirleticiler ve değerleri* Başlıca kirleticiler Kirletici değerleri Biyokimyasal Oksijen İhtiyacı (BOİ5) Kimyasal Oksijen İhtiyacı (KOİ) Toplam Askıda Katı Madde (TAKM) Toplam Azot (N) Toplam Fosfor (P) 270-2200 mg/l 960-2920 mg/l 460-980 mg/l 9-86 mg/l 1-20 mg/l ph 7,0 7,2 Diğer : Buğday kabukları, sap ve kepeği * İzmir civarındaki bir makarna fabrikasının atıksu bileşenleri (Tübitak, 1984) 14

PAMUĞA DAYALI SANAYİ Pamuklu tekstil sanayi atıksularının kirlilik yükleri* Başlıca kirleticiler Kirletici değerleri Biyokimyasal Oksijen İhtiyacı (BOİ5) Toplam alkalinite Toplam Katı Madde (TKM) Krom 200-800 mg/l 300-900 mg/l 1000-1600 mg/l < 3 mg/l ph 8 12 Özellikleri: yüksek ph ve sıcaklıkta olması; toksik madde, sülfür, deterjan ve sabun, yağ ve gres ve yüksek organik madde içermesi. *Apre işlemi kompozit atıksularının ortalama bileşenleri (Cooper 1978; Nemerow 1978) 15

YEMEKLİK YAĞ SANAYİ Zeytinyağı üretimi sırasında oluşan kirleticiler ve değerleri* Başlıca kirleticiler Kirletici değerleri Biyokimyasal Oksijen İhtiyacı (BOİ5) Kimyasal Oksijen İhtiyacı (KOİ) Askıda Katı Madde (AKM) Toplam Azot (N) Toplam Fosfor (P) Yağ 33000-100000 mg/l 40000-130000 mg/l 2300-7650 mg/l 105-142 mg/l 7-9 mg/l 5000 14500 mg/l ph 4,5-6 %0,5-1 organik asit; % 0,5-2,4 polifenol; %1-1,5 polialkol içermektedir. * Aydın ve Gemlik yörelerinde elde edilen karasu verileri de içermekte (DEÜ, 1984) 16

HAYVANCILIĞA DAYALI SANAYİ-1 Süt ürünleri üretimi sırasında oluşan atıksuların kirlilik yükleri* Başlıca kirleticiler Tereyağı üretimi sırasında çıkan kirleticilerin değerleri Peynir üretimi sırasında çıkan kirleticilerin değerleri BOİ5 64000 32000 mg/l BOİ5 yükü (gr/kg) 0,95 1,7 13,3 Toplam Katı Madde (TKM) 77500 72000 mg/l Yağ 5000 4000 mg/l ph 7-8 5,5 6,5 Toplam azot Fosfor < 160 mg/l < 60 mg/l * Şengül, 1987; Nemerow, 1978. 17

HAYVANCILIĞA DAYALI SANAYİ-2 Mezbahalarda oluşan birim kirlilik yükleri* Başlıca kirleticiler (kg / 500 kg canlı ağırlık) Küçükbaş hayvan Büyükbaş hayvan Ortalama BOİ5 4,53 9,4 6,97 AKM 5,0 6,7 5,85 Azot 0,49 1,00 0,75 Yağ ve gres 0,25 0,31 0,28 *Nemerow, 1978. 18

HAYVANCILIĞA DAYALI SANAYİ-3 Et kesim ve paketleme tesisi atıksularının kirlilik yükleri* Başlıca kirleticiler Kirletici değer aralığı (mg/l) Maksimum değerler (mg/l) Maksimum değerlerin gözlendiği bölümler BOİ5 180-4600 13200-23000 Kan tankı, bağırsak yıkayıcı AKM 220-3690 8360-15120 Kan tankı, bağırsak yıkayıcı Organik N 33-136 643-5400 Kan tankı, haşlama fıçısı, bağırsak yıkayıcı ph 6,0-7,4 9,0 Kan tankı, haşlama fıçısı Et kesim ve paketleme tesisindeki işlemler: kesme, kan ayırımı, haşlama, et kesimi, iç yıkama, dış yıkama, yan ürünler. * Nemerow, 1978. 19

