Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

Çevre mikrobiolojisi. BÖLÜMLER 1. Biyojeokimyasal Döngülerde Mikroorganizmanın Rolu 2. Atıksu Arıtım Mikrobiyolojisi 3. Aktif Camur Prosesi ile Nutrient.

Benzer bir sunumlar


... konulu sunumlar: "Çevre mikrobiolojisi. BÖLÜMLER 1. Biyojeokimyasal Döngülerde Mikroorganizmanın Rolu 2. Atıksu Arıtım Mikrobiyolojisi 3. Aktif Camur Prosesi ile Nutrient."— Sunum transkripti:

1 Çevre mikrobiolojisi

2 BÖLÜMLER 1. Biyojeokimyasal Döngülerde Mikroorganizmanın Rolu 2. Atıksu Arıtım Mikrobiyolojisi 3. Aktif Camur Prosesi ile Nutrient Giderimi 4. Aktif Camur Tesislerinde Kabarma ve Kopuk Oluşumu 5. Biyofilm Reaktorlerde Atıksu Arıtımı 6. Stabilizasyon Havuzları 7. Camur Mikrobiyolojisi 8. Atıksuların ve Biyokatıların Anaerobik Olarak Curutulmesi

3 BİYOJEOKİMYASAL DONGULERDE MİKROORGANİZMANIN ROLU Bu bolumde doğada onemli olan uc onemli besin dongusu uzerinde durulacaktır; 1.1. Azot Dongusu 1.2. Fosfor Dongusu 1.3. Kukurt Dongusu 1.1. Azot Dongusu · Azot hayat icin gereklidir cunku hayvan, bitki ve mikroorganizma hucresinde bulunan proteinlerin ve nukleik asitlerin yapısında bulunur. · Havada %79 azot bulunmakta olup, en yaygın gazdır. Fakat sucul ortamlarda ve toprakta sınırlı nutrienttir. Gelişen ulkelerde milyonlarca insan topraktaki azot eksikliğinden dolayı urun yetiştirememekte ve yetersiz beslenmektedir. Bunun nedeni ise, azot gazı coğu organizma tarafından direk olarak kullanılamamakta olup, azotun once bazı bakteriler tarafından amonyağa donuşturulmesi gerekmektedir. · Mikroorganizmalar azot dongusunde cok onemli bir rol oynar. Azot dongusu beş adımdan meydana gelmektedir;

4 1. Azot bağlanması (azot fiksasyonu) 2. Asimilasyon 3. Azot Mineralizasyonu 4. Nitrifikasyon 5. Denitrifikasyon

5 1. Azot Bağlanması (Azot fiksasyonu) · Sadece birkac ceşit bakteri ve Siyanobakter azot bağlayabilmekte ve azot gazını amonyuma donuşturmektedir. · Azot bağlayan bakteriler, simbiyotik ve simbiyotik olmayanlar olarak sınıfladırılırlar. Simbiyotik olmayanlar (nonsymbiotic) serbest yaşar. En onemli grup, gram negatif olan ve hem toprakta hem de suda azot bağlayan Azotobacter ( A. Agilis, A. Chroococcum, A. Vinlandi) dir.

6 · Diğer onemli azot bağlayanlar ise; Klebsiella, Clostridum (anaerobik, spor oluşturan bakteri) ve Siyanobakter dir. Siyanobakter, diğer serbest yaşayan (simbiyotik olmayan) organizmalara kıyasla 10 kat daha hızlı azot bağlamaktadır. · Simbiyotik azot bağlayan bakteriler ise genellikle bitkiler ile beraber bulunmaktadır. · Nitrogenase: Azot bağlamada kullanılan enzim. Bu enzim demir sulfur icerir. Oksijene karşı hassastır. Azot bağlanmasında, Mg+2 ve ATP formunda enerji (15-20 ATP/N2) gerekir. Bu enzimin uretim, nif genleri tarafından kontrol edilir. · Bakteriler bu enzimi oksijenden korur. Orneğin, Azotobakter polisakarit ureterek oksijenin difuz etmesini azaltır. 2. Azot asimilasyonu (hücre içine alınması) · Heterotrofik ve ototrofik organizmaklar NH4+ ve NO3-‘ı alarak assimilasyon (hucre sentezi) icin kullanır.

7 Mikroorganizmalar her ne kadar NO3-‘ı asimilasyon icin kullansa da, nitratı once amonyuma donuşturur ve daha sonra hucre sentezi (protein sentesi) icin kullanır. Atıksu arıtım tesislerinde hucre sentezi icin azotun giderilmesi nedeniyle bir miktar azot giderimi mümkün olur. Bitki ve alg hucreleri azotu amonyum şeklinde tercih eder. Bu nedenle NH4+ bazlı gubreler NO3- bazlı gubrelere tercih edilir.

8

9 3. Azot Mineralizasyonu (Amonifikasyon) Amonifikasyon, organik azotun inorganik azota (amonyum, amonyak) donuşumudur. · Bu işlem bircok mikroorganizma tarafından gercekleştirilir (bakteri, aktinomiset, mantar). · Proteinler, aşağıdaki gibi amonyuma donuşturulurler. Donuşumden urease enzimi sorumludur; protein amino asit amonyum

10 Proteinler hucredışı proteolitik enzimler ile peptit ve amino asitlere donuşturulur. Amino asitlerden deaminasyon adımıyla amonyum uretilir. Deaminasyon oksidatif yada reductive olabilir.

11

12 NH4+ asidik ve notral ortamlarda bulunur. Yuksek pH larda (pH>9) ise amonyum, amonyağa donuşur ve amonyak ucucu olup atmosfere karışır.

13

14 4. Nitrifikasyon · Nitrifikasyon, amonyumun nitrata donuşturulmesi işlemidir. İki basamakta gercekleşir: amonyumun nitrite donuşumu ve nitritin de nitrata donuşumu. · Amonyumun nitrite donuşturulmesinde Nitrosamonas turleri gorev alır. Ayrıca,Nitrosococcus, ve Nitrosolobus diğer amonyum oksitleyen turlerdir. NH4+ + 3/2O2 NO2- + 2H+ +H2O · Amonyum oksitleyen bakteriler (AOB), secici buyume ortamı kullanılarak EMS yontemi ile olculebilir. Ayrıca, molekuler biyolojik yontemlerde bu iş icin kullanılabilir. İkinci yontem daha iyi olup, bu yontem AOB lerin, protobakter grubunun α, β, γ alt grubuna ait olduğunu gostermiştir. · Nitritin nitrata oksidasyonu ise nitrit oksitleyen bakteriler (NOB) tarafından gercekleştirilir. En onemli bakteri ise α-protobakteri grubuna ait ve zorunlu ototroftur. Fakat Nitrobacter asetat, format ve purivat varlığında heterotrof olarak buyuyebilir. Nitrobacter nitriti aşağıdaki şekilde oksitler;

15

16 Diğer kemolitotrofik nitrit oksitleyen bakteriler Nitrospina, Nitrospira ve Nitrococcus’dur. Nitrobakter atıksu arıtma tesislerinde en cok calışılan NOB olmasına rağmen, FISH calışmaları Nitrospira’nın nitrit oksitleyen biyofilm ve aktif camur tesislerinde en sık rastlanan tur olduğunu gostermiştir. · Amonyumun, nitrit ve nitrata oksidasyonu enerji ureten bir reaksiyon olup, uretilen enerji sayesinde CO2 alınarak hucre teşkili icin kullanılır. · Nitrifikasyondan sorumlu bakteriler, karbon ihtiyaclarını inorganik karbondan karşılar. Bu amacla karbondioksit, bikarbonat ve karbonat kullanılır. Nitrifikasyon işlemi yeterli oksijen ve bikarbonat olması durumunda gercekleşir. Nitrifikasyon sırasında asit uretilmekte olup, oluşan asidin notralizasyonu gerekmektedir. · Nitrifikasyon icin gereken oksijen (amonyumun, nitrata oksidasyonu), 4.6 mg O2/mg amonyak’tır. · Nitrobakter icin optimum pH arasıdır. Nitrifikasyon kinetiği · Nitrobakter’in buyume hızı Nitrosamonas’ dan daha yuksektir. Bu nedenle, nitrifikasyon işleminde hız limitleyen basamak, amonyağın Nitrosamonas bakterileri tarafından nitrit’e oksitlenmesidir. Bu nedenle aşağıdaki Monod denklemi nitrifikasyon hız belirlenmesinde kullanılır.

17

18 Eğer oksijende sınırlı ise aşağıdaki denklem kullanılır.

19

20 Ko oksijen icin yarı doygunluk sabiti olup değeri mg/L arasındadır. · Oksijen ve amonyumun dışında diğer cevresel faktorleri de dikkate alarak oluşturulan formuller vardır. Ornek olarak; ·

21

22 Nitrifikasyon işlemi icin μmax ile saat-1 arasında değişmekle beraber genellikle 0.3 gun-1 alınır. Optimum pH ise denklemde pHopt 7.2 alınabilir. · Nitrifikasyon bakterilerinin hızı heterotrof bakterilerin hızından kat daha duşuktur. Ornek olarak heterotrof bakteriler icin μmax değeri 3-8 gun-1 iken ototroflar icin bu değer gun-1 arasındadır. · Nitrifikasyon bakterilerinin Yield (donuşum katsayısı) değerleri de heterotrof bakterilere kıyasla 5-10 kat daha duşuktur. Heterotrof bakterilerin Y değerleri iken bu değer nitrifikasyon bakterileri icin arasındadır. · Nitrifikasyon biyolojik olarak arıtılmış ve BOİ değeri duşuk sularda daha kolay yapılmaktadır. Evsel atıksu arıtımında nitrifikasyon genellikle bakterilerin askıda buyuduğu aktif camur tesislerinde gercekleştirilir. Denitrifikasyon

23 · Azot, alıcı ortamlarda oksijeni tuketir. Bu nedenle deşarjdan once giderilmesi gerekir. Nitrifikasyon işleminde azot sadece form değiştirerek, nitrata donuşur ve azot ancak denitrifikasyon yolu ile giderilir. · Denitrifikasyon, oksijensiz ortamda nitratın (NO3-), azot gazına (N2) donuşturulmesidir. Burada, nitrat elektron alıcı olarak davranır. Bazı aerobikheterotrofik ve ototrofik organizmalar, oksijensiz ortamda nitratı elektron alıcı olarak kullanarak denitrifikasyon işlemini gercekleştirirler. · Denitrifikasyon, aşağıdaki basamaklarla gercekleşir.

24

25 Pseudomonas, Bacillus, Spirillum, Acinetobacter, Rhizobium ve Agrobacterium gibi bircok tur denitrifikasyon yapabilmektedir. · Oksijen ve organik madde yokluğunda, bazı ototrofik amonyak oksitleyiciler, amonyumu elektron verici, nitriti de elektron alıcı olarak kullanır ve denitrifikasyonu gercekleştirir.