HAYVANCILIĞA DAYALI SANAYİ-4 Deri işleme tesisi atıksularının kirlilik yükleri* Başlıca kirleticiler Ortalama değerler (mg/l) (çalkalama suyu dahil) Sığır postu işlemesinde çeşitli aşamalarda oluşan kirletici değerleri (mg/l) (konsantre atıksu) BOİ5 900 6500 15500 TKM 6000-8000 30000-93000 NaCl 3000 18000-47000 Krom 30 70 - Sülfit 120 - ph 9-10 3-4 (pikle işlemi) Atıksu özellikleri, deri işleme bölümü ve tabaklama malzemesine göre çok değişken olabilmektedir. * Nemerow, 1978. 20

ŞEKER ENDÜSTRİSİ Şeker pancarı fabrikası atıksularının kirlilik yükleri* Başlıca kirleticiler Kirletici değerleri (mg/l) Flume suyu Proses atıksuyu BOİ5 200 445-1600 KOİ 175 1500 NH3-N 3 15 Alkalinite - 250 TKM - 3800-6500 Sukroz 100 1500 ph - 7,9 * Nemerow 1978 21

İNŞAAT MALZEMESİNE DAYALI SANAYİ Çimento sanayinde oluşan atıksuların kirlilik yükleri* Başlıca kirleticiler Leaching işlemi olan tesislerdeki kirletici değerleri (yük / ton yük) Leaching işlemi olmayan tesislerdeki kirletici değerleri (yük / ton yük) Minimum Maksimum Minimum Maksimum TAKM 0 4081 0 6660 TÇKM** 49,9 11854 0 7146 Alkalinite 0 8641 0 3509 Potasyum 163 10251 0 1099 Sülfat 558 14233 0 1471 ph 6,0 12,0 6,0 12,3 ** TÇKM: Toplam Çözünmüş Katı Madde * Nemerow 1978 22

Kirlilik Yüklerinin İzlenmesi Arıtma tesislerinin kontrolü, performans değerlendirmesi ve kontrolü, kirletici konsantrasyonlarının proses ve tesis bazında izlenmesi ile gerçekleştirilir. Arıtma tesisindeki izlemenin yapılacağı kritik noktalar belirlenmelidir. Arıtım performansını ve dolayısıyla çeşitli ünitelerin işletim performansını izleyebilmek için belirli aralıklarla kirletici analizleri yapılmalıdır. Tesis çıkış değerleri (nitelik ve nicelik) düzenli olarak rapor edilmelidir. 23

Kirlilik yüklerinin izlenmesinin diğer bir avantajı: Tesisteki herhangi bir noktadaki kirletici yükleri belirlenen limitleri aştığında (uzaktan kontrol yöntemi ile) atık su akışı durdurulabilir, yönlendirilebilir yada miktarı azaltılabilir. İzleme çalışmaları çeşitli parametre ve prosesler için belli bir rutin ile gerçekleştirilir. Örneğin X parametresinin A, B ve C prosesleri çıkışında haftada bir ölçülmesi ve raporlanması gibi. Ancak, beklenmeyen durumlar (sel, taşkın, kuraklık, yüksek/düşük sıcaklık, şok yüklemeler, vb.) durumlarda, izleme programı (izlenen parametreler ve izleme sıklığı) yeniden belirlenmelidir. 24

Ankara Su ve Kanalizasyon İdaresi (ASKİ) Genel Müdürlüğü Atıksuların Kanalizasyon Şebekesine Deşarj Yönetmeliği ne göre Endüstriyel Atıksuların Kanalizasyon Şebekesine Deşarj Koşulları Kanalizasyon şebekesi bulunan yerlerde: Her atık su kaynağının kanalizasyon şebekesine bağlanması zorunludur. Yönetmelikte belirlenen standartları sağlamayan atık sular kesinlikle kanalizasyon şebekesine boşaltılamaz. Endüstriyel atık su hacminin ve kirletici özelliklerinin kaynakta azaltılmasına yönelik her türlü önlem teşvik edilir. 25

ASKİ Kuruluş Yasası Hükümlerine Göre: Şehrin yararlandığı su kaynaklarının korunması ve sorumluluk alanındaki diğer su kaynaklarının (göl, akarsular ve yeraltı suları) kullanılmış sular ve endüstri atıkları ile kirletilmemesi için mevcut ve yeni kurulacak tüm endüstri kuruluşlarının gerekebilecek arıtma tesislerini kurmalarını öngörür ve zorunlu kılar. Soğutma işlemi atık suları, ASKİ nin yazılı onayı olmadan kanalizasyon şebekesine verilemez. Endüstriyel atık sular kirli olmayan sularla seyreltilmek sureti ile kanalizasyon şebekesine verilemez. 26