26

27 Bu prosese ANAMMOX adı verilir

28 Denitrifikasyonu etkileyen şartlar 1. Nitrat konsantrasyonu: Denitrifikasyonda nitrat elektron alıcı olarak kullanıldığından, konsantrasyon artıkca denitrifikasyon hızı artacaktır. 2. Anoksik şartlar: Oksijen var ise, bakteriler elektron alıcı olarak oksijeni tercih eder. Cunku daha fazla enerji uretebilirler. Orneğin aerobik glikoz oksidasyonunda 686 kcal/mol glikoz enerji uretilirken, anoksik şartlarda bu değer 570 kcal/mol glikozdur. Bu nedenle, denitrifikasyon sırasında oksijen mevcudiyeti verimi duşurecektir. Fakat yuksek oksijen konsatrasyonlarına sahip aktif camur unitelerinde bile denitrifikasyon gozlenebilir. Bunun nedeni ise, biyo- yumaklar icerisinde, derin noktalarda oksijen konsantrasyonu duşuk olup bu noktalarda nitrat elektron alıcı olarak kullanılır.

29 3. Organik madde varlığı: Denitrifikasyon bakterileri icin organik madde şarttır. Cunku organik madde elektron verici olarak kullanılacaktır. Bircok madde elektron alıcı olarak kullanılabilir: asetat, metanol, sitrik asit gibi. Ayrıca, evsel ve endustriyel atıksuların bunyesinde bulunan organiklerde bu amacla kullanılır. Ayrıca, Anammox prosesinde olduğu gibi amonyumda elektron alıcı olarak kullanılabilir. · Tercih edilen substrat genellikle metanol olup, bircok arıtma tesisinde, denitrifikasyon basamağı sırasında metanol bu amac icin kullanılmaktadır. Ayrıca, biyogaz icinde bulunan metan da organik madde kaynağı olarak kullanılabilir. Metanotrofik bakteriler metanı metanole oksitler. Metanol de denitrifikasyon bakterileri icin karbon kaynağı olarak kullanılır.

30

31 Denkleme gore, bir mol nitrat giderimi icin 5/6 mol metanol gerekmektedir. Fakat metanolun bir kısmı da bakteri buyumesi icin kullanılacağından dolayı daha fazla metanol gerekmektedir. Yapılan calışmalarda optimum metanol/nitrat oranı 2.5 olarak bulunmuştur (Şekil 2).

32

33 4. İz elementlerin etkisi: bazı iz elementler denitrifikasyon bakterileri icin gereklidir. Molibden nitrat reduktaz enziminin sentezi icin gereklidir. 5. Toksik kimyasallar: Denitrifikasyon bakterileri toksik kimyasallara karşı cok hassastır. Denitrifikasyon kinetiği

34

35 μD: denitrifikasyon bakterilerinin buyume hızı, μmax: denitrifikasyon bakterilerinin maksimum buyume hızı, D: nitrat konsantrasyonu (mg/L), Kd: nitrat icin yarı doygunluk sabiti (mg/L), M: metanol kosantrasyonu (mg/L), Km: metanol icin yarı doygunluk sabiti (mg/L). Denitrifikasyon kinetiği, nitrat ve nitrit giderimi ile N2 oluşumu olculerek hesaplanır.

36 Azotun deşarjı, alıcı ortamda oksijen tuketimine ve ayrıca, alg patlamasına (otrofikasyon)’a sebep olur. Bu durum, balık yaşamını ve diğer su canlılarının yaşamını olumsuz etkiler. Azot ve fosfor alıcı ortamlarda sınırlı besinler olup, bunların giderilmesi ile otrofikasyon engellenebilir. · EPA ya gore icme sularında maksimum nitrat konsantrasyonu 10 mg/L NO3-N’dir. · Evsel atıksularda azot organik azot ve amonyum şeklinde bulunur. Evsel atıksularda ortalama toplam azot konsantrasyonu 35 mg/L civarındadır. · Klasik arıtma tesislerinde cok sınırlı azot giderimi gercekleşir. Birincil arıtımda %15 civarında, biyolojik arıtım sırasında ise yaklaşık %10 giderilmekte olup toplam %20-30 arası azot giderimi gercekleşir. · Nitrifikasyon ve denitrifikasyon işlemi ile yaklaşık %95 azot giderimi gercekleşir. · Ayrıca kimyasal olarak amonyum giderimi de mumkundur. Suyun pH değeri e yukseltilir ve amonyum, amonyağa donuşturulur. Amonyak ucucu bir kimyasal olup suyun havalandırılması ile atmosfere ucurulabilir.

37

38 Kırılma noktası kırılması ile sudan amonyum giderilebilir ve yaklaşık %90 amonyum giderimi mumkundur.

39

40 Azot ayrıca, iyon değişimi, filtrasyon ve ters ozmoz ile de giderilir.

41 Fosfor Dongusu · Fosfor tum canlılar icin gerekli bir makronutrienttir. Fosfor, ATP, nukleik asit ve hucre memranında fosfolipitlerin yapısında bulunur. Fosfor granul olarak prokaryot ve okaryot hucrelerde depolanabilir. · Alg buyumesi icin gollerde sınırlı bir nutrienttir. Atıksularda ortalama toplam fosfor konsantrasyonu mg/L’dir. · Mineralizasyon: organik fosforun, bakteriler ve funguslar tarafından ortofosfora donuşturulmesidir. · Assimilasyon (hücre üretimi için kullanılması): Mikroorganizmalar enzim ve yeni hucre oluşumu icin fosfora ihtiyac duyarlar. Ayrıca bazı mikroorganizmalar fosfordepolama ozelliğine sahip olup, bu ozellik atıksulardan fosfor giderimi icin kullanılır.

42 · Fosforlu Bileşiklerin Çöktürülmesi: Yuksek pH değerlerinde fosfor Ca+2, Mg+2, Fe+3 ve Al+3 varlığında coker. Ayrıca bazı durumlarda, mikrobiyal aktiviteden dolayı cokmuş fosfat tekrar cozunmuş fosfora donuşebilir. Bu ise, mikroorganizmalar tarafından uretilen organik, inorganik asitler ve CO2 nedeniyle suyun pH değerinin duşmesi nedeniyle olur. Atıksu Arıtma Tesislerinde Fosfor Giderimi · Atıksularda toplam fosfor konsantrasyonu mg/L olup, genellikle ortofosfat (%50-70) ve organik fosfor şeklindedir. Biyolojik olarak arıtılmış sularda ortofosfat hakimdir. · Fosfor, alıcı ortamlarda otrofikasyona sebep olup, deşarj edilmeden once mutlaka giderilmesi gerekmektedir. Fosfor giderimi kimyasal ya da biyolojik yollarla gercekleştirilebilir: 1. Yuksek pH larda Ca, Fe ve Al ilavesi ile kimyasal cokturme 2. Mikroorganizmalar tarafından hucre icine alınması (asimilasyon) 3. İleri biyolojik fosfor giderimi (enhanced biological phosphorus removal (EBPR)) 4. Mikroorganizmalarında kullanıldığı, kimyasal cokeltim 5. Adsorpsiyon ve iyon değişimi. · Klasik atıksu arıtma tesislerinde sadece %10-25 fosfat arıtımı gercekleştirilebilir. İlave fosfat giderimi, atıksuya demir, aliminyum tuzları ilavesi ile gercekleştirilir. Kirec, aşırı camur oluşumuna neden olduğundan pek tercih edilmez.

43

44 Mikroorganizmaların da kullanıldığı, ileri kimyasal çökeltim · Bazı mikroorganizmaların aktiviteleri sonucunda pH yukselir ve fosforun cokerek sudan uzaklaşması sağlanabilir. Orneğin, alg buyumesi sonucunda stabilizasyon havuzlarında pH yukselir ve fosfor cokebilir. Ayrıca denitrifikasyon sırasında pH yukselerek fosforun cokmesine neden olabilir. İleri Biyolojik Fosfor Giderimi · Poly P bakteri yada fosfat biriktiren organizmalar (PBO) hucre ihtiyacından (hucre ağırlığının %1-3’u) cok daha fazla fosfat biriktirme ozelliğine sahiptirler. Fosfor, hucre icinde polifosfat granullerinde depolanır. · Magnezyum varlığında, polifosfat oluşumu polifosfat kinase (PPK) enzimi tarafından gecekleştirilir. Bu sentez ise, ATP’deki fosforil grubunun polifosfat zincirine bağlanması ile olur. · Depolanan fosfat granulleri, daha sonra ATP uretimi icin kullanılır.

45

46 Fosfat arıtımı icin anaerobik ve aerobik reaktorler beraber kullanılır. Anaerobik ortamda, fosfat ortama bırakılır. Aerobik ortamda ise, fosfat tekrar alınır. Aerobik şartlarda hucre icine alınan fosfat miktarı anaerobik şartlarda hucre dışına bırakılandan cok daha fazladır.

47 Şekil 3. Anaerobik-aerobik şartlarda işletilen reaktorde, fosfat bırakımı ve alımı

48 Fosfat depolama ozelliğine sahip bir bakteri olan Acinetobacter aerobik şartlarda fosfatı mmol P/(g biyokutle.saat) hızında depolarken, anaerobik şartlarda fosfat bırakma hızı mmol P/(g biyokutle.saat) kadardır. Dolayısıyla aerobik şartlarda hucre icine alınan fosfat miktarı anaerobik şartlarda serbest bırakılan fosfat miktarından cok daha fazladır. · Magnezyumun biyolojik fosfat arıtımında onemli bir rolu vardır. Calışmalar, fosfatla beraber magnezyumunda benzer olarak fosfat ile beraber hucre icine alınıp bırakıldığını gostermiştir. Bazı araştırmacılar, magnezyum ile beraber, kalsiyum ve potasyumunda hucre icine benzer şekilde alınıp bırakıldığını gostermiştir.

49 Şartlarda Fosfor Bırakımı (Şekil 4) · Anaerobik şartlarda bakteri, polifosfat granullerini hidroliz yoluyla eriterek enerji kazanır. Bu enerji iki amac icin kullanılır; 1. Hucre dışındaki karbon kaynaklarını alarak Poly-β-hidroksibutrat (PHB) olarak depolamak 2. pH ayarı icin hucre dışına hidrojen verebilmek. · Bu işlemler neticesinde, polifosfat granullerinin hidrolizinden dolayı, hucre dışına inorganik fosfor bırakılır. · Propiyonik asit dışında C2 – C5 arası butun organik maddeler (ornek asetat), hucre icerisine alınarak PHB olarak depolanır. Depolanan organik maddeler aerobik koşullarda kullanılırlar. · Glikojen depolayan organizmalar (GAO), polifosfat depolayan organizmalar gibi anaerobik şartlarda asetatı depolarlar. Eğer GAO lar ortamda coğalırsa, polifosfat depolayan bakterilere yeterli asetat kalmaz ve sistemin performansı duşer. Fosfor arıtımı duşuk sistemlerde GAO ların yoğun bulunduğu tespit edilmiştir.

50 · Anaerobik şartlarda karbon depolama ne kadar fazla olursa, aerobik şartlarda fosfat depolanması da o kadar artar. Anaerobik şartlarda organik madde depolanmasını arttırmak icin, sisteme bakteriler tarafından kullanılması kolay besinler (asetat, evsel atıksu, etanol, metanol gibi) verilmeli. Ayrıca, atıksuda oksijen ve nitrat bulunmamalıdır. Aerobik Şartlarda Fosfat Alımı (Şekil 4) · Anaerobik şartlarda depolanan PHB (karbon deposu) kullanılarak enerji uretilir ve bu enerji sayesinde, hucre dışından alınan fosfat depolanarak polifosfat depoları doldurulur.

51 Şekil 4. Aktif Camurda fosfat gideriminin biyokimyasal modeli. (A) anaerobik şartlar, (B) aerobik şartlar

52 Kukurt Dongusu · Kukurt doğada cok yaygın olarak bulunan bir elementtir. En buyuk kaynağı ise denizlerde bulunan sulfattır. Diğer onemli kaynakları ise, kukurt iceren mineraller (pirit FeS2, calkopirit CuFeS2), fosil yakıtlar ve organik maddelerdir. · Mikroorganizmalar icin onemli bir element olup, aminoasitlerin ve enzimlerin bunyesinde bulunur. · Doğadaki kukurt dongusu Şekil 5’de gosterilmiştir. Kukurt dongusunde dort onemli basamak vardır;

53 1. Organik kukurtun mineralizasyonu 2. Assimilasyon (hucre uretimi icin kullanma) 3. Kukurt ve sulfur oksidasyonu 4. Sulfat indirgeme 3. Organik kükürtün mineralizasyonu: Bircok mikroorganizma organik kukurtun mineralizasyonundan sorumludur. Aerobik koşullarda organik kukurt oksitlenerek sulfat uretilir.

54

55 4. Assimilasyon: Mikroorganizmalar hucre ve enzim sentezi icin kukurdu kullanır. Anaerobik bakteriler indirgenmiş kukurt bileşiklerini kullanırken, aerobik bakteriler daha cok oksitlenmiş haldeki kukurt formlarını (orneğin sulfat) kullanırlar. 5. Oksidasyon: Kukurt oksidasyonunda bircok bakteri gorev alır. · H2S oksidasyonu: Aerobik ve anaerobik şartlarda H2S oksitlenebilir. Aerobik şartlar altında Thiobacillus thioparus S-2 yi S0’a oksitler. Ayrıca, ipliksi kukurt bakterileri (orneğin, Beggiatoa, Thiotrix) H2S’i oksitleyerek S0 uretir ve uretilen S0 granul olarak depolanır. ·

56

57 Anaerobik şartlarda ise; fotoototrofik bakteriler (pembe kukurt bakterileri) ve kemootroflar (Thiobacillus denitrificans) sulfur oksidasyonundan sorumludurlar. Pembe kukurt bakterileri fotosentetik bakteriler olup, ışığı enerji kaynağı olarak kullanırlar ve fotosentez yaparlar. Ancak tepkime sonucu oksijen cıkmaz. Bunlar genel olarak anaerobdur. Gol ve su birikintilerinin dibindeki sedimenlerde bulunur. Fotosentezde su yerine H2S gibi indirgenmiş S bileşikleri kullanılır ve hucrede granul S oluştururlar. yerine H2S gibi indirgenmiş S bileşikleri kullanılır ve hucrede granul S oluştururlar. · Kemoototrofik bakteriler ise nitratı elektron alıcı olarak kullanarak H2S’i S0’a oksitler. 2NO3- + 5H2S + 2H+ N2 + 5S0 + 6H20

58 Şekil 5. Kukurt Dongusu

59 Elementel Kükürtün Oksidasyonu: Bu oksidasyon daha cok ve duşuk pH değerlerinde yaşayan bakteriler tarafından gercekleştirilir. En onemli turlerden biri Acidithiobacillus thiooxidans (eski adı Thiobacillus thiooxidans) dır.

60

61 Diğer kukurt oksitleyen onemli bakteri turu ise Sulfolobus turleri olup termofilik ve duşuk pH larda yaşar. Bu bakteriler ototrofik olup sıcak asidik kaynak sularında bulunur. (pH 2-3, sıcaklık 55-85oC). Bu bakteri turu indirgenmiş demir ve kukurdu oksitleyerek yaşarlar. 4. Sulfat İndirgeme: Sulfat anaerobik şartlarda sulfat indirgeyen bakteriler tarafından indirgenerek H2S’e donuşturulur. En onemli turleri Desulfovibrio, Desulfotomaculum, Desulfobulbus, Desulfomonas, Desulfobacter, Desulfococcus, Desulfonema, Desulfosarcina, Desulfobacterium’dur.

62

63 Burada sulfat elektron alıcısı, organik madde ise elektron vericisi olarak davranır. H2S bitki, hayvan ve insanlara zararlıdır. · Oksijen ve nitrat yokluğunda, sulfat indirgeyen bakteriler organik maddeyi oksitlerler ve sulfatı da elektron alıcı olarak kullanırlar. Sulfat indirgeyen bakteriler, genellikle duşuk molekul ağırlıklı organik maddeleri karbon (asetat, laktat, piruvat, etanol, metanol) kaynağı olarak kullanırlar. Ayrıca, ototrofik turler H2’yi de elektron alıcı olarak kullanabilirler. · Sulfat indirgeyen bakteriler, bazı aerobik arıtma sistemlerinde gozlenmiş olup, bu bakterilerin mikroaerofilik yada oksijene tolere edebilen bakteriler olduğu duşunulmektedir. · Sulfat indirgeyen bakterilerin direk aktiviteleri yada urettikleri H2S nedeniyle metallerin korozyona uğraması en onemli problemdir.

64

65 Ayrıca oluşan S-2 (yada H2S) oluşan Fe+2 ile birleşerek metal uzerinde siyah cokeleğe neden olur. Fe+2 + H2S FeS + 2H+ · Anaerobik curutuculerde sulfatın bulunması, metanojenik aktiviteyi duşurerek, metan uretimini azaltır. Ayrıca gazda H2S artarak oluşan gazın kalitesini duşurur. Bunun yanı sıra oluşan sulfur anaerobik bakterilere zarar verir ve curutucunun korozyona uğramasına neden olur. Metan bakterileri ve sulfat indirgeyen bakteriler aynı organik maddeleri tukettikleri icin birbirleriyle yarışırlar. Bu yarıştan genellikle sulfat indirgeyen bakteriler galip cıkar cunku daha yuksek buyume hızına sahiptir.

66 ATIKSU ARITIM MİKROBİYOLOJİSİ · 19. yuzyılın ortalarında İngiltere’de suyoluyla gecen hastalıkların, ozellikle de koleranın, aşırı yayılmasının neticesinde atıksuların arıtılması gereği ortaya cıkmıştır. Dolayısıyla atıksuların arıtılmasına yonelik faaliyetler 20. Yuzyılın başında başlamıştır. · Atıksu icerisindeki kirleticiler; kolay parcalanabilen organikler, ucucu organik bileşikler, bioyolojik ayrışmaya direncli kirleticiler (xenobiotics), toksik metaller, askıda katı maddeler, nutrientler (azot ve fosfor), mikrobiyal patojenler ve parazitler olarak sıralanabilir. Başlangıcta, atıksu arıtımının temel amacı organik maddeleri gidermekti, bugun ise atıksulardan azot, fosfor, toksik metaller, xenobiotikler ve patojenlerin giderilmesi istenmektedir Evsel Atıksuyun Kompozisyonu: · Evsel atıksular, insan ve hayvanların atıklarından oluşur. Genel olarak evsel atıksudaki organik maddelerin coğu proteindir (%40-60). Evsel atıksudaki organikler ayrıca, %25-50 karbonhidrat, % 10 yağ, ure, iz organikler, pestisitler, ve fenoller den meydana gelir. Evsel Atıksuların Tipik bir kompozisyonu Tablo 1’de gosterilmiştir. Tablo 1. Evsel Atıksuların tipik karakteristiği ·

67 Tablo 1. Evsel Atıksuların tipik karakteristiği

68 Biyokimyasal Oksijen ihtiyacı (BOİ): Biyokimyasal oksijen ihtiyacı, mikroorganizmaların organik maddeleri (organik-BOİ) ve inorganik maddeleri (nitrifikasyon icin BOİ) oksitlemeleri icin gerek duydukları oksijen miktarıdır. Eğer numune icerisindeki BOİ değeri 8 mg/L’den yuksek ise numune seyreltilmelidir. İki ceşit BOİ vardır;

69 1. Organiklere ait BOİ (heterotrofik BOİ) 2. Nitrifikasyon icin BOİ (ototrofik BOİ) 1. Organiklere ait BOİ (cBOİ): Organiklere ait BOİ (cBOİ), heterotrofik mikroorganizmaların organik maddeleri karanlıkta 20oC’de ve 5 gunde oksitlemeleri icin gerekli oksijen miktarı olup, cBOİ5 ile gosterilir. Heterotroflar tarafından organik maddelerin oksitlenmesi aşağıdaki şekilde gosterilebilir; · BOİ evsel atıksu arıtma tesislerinin verimleri hakkında fikir sahibi olmak ve arıtılmış suların alıcı ortam uzerindeki etkisini oğrenmek amacıyla geliştirilmiş olup, en onemli parametrelerden biridir. BOİ deneyi 300 mL lik ozel BOİ şişelerinde yapılır. Atıksu, oksijenle doyurulmuş ve bakteriler icin gerekli inorganik maddeleri (azot, fosfor, Ca, Mg, Fe) iceren safsu ile seyreltilir. Başlangıc ta ve beş gun sonunda cozunmuş oksijen konsantrasyonu, prop ile ve kimyasal yollar ile olculerek beş gun icinde bakterilerin kullandığı oksijen miktarı bulunmuş olur. Eğer atıksu icinde bakteri yok ise dışarıdan bakteri ilavesi yapılır. Bakteri ilavesi icin cokeltilmiş evsel atıksu kullanılır. Bu durumda, ilave edilen bakteri kulturunden gelen organik madenin de hesap edilerek toplam oksijen kullanımından cıkarılması gerekir. Bu amacla, şahit hazırlanır ve olculecek atıksu ilavesi dışında numuneye yapılan her işlem şahit numuneye de yapılarak, kullanılan seyreltme suyundan ve eklenen aşı camurundan gelen BOİ numuneye ait toplam BOİ den cıkarılır. Atıksuda amonyum bulunması halinde, nitrifikasyon bakterileri amonyumu nitrata donuşturerek oksijen tuketir.