Kanalizasyon şebekesine veya alıcı ortama verilmeyecek atıklar Benzin, nafta, gazyağı, motorin, fuel-oil, madeni yağlar, diğer solventler ve tek başına veya maddeler ile etkileşim halinde yangına, patlamalara sebep olabilecek veya herhangi bir şekilde insanlar, yapılar ve arıtma tesisleri için tehlike yaratabilecek diğer sıvı, katı ve gaz halindeki her türlü madde Gaz fazına geçebilen, duman oluşturan, koku çıkartan, zehirli etkiler nedeni ile sağlık açısından sakınca yaratan, bu nedenle kanallara girişi, bakım ve onarımı engelleyen her türlü madde. 27

Endüstrilerden veya ticari işletmelerden kaynaklanan, öğütülmüş durumda da olsa atık su altyapı tesislerinde çökelme ve tıkanmalara neden olabilecek maddeler: özellikle süprüntü, moloz, hayvan dışkısı, kum, mutfak artığı, kül, selülozlu maddeler, katran, saman, talaş, metal ve tahta parçaları, cam, plastik, tüy, kıl, lif, curuf, paçavra, mezbaha artığı, hayvan ölüsü, işkembe içi, üzüm posası, çeşitli gıda maddeleri ve meyvelerin posası, mayalı artıklar, çamurlar, deri artıkları ve benzeri maddeler. Kanal yapısını bozucu ve aşındırıcı özellikte olan korozif maddeler, alkaliler, asitler, ph değeri 6,5 dan düşük, 10 dan yüksek olan atıklar. 5 C ile 40 C arasında çöken, katılaşan, viskoz hale geçen, kanal iç yüzeylerinde katı veya viskoz tabakalar oluşturabilecek her türlü madde. 28

Radyoaktif özelliğe sahip maddeler. Dünya Sağlık Teşkilatı ve diğer uluslar arası geçerli kriterler ile ulusal mevzuat ve standartlara göre tehlikeli ve zararlı atık sınıfına giren tüm atıklar. Ön arıtma, arıtma, depolama tankları ve septik tank çamurları. Kanal şebekesi olmayan bölgelerdeki Su Kirliliği Yönetmeliğinin gerektirdiği düzeyde arıtılmamış evsel ve endüstriyel atık sular. 29

Ön arıtma gereği ve koşulları: Gerek atıksu debisi, gerekse kalitesi açısından kesiklik veya aşırı salınımlar gösteren işletmeler ile arıtılması zorunlu (tehlikeli ve toksik karakterde ) atıksu deşarj eden kuruluşlardan, Atıksularının özellikleri nedeniyle kanalizasyon sitemine doğrudan deşarjı uygun görülmeyen endüstriyel atıksu oluşturan kuruluşlardan özel bir arıtma tesisi kurmaları ve işletmeleri istenir. 30

Kanalizasyon şebekesine deşarj edilecek atıksularda sağlanması gereken sınır değerler: PARAMETRE Biyokimyasal Oksijen İhtiyacı (BOİ5) Kimyasal Oksijen İhtiyacı (KOİ) Askıda Katı Madde (AKM) Toplam Azot (N) Toplam Fosfor (P) Yağ-gres Sülfat (SO4-2)* Serbest klor ATIKSU ÖRNEĞİNDE İZİN VERİLEBİLİR MAKSİMUM DEĞER 500 mg/l 1000 mg/l 400 mg/l 60 mg/l 20 mg/l 200 mg/l 1000 mg/l 5 mg/l 31

Kanalizasyon şebekesine deşarj edilecek atıksularda sağlanması gereken sınır değerler: PARAMETRE Arsenik (As) ve Antimon (Sb), Kurşun (Pb), Bor (B) Kalay (Sn), Toplam-Krom (Cr), Gümüş (Ag), Çinko (Zn), Nikel (Ni) Florür (F-) ATIKSU ÖRNEĞİNDE İZİN VERİLEBİLİR MAKSİMUM DEĞER* 3 mg/l 3 mg/l 5 mg/l 5 mg/l 50 mg/l Kadmiyum (Cd), Bakır (Cu) 2 mg/l Toplam Siyanür (CN), Fenoller 10 mg/l Civa (Hg) 0.2 mg/l Toplam Sülfür (S-) 2 mg/l Sıcaklık 40 C ph 6,5-10 * Herbir parametre için 32