70 Eğer sadece organiklere ait BOİ değerinin olculmesi isteniyorsa, nitrifikasyon bakterilerinin aktivitelerini durduracak ceşitli kimyasallar, BOİ şişesine eklenir. Elde edilen sonuc ışığında BOİ aşağıdaki şekilde hesaplanır; BOİ (mg/L) = [(CO0-CO5)numune – (CO0-CO5)şahit] / (L numune) Burada; CO0 ve CO5 sırasıyla sıfırıncı ve beşinci gunde numune veya şahite ait cozunmuş oksijen konsantrasyonları. · Standart BOİ deneyi beş gun surmektedir. Fakat beş gunde tum organikler bakteriler tarafından tuketilmeye bilir. Eğer tum organik maddelerin tuketileceği kadar uzun beklersek elde edilen BOİ’ye nihahi (ultimate) BOİ denir ve bu değer numunede biyolojik olarak parcalanabilen toplam organik madde konsantrasyonunu verir. Genel olarak BOİ5, evsel atıksularda biyolojik olarak parcalanabilen organiklerin %85’ine eşittir (Şekil 6).

71

72 Herhangi bir gundeki BOİ değeri ile nihai BOİ arasındaki ilişki aşağıdaki formulle hesaplanabilir; BOİt = L(1-10-kt) Burada; L : nihai BOİ (mg/L) K: BOİ hız sabiti, yaklaşık 0.1 1/gun. Şekil

73 Şekil 6. Organiklere ve nitrifikasyona ait BOİ

74 Standart BOİ testi 20oC’de yapılmakta olup, diğer sıcaklıklar icin T değeri, aşağıdaki formul kullanılarak hesaplanır; Burada; T: oC cinsinden sıcaklık kT: istenilen sıcaklıkta k değeri, 1/gun θ: sıcaklık katsayısı, (4

75 1. Olcumun uzun zaman alması (5 gun) 2. Zor ayrışan organik maddelerin beş gunde tuketilememesi 3. Ortamda zehirli madde bulunması durumunda bakterilerin aktivitesini engelleyerek olması gerekenden duşuk değerlerin okunması Nitrifikasyon için BOİ (Ototrofik BOİ): Ototrofik olan nitrifikasyon bakterileri amonyumu nitrata oksitlemek icin oksijen tuketir. Nitrifikasyon bakterilerinin bu işlem icin ihtiyac duyduğu oksijen miktarına nitrifikasyon icin BOİ veya ototrofik BOİ adı verilir. Eğer sadece organik maddeye ait BOİ olculecekse nitrifikasyon bakterilerinin aktivitelerini durduracak, fakat organik madde kullanan heterotrofları olumsuz etkilemeyecek kimyasallar (10 mg/L 2-chloro-6-(trichloromethyl) pyridine) kullanılır. Aşağıdaki reaksiyona gore, 1 g amonyumu oksitlemek icin 4.57 g oksijene ihtiyac duyulur. Fakat azotun bir kısmı bakteri uretimi icin kullanıldığından, gercekte daha az (yaklaşık 4.33 g) oksijen kullanılır. NH4+ + 2O2 NO3- + H2O + 2H+

76 Kimyasal Oksijen İhtiyacı (KOİ): Kimyasal oksijen ihtiyacı, organik maddelerin kimyasal yollarla tamamen CO2, H2O ve amonyuma donuşturulmesi icin gerekli oksijen miktarıdır. Kimyasal oksijen ihtiyacı, potasyum dikromat (K2Cr2O7) ile sulfurik asit ve gumuş varlığında organik maddelerin oksidasyonuna dayanır. KOİ, mg/L olarak ifade edilir. BOİ ile sadece mikroorganizmalar tarafından kullanılabilen organik maddeler olculebilir iken, KOİ tum organik maddeler olculebilir. Cunku KOİ’de organikler duşuk pH ve yuksek sıcaklık altında kimyasal olarak oksitlenir. Eğer bir numunenin BOİ’si duşuk, KOİ’si yuksek ise; bu numune icerisinde biyolojik olarak arıtıma dayanıklı yada biyolojik olarak arıtılmayan organik maddeler var demektir. Dolayısıyla, bir suyun biyolojik olarak arıtılıp arıtılamayacağına BOİ/KOİ oranına bakılarak karar verilir. Yuksek ise biyolojik olarak arıtılabilir demektir. Aşağıdaki tabloda farklı atıksular icin BOİ/KOİ oranları verilmektedir. Toplam Organik Karbon: Toplam organik karbon (TOK) verilen bir numunedeki organik karbonun ısı ve oksijen ile oksitlenmesi sonucu ortaya cıkan CO2 miktarının olculmesi ile bulunur.

77 Atıksuların Biyolojik Yollarla Arıtılması · Atıksuların arıtılmasında, fiziksel, kimyasal ve biyolojik yontemler kullanılır. Fiziksel metotların kullanıldığı arıtıma temel işlemler, kimyasal ve biyolojik metotların kullanıldığı metotların tumune de temel prosesler adı verilir. Arıtma tesislerinde kullanılan fiziksel metotlar; ızgaradan gecirme, cokeltme, filtrasyon ve flotasyon olarak sıralanabilir. Kimyasal metotlar ise; dezenfeksiyon, adsorpsiyon, koagulasyon dur. Biyolojik metotlar ise; organik maddelerin giderilmesi amacıyla kullanılan her turlu biyolojik metottur (aktif camur prosesi, damlatmalı filtreler, stabilizasyon havuzları, v.b.) · Atıksu arıtımı dort aşamadan meydana gelir (Şekil 7); 1. On arıtım: Buyuk katıların tesisi tıkmasını onlemeyi amaclar. 2. Birincil arıtım: Fiziksel arıtımdır. Izgardan gecirme ve cokelmeyi icerir. 3. İkincil arıtım: biyolojik arıtımdır. Bu amacla; aktif camur prosesi, damlatmalı filtreler, oksidasyon havuzları, stabilizasyon havuzları kullanılabilir. 4. Ucuncul yada ileri arıtım: Kimyasal veya biyolojik metotlardan oluşur. Amac, ileri, arıtım ve nutrient (azat, fosfor) arıtımı yapmaktır Aktif Camur Prosesi · Aktif camur prosesi 1914 yılında Ardern ve Lockett tarafından geliştirilmiştir. Gunumuzde bu prosesin bircok versiyonu kullanılmaktadır, ancak esas olarak hepsi birbirine benzemektedir. Şekil 7’de gosterilen tam karışımlı havalandırma havuzu iceren bir aktif camur sistemi gosterilmektedir. Diğer aktif camur sistemleri Tablo 3’de listelenmiştir.

78 Şekil 7. Evsel atıksu arıtımı amacıyla kullanılan arıtma tesisine ait akım şeması

79 Proses ozeti · Aktif camur prosesi ile yapılan biyolojik atık arıtımında kullanılan tipik akış diyagramı Şekil 8’dedir. Organik atıklar aerobik bakteri kulturunun olduğu reaktore verilir. Reaktorun icerikleri karışık likor olarak tanımlanır. Reaktorun icerisindeki bakteri kulturu alttaki denklemlerde gorulduğu gibi değişik kimyasal reaksiyonlara neden olur.

80 Oksidasyon ve sentez; COHNS + O2 + besin ¾b¾ak¾teri® CO2 + NH3 + C5H7NO2 + diğer son ürünler

81 İç solunum; C5H7NO2 + 5O2 ¾b¾ak¾teri® 5CO2 + 2H2O + NH3 + enerji · Bu denklemlerde gorulen COHNS, atık sudaki organik materyalde bulunmaktadır. Bu reaksiyonlar sonucunda son urunler ve enerji elde edilir. (2) denkleminde gorulduğu uzere eğer butun hucreler komple okside olurlarsa, hucrelerin son BOİ’si hucre konsantrasyonunun 1,42 katı olur. · Reaktordeki aerobik ortam, difuze veya mekanik havalandırma ile sağlanır. Belli bir sure sonra atık sudan cokelmenin olduğu tanka yeni ve eski hucre karışımı girer. Coken hucrelerin bir kısmı reaktordeki organizma konsantrasyonunun korunması

82 icin tanka geri dondurulur (Şekil 8b). Bu geri dondurulen hucreler tankta yeni hucrelerin gelişmesini sağlar. Ceşitli aktif camur arıtım sistemlerindeki mikroorganizma konsantrasyonları Tablo 2’ de verilmektedir. Proses analizi: Tam karıştırmalı sistem ve dongu · Tam karıştırmalı sistemde, reaktordeki icerikler komple karıştırılır ve atık su girişinde hicbir mikroorganizmanın bulunmadığı farz edilir (Şekil 8 ve Şekil 9). Şekil 8’de gorulduğu uzere aktif camur prosesinin gerekli bir parcası, reaktorden ayrılan ve daha sonra reaktore geri verilen hucrelerin bulunduğu cokeltme unitesidir (sedimentasyon tankı). Bu cokeltme unitesinin bulunması nedeniyle, bu sistem icin yapılan kinetik modelin geliştirilmesinde iki eklenebilir varsayım geliştirilmiştir; 1. Mikroorganizmaların meydana getirdiği atık stabilizasyonu sadece reaktor unitesinin icerisinde olur. 2. Sistem icin cell-residence suresinin hesaplanmasında kullanılan hacim, sadece reaktor unitesinin hacmidir.

83 Proses mikrobiyolojisi · Bir aktif camur sisteminin verimli bir şekilde dizayn ve işletimi icin sistemde mikroorganizmaların gerekli olduğunu anlamak cok onemlidir. Doğada bakterilerin ana rolu diğer yaşayan organizmalardan uretilen organik maddeleri ayrıştırmaktır. Aktif camur prosesinde, bakteriler en onemli organizmalardır, cunku organik materyallerin ayrışmasını sağlarlar. Bir kısım organik atık reaktorde veya havalandırma tankında aerobik ve fakultatif bakteriler tarafından enerji eldesi icin kullanılır (Şekil 10). · Genel olarak aktif camur prosesinde Pseudomonas, Zooglena, Achromobacter, Flavobacterium, Nocordia, Bdellovibrio, Mycobacterium cinsine ait bakteriler ve ayrıca nitrifikasyonda kullanılan Nitrosomonas ve Nitrobacter bulunur. Ek olarak Sphaerotilus, Beggiotoa, Thiothrix, Lecicothrix ve Geotrichum gibi değişik ipliksi formlar bulunabilir. Bakteriler ortamdaki organik atıkları azaltırken diğer mikroorganizmaların metabolik aktiviteleri de aktif camur sisteminde onemli bir rol oynar. Ortamdaki protozoalar floklaşmamış bakterileri, rotiferler ise kucuk biyolojik flok partikullerini tuketir.

84 Bakterilerin ortamdaki organik atığı mumkun olduğu kadar hızlı bir şekilde ayrıştırması onemli bir faktordur. Ayrıca tasfiye unitesindeki biyolojik katıların etkili bir şekilde ayrılması icin biyolojik flok oluşumu onemlidir. Sistemdeki hucrelerin cell-residence suresinin artması sonucu biyolojik flokların cokelme karakteristikleri yukselir. Evsel atıkların etkili bir cokeltilmesi icin cell-residence suresi (mikroorganizma bekleme zamanı veya camur yaşı) en az 3-4 gun ve tercihan 5-15 gun arasında olmalıdır. Ceşitli aktif camur proseslerinin dizaynı ve işletiminde tipik cell-residence sureleri kullanılır (Tablo 2). · Her ne kadar mukemmel flok oluşumu istense de, bazı durumlarda zayıf yumak oluşumu gozlenebilir. Bunun nedeni ise; zayıf yapılan havalandırma, sudaki zehirli maddeler veya ortamda bulunan Sphaerotilus, E. coli ve fungi gibi flamentus mikroorganizmalardan kaynaklanır. Aktif camur havuzunda oluşan biyolojik yumaklar, bazı durumlarda 1μm’den kucuk iken, iyi yumak oluşan bir sistemde yumak boyutu 1000 μm (1 mm)’den buyuk olabilir. · ATP ve dehidrogenase enzim aktivite analizleri gostermiştir ki, yumak icerisindeki toplam bakterilerin sadece %5-20’si canlıdır. Bazı calışmalar ise; yumak icerisindeki canlı bakterilerin toplam bakterilerin sadece %1-3’u olduğunu gostermiştir.

85 Biyolojik yumak icerisine oksijenin difuzyonu sınırlı olduğundan, biyolojik yumak buyudukce yumak icerisindeki aktif aerobik bakteri sayısı azalmaktadır (şekil 11). · Dolayısıyla, oksijen konsantrasyonuna bağlı olarak, yumak icerisindeki anoksik bolge oluşmaktadır. Genel olarak, biyoreaktor icerisinde oksijen konsantrasyonu 4 mg/L’yi gecerse anoksik bolge oluşumu engellenebilir. · Flok cok buyur ve reaktor icerisinde oksijen konsantrasyonu cok duşuk olursa, yumak icerisinde zorunlu anaerobik metan ureten bakteriler ve sulfat indirgeyen bakteriler gelişebilir. · Dolayısıyla, aktif camur prosesinden alınan bakteri, kurulacak olan anaerobik veya sulfat indirgeyen bakteriler icin aşı olarak kullanabilir. · Aktif camur icerisinde genellikle gram(-) bakteriler bulunmakta olup, bu bakteriler organik madde oksidasyonu ve nutrient gideriminden sorumludur. Ayrıca, urettiği polisakarit yada polimerik materyaller ile yumak oluşumuna da katkıda bulunur. · Aktif camurda en cok Zooglea, Pseudomonas, Flavobacterium, Alcaligenes, Achromobacter, Corynebacterium, Comomonas, Brevibacterium, Acinetobacter, Bacillus turu bakteriler ve filamentli (ipliksi) bakteriler bulunur. · İpliksi bakteriler (Beggiatoa, Sphaerotilus) aktif camur sistemlerinde şişkin çamur (sludge bulking) problemine yol acar. · Aktif camur icerisindeki bakterilerin oranları Tablo 4’de verilmiştir.

86 Şekil 11. Aktif camur yumağı icerisinde oksijen dağılımı

87 G bakteri olarak bilinen gram negatif koklar aktif camur prosesinde buluna bilirler. Bu bakteriler glikoz ve asetat varlığında bulunurlar. Genellikle duşuk fosfat giderimi gozlenen sistemlerde bu bakteriler hakimlerdir (Şekil 12).

88 Tablo 4. Standart bir aktif camur unitesinde heterotrofik bakterilerin dağılımı

89 Şekil 12. G bakterinin ışın mikroskobunda gorunumu

90 Zooglea hucredışı polisakarit ureterek, tipik parmak gorunumlu şekiller oluşturur. Bu parmak gorunumlu şekiller, polisakarit matriksi tarafından sarılan Zooglea agregatlarından oluşur (Şekil 12). Zooglea aktif camur bakterilerinin %10’nunu teşkil eder.

91 Şekil 12. Zooglea ramigera

92 Aktif camur yumakları icerisinde ayrıca ototrofik bakterilerde bulunur. Bunlardan en onemlileri amonyumu nitrata donuşturen nitrifikasyon yapan bakteriler dir. Molekuler biyolojik yontemler ile 16S rRNA propları aktif camur icerisinde Nitrosamonas ve Nitrobacter turlerinin olduğunu gostermiştir. Ayrıca, fototrofik bakteriler de aktif camur havuzlarında bulunur. Orneğin pembe, yeşil sulfur bakterileri. · Aktif camur prosesinde oluşan bir yumağın elektron mikroskobundaki gorunumu Şekil 13’de verilmiştir.

93 Şekil 13. Elektron mikroskobunda aktif camur yumağının gorunumu

94 Fungus · Genellikle aktif camur prosesi fungusların yaşaması icin ideal bir ortam değildir. Fakat, bazı ipliksi funguslar aktif camur yumakları icinde gozlenebilir. Funguslar genellikle duşuk pH larda, toksik madde varlığında ve azot iceriği az olan atıksularda gozlenir. Aktif camur havuzlarında en yaygın gozlenen fungus turleri; Geotrichum, Penicillium, Cephalosporium, Cladosporium, ve Alternaria dır. · Geotrichum’un fazla bulunması camur kabarma (şişkin camur) problemine neden olabilir. · Bazı calışmalar fungusların nitrifikasyon yapabildiklerini de gostermiştir. Protozoa · Protozoa, aktif camurda bakteriler uzerinden beslenir. Toksik madde varlığı protozoaları olumsuz etkileyebilir. · Aktif camur havuzunda en cok gorulen protozoalar; Siliatlar (Ciliates), Flalelatlar (Flagellates), Rhizopoda (amoeba) ve rotiferler dir. · Siliatlar adını hucre etrafındaki kucuk kıllardan alır. Bu kılcıklar, besinleri organizmanın ağza benzeyen yapısına itmek icin kullanır. Siliatler, aktif camur yumağından kopmuş, serbest dolaşan bakteriler uzerinden beslenir. Siliatler aktif camur havuzlarında en cok bulunan protozoa grubudur. En onemlileri; Chilodonella, Paramecium ve Spirostomum dur. · Bazı onemli protozoalar Şekil 14’de verilmiştir.

95 Şekil 14. Aktif camur sistemlerinde bulunan onemli protozoala r

96 Flagellalar ise, bir yada daha fazla flagellaya sahip olup hareket icin bunları kullanır. Besinleri ağızları yoluyla veya hucre duvarına absorpsiyon ile alırlar. · Flagellalar ve siliatler genellikle yuksek bakteri konsantrayonu (>108 adet/ml) olması durumunda gozlenirler. · Protozoalar; bakteri, BOİ, askıda katı madde ve patojen giderimine katkıda bulunurlar. Aktif camur havuzları cıkışında protozoa konsantrasyonu ile, KOİ ve askıda katı madde arasında ters orantı vardır. Protozoa olan arıtılmış sularda KOİ ve AKM konsantrasyonu duşuktur. · Diğer bir protozoa olan rotiferler, oldukca buyuk organizmalardır. Capları μm arası değişebilir. Aktif camur ve damlatmalı filtrelerde en cok gozlenen rotiferler şekil 15’de verilmiştir. Rotiferlerin aktif camurda iki onemli rolu vardır; Rotiferler serbest halde dolaşan bakteriler uzerinden gecinerek arıtılmış suyun berraklaşmasına yardım eder. 2. Urettikleri maddeler ile bakterilerin yumak oluşumuna katkıda bulunur.

97 Şekil 15. Aktif camur havuzlarında en cok gozlenen rotiferler

98 Havalandırma Havuzunda Organik Madde Oksidasyonu · Evsel atıksuda genellikle bircok mikroorganizma turunun buyumesi icin yeterli miktarda karbon, azot ve fosfor vardır. Bakterilerin buyuyebilmesi icin C:N:P oranı 100:5:1 olmalıdır. · Organik madde cozunmuş, koloidal ve partikul halde olabilir. Cozunmuş organikler heterotrof bakteriler tarafından hızlı bir şekilde hucre tarafından kullanılır. · Havalandırma havuzlarında kullanılan havalandırıcıların iki rolu vardır. Birincisi sisteme oksijen vermek, ikincisi ise sistemi karıştırarak bakteriler ile organik maddelerin temasını sağlamaktır. · Cozunmuş oksijen konsantrasyonu minimum 0,5-0,7 mg/L civarında olmalı ve 0,2 mg/L nin altına duşerse nitrifikasyon durur. Aktif camur sistemlerinin işletilmesinde ise, cozunmuş oksijen konsantrasyonu genellikle 2-4 mg/L arasında tutulur.

99 Camur Cokelmesi · Havalandırma tankından cıkan mikroorganizma ve su karışımı, cokeltme tankına alınarak, su ve camur birbirinden ayrılır. Coken camurun bir kısmı havalandırma tankına geri dondurulerek, havalandırma tankındaki bakteri konsantrasyonu arttırılır. Geri kalan camur ise, aerobik yada anaerobik camur curutucuye gonderilir.

100 Mikrobiyal hucreler, birbirine tutunarak yumak oluşturur ve yoğunluğu sudan fazla olun yumaklar cokelerek sudan ayrılır. · Mikroorganizmaların yumak oluşması ve agregatlaşması duşuk substrat konsantrasyonlarında gercekleşir. Bunun nedeni ise, substrat sınırlı olup, bir grup bakterinin urettiği bir ara urun diğer bir grup bakteri icin substrat kaynağıdır. Dolayısıyla, bakteriler birbirine ne kadar yakın durursa, hucre icine substrat alabilme olasılıkları o kadar artar. Dolayısıyla, iyi camur cokelmesi, arıtımın yuksek olduğu durumda gercekleşir. Dolayısıyla, duşuk F/M oranı ve yuksek camur yaşlarında cokelme daha iyidir. · Aktif camur proseslerinde uygun F/M oranı 0,2-0,5 arasında olup, iyi bir camur cokelmesi olabilmesi icin camur bekletme zamanının en az 3-4 gun olması gerekmektedir. Kotu camur cokelmesi ayrıca, fiziksel parametrelerdeki (pH, sıcaklık, v.b) ani değişimlerden, nutrient eksikliğinden (azot, fosfor) ve toksik maddelerin (ağır metaller gibi) bulunmasından da kaynaklanabilir. · Aktif camur tesislerinde, yumak oluşumu icin geliştirilmiş ve en cok kabul goren modele gore; filamentli bakteriler yumaklara bir bel kemiği oluşturur ve yumak oluşturan Zooglea turu bakteriler bu filamentli organizmalara tutunarak, yumaklar oluşur. · Fakat ipliksi mikroorganizmaların olmadığı, oldukca iyi yumaklara rastlanmıştır.

101 Dolayısıyla yukarıda bahsedilen model, bu tur yumakların oluşumunu acıklamada yetersiz kalmaktadır. Bu nedenle başka bir alternatif model daha onerilmiştir. Bu alternatif modele gore; hucre ici organik depo maddeleri (poli hidroksi butrik asit, PHB), yumak oluşumundan sorumludur. Ayrıca, hucre dışı polisakaritler ve hucre dışı gevşek kaygan salgı bakterilerin yumak oluşturmasında onemli rol oynar. Dolayısıyla, en cok kabul goren model ikinci bahsedilen model olup, bakteriler tarafından uretilen hucre dışı polimerik maddelerin (EPS) yumak oluşumundan sorumlu olduğuna inanılmaktadır. · EPS bakterilerin icsel solunum fazında uretilmekte olup, mikroorganizmalar arasında bir kopru vazifesi gorur. Dolayısıyla, mikroorganizmaların yumaklaşması ile, bakteriler tarafından uretilen EPS arasında bir korelasyon vardır. Uretilen EPS miktarı yada konsantrasyonu, sistemde camur yaşı arttıkca artmaktadır (Şekil 16). · Uretilen bu hucre dışı polimerler; karbonhidrat, protein, yağ ve az miktarda nukleik asitten meydana gelir ve biyodegradasyona karşı oldukca dayanıklıdır. · Yakın bir gecmişte, EPS’de en onemli maddenin protein olduğu vurgulanmıştır. Bunun nedeni ise; protein flok yuzeyinin negatif elektrik yukune sahip olmasına neden olmaktadır.

102 İki değerlikli Ca2+ ve Mg2+ gibi katyonlar, EPS’in negatif elektrik yuklu grupları arasında kopru gorevi gorerek yumak oluşumuna onemli katkıda bulunur. Fakat Na+, NH4+ gibi bir değerlikli katyonlar aktif camurun yumak oluşumunu negatif etkileyerek biyopolimerlerin suspansiyon icine dağılmasına neden olabilir. Dolayısıyla, camur stabilitesi atıksuyun iyonik gucune gore değişiklik gostermektedir. Buna gore onerilen aktif camur yumağı, şekil 17’de gosterilmiştir

103 Şekil 16. Bakteri buyumesi ile Hucre dışı polimer uretiminin değişimi

104 Her ne kadar, EPS ve ipliksi bakteriler yumak oluşumu icin gerekli olsa da, fazla miktarda EPS uretimi ve ipliksi bakteri mevcudiyeti kotu camur cokmesine neden olmaktadır. Fazla miktarda ipliksi bakteri uretiminden dolayı oluşan ve kotu cokme ozelliğine sahip camura, ipliksi kabarma (ipliksi şişkin camur) (filamentous bulking) denirken, aşırı EPS uretiminden dolayı oluşan kotu cokelme ozelliğine sahip camura ipliksi olmayan kabarma (non-filamentous bulking) denir. Mikrobiyal flokulasyon; polielektrolit, demir veya aliminyum gibi koagulant tuzların ilavesi ile arttırılabilir.

105 Şekil 17. Bir aktif camur yumağı ·

106 EPS ayrıca, atıksudan fosfor giderimine de katkıda bulunur. · Camur cokelebilirliliği, geleneksel bir metot olan camur hacim indeksi (CHİ) olcumu ile belirlenir. Bunun icin havalandırma tankından alınan 1 L lik karışık camur 30 dakika cokmeye bırakılır. 30 dakika sonunda 1 gram kuru camurun kapladığı hacim olarak tanımlanan CHİ aşağıdaki formul ile hesaplanır. CHİ (ml/g) = CH x 1000 / AKM · Burada, CH = 30 dakika sonunda coken camurun mL cinsinden hacmi, AKM = askıda katı madde konsantrasyonu (mg/L). · AKM konsantrasyonu 3500 mg/L den duşuk olan klasik aktif camur tesisleri icin normal değer mL/g olup, CHİ> 150 ise camur kotu cokme ozelliğine sahiptir deni

107 AKTİF CAMUR PROSESİ İLE NUTRİENT GİDERİMİ 3.1. AZOT GİDERİMİ · Azot kimyasal-fiziksel (kırılma noktası klorlaması, yuksek pH’da amonyum giderimi) veya biyolojik yollarla giderilebilir. Bu bolumde biyolojik azot giderimi uzerinde durulacaktır. Daha once acıklandığı gibi azot gideriminde nitrifikasyon ve denitrifikasyon işlemleri birlikte kullanılır. Askıda buyumenin gercekleştiği reaktorlerde nitrifikasyon · Nitrifikasyondan sorumlu bakterilerin klasik aktif camur unitesindeki miktarları farklılıklar gosterebilir. Koch vd. (2001), aktif camur unitesinde nitrifikasyon bakterilerinin toplam bakterilere oranının %2-3 olduğunu vurgulamıştır. Diosini vd. (2002) tarafından yapılan calışmada ise; amonyum oksitleyen Nitrosomonas bakterilerinin aktif camur unitesindeki oranı sadece % iken nitrit oksitleyen Nitrospira’nın oranının %0.39 olduğu gosterilmiştir. Dolayısıyla, toplam bakteri populasyonu icerisinde nitrifikasyon yapan bakterilerin sayısı oldukca az olup, bu durum dizayn ve modellerde dikkate alınması gerekmektedir. · Nitrifikasyon kitenitiği bircok faktore bağlıdır

108 . Bunlardan en onemlileri; pH, oksijen konsantrasyonu, BOİ5/TKN oranı ve toksik maddelerin mevcut olup olmamasıdır. · Nitrifikasyon bakterileri, heterotrof bakterilerinden daha yavaş buyumekte olup, nitrifikasyonun gercekleşmesi icin yuksek camur yaşlarına ihtiyac duyulur. Genellikle, camur yaşını 4 gunden fazla olan sistemlerde nitrifikasyon gozlenir. · İki tur nitrifikasyon sistemi mevcuttur. 1- Birleşik karbon oksidayon-nitrifikasyon sistemi (Tek kademeli sistem): Bu sistemde aynı reaktor icinde hem karbon oksidasyonu hem de nitrifikasyon gercekleştirilir. Bu nedenle, BOİ5/TKN oranı yuksek olup, nitrifikasyon yapan bakterilerin toplam bakteri populasyonuna oranı duşuktur (Şekil 18A). 2- İki-kademeli sistemler: Bu sistemlerde karbon oksidasyonu ve nitrifikasyon iki ayrı tankta gercekleştirilir. İlk basamakta karbon oksitlenir, ikinci basamakta ise nitrifikasyon gercekleştirilir (Şekil 18B). Askıda buyumenin gercekleştiği reaktorlerde denitrifikasyon · Azot giderimi icin nitrifkasyondan sonra denitrifikasyon basamağı zorunludur. Nitrat konsantrasyonu (>1mg/L) genellikle yarı doygunluk sabitinden (Ks (veya Km) = 0.08 mg/L) yuksek olup, denitrifikasyon hızı nitrat konsantrasyonundan bağımsız olup hız bakteri konsantrasyonuna ve elektron verici (atıksudaki organik madde veya dışarıdan ilave edilen metanol) konsantrasyonuna bağlıdır. Karbon oksidasyonu, nitrifikasyon ve denitrifikasyon iceren klasik aktif camur sistemi şekil 19’da gosterilmiştir.

109 Şekil 18. Tek kademeli (A) ve iki kademeli (B) karbon oksidasyon- nitrifikasyon sistemleri

110 Şekil 19’da gosterilen sistem dışında daha komplike ve etkili sistemler geliştirilmiştir. Bunlardan en onemlileri; · Bardenfo prosesi (Şekil 20) · Sharon-Anammox Prosesi · CANON prosesi

111 Şekil 19. Karbon ve azot giderimi icin kullanılan aktif camur sistemi

112 Bardenfo prosesi (Şekil 20) · Bu proses 1975’de Guney Afrika’da geliştirilmiştir. Proses iki aerobik ve iki anoksik tankı takip eden bir cokeltme tankından oluşur. Tank 1 Anoksik olup denitrifikasyon amacıyla kullanılır. Atıksu karbon kaynağı olarak kullanılır. Tank 2 aerobik olup karbon oksidasyonu ve nitrifikasyon icin kullanılır. Tank 2 den cıkan su nitrat icermekte olup, Tank 1’e gonderilerek orada giderilmesi sağlanır. Tank 3, anoksik olup, kalan nitratı gidermek icin kullanılır. Son olarak Tank 4 aerobik olup denitrifikasyon sonucu oluşan azot gazının (N2) sudan giderilmesi amaclanır. Boylece, cokelebilirlik artar. Şekil 20. Bardenfo prosesi Sharon

113 Şekil 20. Bardenfo prosesi

114 Sharon – Anammox Prosesi: · Sharon prosesi cok yuksek konsantrasyonlarda amonyum (>500 mg/L) iceren atıksular icin uygundur. Bu proseste, amonyumun yaklaşık %50’si aerobik ortamda nitrite donuşturulur. Bu işlem icin atıksuyun alkalinitesinin yeterli derecede yuksek olması gerekmektedir, cunku amonyumun nitrite oksidasyonu asidite uretir.

115

116 Anammox prosesi ise anaerobik şartlarda NH4+’un elektron verici olarak kullanılmasıyla nitritin azot gazına donuşturulmesi işlemidir

117

118 Proses otototrofik bakteriler tarafından gercekleştirilmekte olup, denitrifikasyon icin dışarıdan organik madde ilavesi gerekmez. Anaerobik amonyum oksitleyen en onemli bakterilerden biri Brocadia anammoxidans tır. Sharon-Anammox prosesinde gercekleşen reaksiyonların toplamı ise; · Bu prosesin cok oneli iki avantajı vardır; daha az oksijen ihtiyacı ve organik karbon ilavesine ihtiyac olmaması.

119 CANON Prosesi · Bu proseste tek ve aerobik bir reaktorde kısmi nitrifikasyon ve anammox gercekleştirilir. Bu proseste oksijen kontrollu verilir ve amonyumun bir kısmı nitrite oksitlenir. Oluşan anoksik koşullar altında anaerobik olarak amonyum azota oksitlenir.

120

121 FOSFAT GİDERİMİ · Atıksu arıtma tesislerinde fosfat kimyasal (demir ve alum tuzları kullanılarak) veya biyolojik yollarla giderilir. · Daha onceki bolumlerde fosfat giderim mekanizması incelenmiş olup, bu bolumde fosfat giderimi icin kullanılan biyoteknolojiler tartışılacaktır. · Fosfat giderimi icin kullanılan butun biyoteknolojik yontemlerde anaerobik ve aerobik kademeler kullanılır. Anaerobik şartlarda serbest bırakılan fosfor, aerobik ortamda hucre icine alınır. · Aşağıda farklı fosfat giderme yontemleri tartışılacaktır; A/O (Anaerobik/Oksik) proses · A/O prosesi, klasik aktif camur prosesinin modifiye bir şeklidir. Klasik aktif camur havuzundan once bir anaerobik tank (bekleme zamanı saat) kullanılması ile oluşturulmuştur (Şekil 21).

122 Şekil 21. A/O prosesi

123 Anaerobik şartlarda fosfat hidroliz sonucunda serbest bırakılır. Bu yolla oluşturulan enerji ortamdan organik madde (BOİ) almak icin kullanılır. Aerobik ortamda ise, cozunmuş fosfat bakteriler tarafından alınarak fosfatlar sentezlenir ve bu işlem icin gerekli enerji organik maddelerin oksitlenmesinden sağlanır. · Sistemin fosfat giderme mekanizması ayrıca Şekil 22’de gosterilmiştir. · Sistemin performansının yuksek olması icin camur yaşının duşuk ve organik madde konsantrasyonunun yuksek olması gerekmektedir.

124 Şekil 22. A/O prosesinin fosfat giderme mekanizması

125 Bardenpho Prosesi · Bu sistem nitrifikasyon-denitrifikasyon ile azot gidermekle beraber, fosfatta gidermektedir. Daha once yukarda acıklanan prosese anaerobik birim ilave edilerek beş basamaklı bardenpho prosesi oluşturulur. Bu proses hem azot hem de fosfat gidermektedir (Şekil 23).

126 Şekil 23. Beş basamaklı, azot ve fosfat gideriminde kullanılan Bardenpo prosesi

127 UCT (University of Capetown) Prosesi · UCT prosesi anaerobik, anoksik ve aerobik tanklar icerir. Ayrıca, sistem sonunda birde cokeltme tankı mevcuttur. Anaerobik tankta, kesin anaerobik koşulların olması icin, camur cokeltme tankından direk olarak anaerobik tanka verilmez ve once anoksik tanka verilerek nitratın giderilmesi sağlanır (Şekil24). Şekil 24. UCT prosesi PhoStrip

128 Şekil 24. UCT prosesi

129 PhoStrip Prosesi · PhoStrip prosesi bir sidestream prosesidir. Burada fosfat biyolojik ve kimyasal olarak giderilir. Bu proseste geri devir camuru anaerobik fosfat bırakıcı denen bir anaerobik tanka alınır. Bu tankta camurdan fosfat salınır ve fosfor acısından zengin olan ust durusu kirec ile muamele edilerek, fosfat kimyasal olarak cokturulur. Anaerobik tankta bekletme zamanı genellikle 5-20 saattir. PhoStrip prosesinde fosfat aerobik tankta bakteriler tarafından hucre icine alınır. Bunun icin aerobik tankta oksijen konsantrasyonu 2 mg/L nin uzerinde olmalıdır. PhoStrip prosesi ile duşuk (12-15) BOİ5/P oranlarında bile yuksek fosfat giderimi mumkun olup fosfat konsantrasyonu genellikle <1 mg/L’dir. · Sistem şekil 25’de gosterilmiştir.

130 Şekil 25. PhoStip Prosesi

131 A2/O Prosesi · Bu proseste hem fosfat hem de azot giderimi mumkundur (Şekil 26).

132 Şekil 26. A2/O Prosesi

133 Aktif Camur Prosesinde Patojen ve Parazit Giderimi · Aktif camur proseslerinde hem havalandırma hem de cokeltme tankı patojen ve parazit gidermede etkilidir. · Havalandırma tankında floklar oluşur ve hem patojenler hem de parazitler oluşan yumaklar tarafından tutularak cokeltme tankında giderilirler. · Aktif camur prosesi, gelen atıksudaki patojen ve parazitleri gidermede etkilidir. · Aktif camur prosesi indikator organizma (mesela toplam koliform) ve patojen (ornek, Salmonella) gidermede damlatmalı filtreden daha etkili bir prosestir. Aktif camurda bakteri ve virus giderme verimi %80-99 arasında değişir. · Aktif camurda bakteri ve virus giderme mekanizmaları şunlardır; · İnaktivasyon · Protozoalar tarafından bakterilerin besin olarak tuketilmesi · Camur katılarına adsorpsiyon · Camur yumaklarının arasında alınması ve cokelme · Helminth yumurtaları insan sağlığı acısından ayrıca onemlidir. Helminth parazitlerinin yumurtaları on cokeltme tanklarında ve aktif camur prosesinde giderilebilirler. Fakat bu yumurtalar camurda konsantre olabilirler.

134 AKTİF CAMUR TESİSLERİNDE KABARMA VE KOPUK OLUŞUMU · Surekli akımlı reaktorlerin geliştirilmesinden beri, camur kabarması aktif camur prosesinin verimini etkileyen en onemli problemlerden biri olmuştur. Aktif camur tesislerinde gozlenen cokelme problemleri aşağıda ozetlenmiştir. Yumak oluşturmadan buyume (Dispersed growth) · İyi işleyen bir arıtma tesisinde yumak oluşturmadan dağınık bulunan bakteriler, genellikle protozoalar tarafından tuketilir ve arıtılmış su oldukca temizdir · Eğer yumak oluşturmayan bakterilerin sayısı oldukca fazla ise, arıtımdan gecmiş su genellikle aşırı derecede bulanıktır. Bunun nedeni ise yumak oluşturma işleminden sorumlu bakterilerin sayısının az olması veya bu işlevlerini yerine getirememeleridir. · Bu tur cokelme problemi genellikle yuksek BOİ yuklemelerinde ve oksijenin yeterli olmaması durumunda gozlenebilir. Ayrıca, metal gibi toksik maddelerin varlığı da bu tur bir probleme neden olabilir. maması bu tur ince ve cokelmeyen yumakların oluşumuna neden olabilir.

135 Filamentli Olmayan Kabarma (Nonfilamentous bulking) · Bu tur camur kabarmasına, “zooglea kabarma” da denir ve aşırı miktarda hucre dışı polisakarit uretimi (Zooglea bakterileri tarafından) uretimi bu tur probleme neden olur. · Bu tur problem, cokelmeyi ve camurun konsantre hale gelmesini engeller. · Bu tur problem aktif camur tesislerinde cok fazla gozlenmez ve genellikle havalandırma havuzuna az miktarda klor ilavesi ile giderilebilir. · Bazı durumlarda, endustriyel atıksularda azot miktarının yetersiz olması bu tur problemlere sebep olabilir. · Bu tur camur problemi ayrıca uretilen camurun susuzlaştırılmasını da zorlaştırır. Kucuk ve ince Yumak Oluşumu (Pinpoint Floc formation) · Bu tur ince yapıda yumak oluşumu; yumakların aktif camur tesislerinde cokelmeden gecebilecek şekilde cok kucuk parcalara bolunmesi nedeniyle oluşur. · Daha onceki bolumlerde tartışıldığı gibi; ipliksi bakteriler, yumaklara belkemiği vazifesi gorerek, bakterileri bir arada tutar. Dolayısıyla, ipliksi bakterilerin yeterli miktarda ol

136 Yuzen Camur oluşumu (Rising sludge) · Cokelme tankında denitrifikasyon nedeniyle camur yuzme problemi oluşur. Ozellikle cokelme havuzlarında yuksek bekleme zamanlarında, oksijen konsantrasyonu aşırı derecede duşer ve denitrifikasyon icin uygun koşullar meydana gelir. Denitrifikasyon sonucu oluşan azot gazı, camuru cokelme havuzunun ust tarafına kaldırır. · Bu problem nedeniyle arıtma tesisi cıkışında su bulanık olur ve BOİ konsantrasyonu artar. Bu problemi gidermek icin cokeltme tankında bekletme zamanı duşurulebilir. İpliksi Camur Kabarması · Bu tur probleme ipliksi bakterilerin fazla buyumesi sebep olur. İpliksi camur kabarması; camurun cokelme hızının aşırı derecede duşmesine ve camurun iyi sıkışmamasına neden olur. Aktif camur tesislerinde en sık gozlenen problem olup, ayrıntılı olarak tartışılacaktır. Kopuk Oluşumu · Bu problem Gordonia ve Microthrix turu bakterilerin havalandırma tankında aşırı derecede buyumesinden dolayı gercekleşir.

137 İPLİKSİ CAMUR KABARMASI · Bu tur camur kabarması, ipliksi bakterilerin aşırı derecede buyumesinden kaynaklanır. İpliksi bakterilerin yumak oluşturan bakterilerden daha fazla buyumesi camur kabarmasına neden olur. · İpliksi camur kabarması camur hacim indeksinin yukselmesine neden olur. Çamur hacim indeksi (ÇHİ): Aktif camur tesislerinde camurun cokelebilirliği CHİ değeri ile verilir. CHİ aşağıdaki şekilde hesaplanır;

138 CHİ = Vx1000/(AKM) Burada; V= 30 dakikalık cokme sonucunda 1L camurda mL cinsinden coken camurun hacmidir. AKM = askıda katı madde konsantrasyonu (mg/L) · CHİ, mL/g cinsinden ifade edilmekte olup kuru ağırlığı bir gram olan camur tarafından 30 dakika sonunda işgal edilen hacim olarak da tanımlanabilir. Aktif camur tesislerinde CHİ değerinin mL/g arasında olması istenir. Eğer CHİ değeri >150 mL/g ise camur kabarması olduğu soylenir ve camur cokelme problemi gozlenir. · İpliksi (flamentli) bakteriler yuksek yuzey alanı/hacim oranına sahip olup, duşuk oksijen ve nutrient konsantrasyonlarında canlı kalabilirler. Ayrıca duşuk Km değerine sahip olup yuksek substrat affinitesine sahiptir. Dolayısıyla oligotrof olarak davranarak duşuk substrat konsantrasyonlarında canlı kalabilirler. · İpliksi bakteriler duşuk oksijen konsantrasyonlarında ve duşuk F/M oranlarında canlı kalabilirler. Ayrıca yuksek sulfit konsantrasyonlarında ipliksi bakteriler gelişmektedir.

139 İpliksi Mikroorganizmaların Tipleri · Aktif camur tesislerinde ceşit ipliksi bakterilerin bulunabileceği bilinmektedir. Amerika’da yapılan calışmalara gore yaklaşık 15 ceşit ipliksi bakterinin camur kabarma problemine sebep olduğu gozlenmiştir. En cok gozlenen ipliksi bakteriler ise; Nocardia (Gordonia) (bu bakteri ayrıca kopuk oluşumundan da sorumludur) ve tip · Ayrıca, tip 021 camur kabarma problemi olan 400 aktif camur prosesinin %19’unda gozlenmiştir. · İtalya’da yapılan bir calışmaya gore ise, 167 arıtma tesisinin 2/3’unde kabarma yada kopuk oluşumu gozlenmiştir. · Tablo 6’da Amerika’da camur kabarması gozlenen tesislerde gozlenen ipliksi bakterilerin tipleri gosterilmiştir. · Aşağıdaki şekillerde aktif camur tesislerinde gozlenen ipliksi bakterilerin mikroskop altındaki gorunumleri verilmiştir.

140 Tablo 6. Amerika’da yapılan bir calışmaya gore aktif camur tesislerinde kabarmaya neden olan ipliksi bakterilerin gozlenme sıklıkları

141

142 İpliksi Bakterilerin Aşırı Gelişmesine Neden Olan Bazı Faktorler · İpliksi bakteriler normal olarak aktif camurda bulunmakla beraber, fazla bulunması halinde problemlere neden olur. İpliksi bakterilerin fazla sayıda olmalarına aşağıda tartışılacak nedenlerden bir veya birkacı beraber sebep olabilir. Atıksu Kompozisyonu · Yuksek karbonhidrat icerikli sular ipliksi bakterilerin oluşumuna neden olabilirler. Karbonhidratlar, glikoz, maltoz, laktoz gibi maddeleri icermekte olup ipliksi bakterilerin aşırı derecede buyumesine yol acabilir. Substrat Konsantrasyonu (F/M oranı) · Duşuk substrat konsantrasyonu yada duşuk F/M oranı ipliksi bakterilerin gelişmesine neden olan en onemli sebeplerden biridir. · İpliksi bakteriler yavaş buyuyen bakteriler olup duşuk Km ve μm değerlerine sahiptir. · Yapılan bir calışmada, farklı substrat konsantrasyonlarında ipliksi bir bakteri olan tip 021N ile flok oluşturan bir bakteri olan Zooglea ramigera karşılaştırılmış olup, duşuk Km değerine sahip olması (yuksek substrat affinitesi) nedeniyle duşuk substrat konsantrasyonlarında tip 021N’nin buyumesinin daha hızlı olduğu gozlenmiştir. Fakat, yuksek substrat konsantrasyonlarında yumak oluşturan Zooglea ramigera’nın baskın tur olduğu gozlenmiştir (Şekil 30).

143 Şekil 28. En cok gozlenen filamentli bakteriler (a) Sphaerotilus; (b) tip 1701; (c) Microthrix parvicella; (d) tip 021N; (e) tip 0041; (f) Thiothrix II; (g) Nocardia sp.

144

145 · Dolayısıyla duşuk substrat konsantrasyonlarında yada duşuk F/M oranlarında ipliksi bakteriler (ornek Microthrix parvicella) ortama hakim olacaklardır. · Havalandırma havuzlarında yuksek substrat konsantrasyonu biyolojik selektorler kullanılmasıyla mumkun olabilmektedir. Camur yukleme ve camur yaşı Bu iki parametre aşağıdaki formüle göre birbiri ile ilişkilidir, Burada θ= camur yaşı, B= camur yukleme, Y=urun katsayısı (donuşum faktoru), Kd= bakteri ölum hızı

146 Şekil 30. Farklı substrat konsantrasyonlarında ipliksi bakterilerin ve yumak oluşturan bakterilerin büyüme hızları

147 · Duşuk camur bekletme zamanına sahip reaktorlerde butun ipliksi bakteriler yıkanarak atılır ve iyi bir yumak oluşumu gozlenemez. Netice olarak oldukca bozuk bir cıkış suyu elde edilir. İpliksi bakterinin ceşidine bağlı olarak bazıları duşuk bazıları yuksek camur bekletme zamanlarında ortama hakim olabilirler. Şekil 31’de bu durum gosterilmiştir. pH · Normal şartlarda aktif camur tesisi icin optimum pH olup, duşuk pH değerlerinde mantarlar urer ve ipliksi camur kabarması ortaya cıkar. Sulfur konsantrasyonu · Havalandırma yuksek sulfur konsantrasyonu Thiothrix, Beggiatoa, yada type 021N gibi ipliksi bakterilerin buyumesine sebep olur. Bu mikroorganizmalar sulfuru oksitleyerek elementel kukurte oksitler ve bu elementel kukurt mikroorganizma icinde depolanır. Begigiatoa genellikle biyofilm reaktorlerde gozlenir. · Donen biyodisk bir reaktorde gozlenen Begigiatoa Şekil 32’de verilmiştir.

148 Şekil 31. Camur yaşı ve F/M oranı ile ipliksi bakterilerin gelişmeleri arasındaki ilişki

149 Şekil 32. Donen biyodisk reaktorde gozlenen Begiatoa (Şahinkaya doktora tez, 2006)

150 Cozunmuş Oksijen konsantrasyonu · Bazı ipliksi mikroorganizmaların (Sphaerotilus natans, tip 1701, Haliscomenobacter hydrossis) buyumesi duşuk oksijen konsantrasyonlarında artar. · Havalandırma tankında yuksek organik yuklemeler duşuk oksijen konsantrasyonlarına sebep olabilir. Dolayısıyla, aktif camur tesislerine ait havalandırma havuzlarında cozunmuş oksijen konsantrasyonu ipliksi bakterilerin gelişmesini engellemek amacıyla 2 mg/L civarında tutulur. Nutrient Eksikliği · Atıksu icerisinde azot, fosfor, demir ve iz elementlerin eksikliği camur kabarmasına sebep olabilir. Bazı ipliksi bakteriler duşuk substrat konsantrasyonlarında yaşayabilirken, yumak oluşturan bakteriler yaşayamayabilir. Dolayısıyla, duşuk substrat konsantrasyonlarında ipliksi bakteriler ortama hakim olabilir. S. Natans, Thiothrix ve tip 021 ozellikle duşuk azot ve fosfat konsantrasyonlarında buyuyebilirler. İyi bir atıksu arıtımı icin C/N/P oranının 100/5/1 olması tavsiye edilir.

151 Sıcaklık · Yuksek sıcaklıklarda havalandırma havuzlarında oksijen konsantrasyonun duşmesi nedeniyle ipliksi bakteriler gelişebilir. · Microthrix parvicella gibi ipliksi bakteriler ise duşuk sıcaklıklarda gelişebilir ve aktif camur tesislerinde kopuklenme gozlenebilir. · Yukarıdaki tartışmalara dayanarak, aktif camur yumaklarının uc grup bakteriden meydana geldiği soylenebilir. 1) hızlı buyuyebilen yumak oluşturan bakteriler 2) yavaş buyuyen fakat yuksek substrat affinitesine (duşuk Km) sahip ipliksi bakteriler 3) hızlı buyuyen ve duşuk oksijen konsantrasyonlarında yaşayabilen ipliksi bakteriler. Dolayısıyla, yuksek substrat konsantrasyonlarında, yeterli oksijen bulunması durumunda birinci kategoriye ait yumak oluşturan bakteriler gelişecektir. Duşuk substrat konsantrasyonlarında ise, yuksek substrat affinitesine sahip (duşuk Km değerine sahip) ipliksi bakteriler gelişecektir.

152 Duşuk substrat konsantrasyonlarında ise ucuncu kategoriye ait ipliksi bakteriler gelişecektir. · Fasılalı (aralıklı) olarak beslenen reaktorler, yumak oluşturan bakterilerin geliştirilmesi icin oldukca uygun reaktorlerdir. Bu tip reaktorlerde substrat beslemesinden dolayı yuksek substrat konsantrasyonlarında yumak oluşturan bakteriler hızla buyuyecek ve substrat hucre icine polisakarit olarak depolanacaktır. Beslemenin durduğu durumda ise, sadece substrat depolamış yumak oluşturan bakteriler yaşayabilecektir. Depo maddeleri substrat konsantrasyonu duşuk olduğu durumda tuketilerek enerji uretilecektir.

153 İpliksi Mikroorganizmaların Belirlenmesi Suretiyle Camur Kabarması Probleminin Sebeplerinin Araştırılması · Bazı ipliksi bakterilerin biyolojik arıtma tesislerinde aşırı buyumesi bazı işletme problemlerinin gostergesidir. Bu problemler; duşuk oksijen konsantrasyonu, duşuk substrat konsantrasyonu, yuksek sulfur konsantrasyonu, azot ve fosfor konsantrasyonun yeterli olmaması sayılabilir. · Dolayısıyla, ipliksi bakteri turu laboratuar ortamında belirlenerek, bu bakterinin gelişmesinin hangi koşullarda mumkun olduğu literaturden araştırılarak camur kabarması probleminin sebebi bulunabilir.

154 · Orneğin, tip 1701 ipliksi bakteri camur kabarma problemi olan tesislerin %33 unde gozlenmiş olup, bu bakterinin aşırı derecede gelişmesinin asıl nedeni duşuk oksijen konsantrasyonu olduğu bilinmektedir. Ayrıca, bu bakteri turu kompleks karbonhidrat iceren icki sanayi endustrisi atıksularının arıtıldığı arıtma tesislerinde de gozlenmektedir. · Duşuk pH değerlerinde ise mantarlar gelişmektedir. Dolaysıyla, camurda mantar gorulmesi durumunda havalandırma havuzundaki pH’nın kontrol altına alınması gerektiğini gostermektedir. · Ayrıca, Sphaerotilus natans, tip 021N, tip 1701 ve Thiothrix turleri ise havalandırma havuzlarındaki duşuk oksijen konsantrasyonundan kaynaklanmaktadır. · Biyolojik camurda sulfur oksitleyen Thiothrix bulunması durumunda, septik atıklarda sulfur konsantrasyonunun yuksek olduğuna işarettir. Tip 021 ise, duşuk F/M oranlarında işletilen, basit şeker ve organik asit gibi atıkların arıtıldığı tesislerde gozlenmektedir.

155 · Herhangi bir camurun kabarma potansiyelini belirlemek icin basit bir test geliştirilmiştir. Bu testte, sut ilave edilmiş ve su ilave edilmiş camur 24 saat inkubeedilir. İnkubasyon sonucunda sut eklenmiş ve su eklenmiş camura ait CHİ’i belirlenerek oranlanır. Eğer bu oran 4 veya daha yuksek ise camur stabil değildir ve kabarma potansiyeli vardır denir. Eğer oran 2 veya daha az ise, camur stabil olup, kabarma potansiyeli yoktur denir (Şekil 33).

156 Şekil 32. Aktif camurun kabarma potansiyelini belirlemek icin geliştirilmiş test (Seka vd., 2001’den adapte edilmiştir.)

157 Camur Kabarmasının Kontrolu · Camur kabarmasının kontrolu icin bircok metot mevcut olup bu metotlar aşağıda tartışılacaktır. 1. Oksitleyiciler kullanılarak camur kabarmasının kontrolu · İpliksi bakteriler klor ve hidrojen peroksit gibi oksitleyicilerin aktif camur geri devir hattına tatbik edilmesiyle kontrol altına alınabilir. · İpliksi bakteriler, yumakların dışını tamamen kaplayıp oksidantlara daha fazla maruz kalmaktadır. Yumak oluşturan bakteriler ise, yumakların ic kısmında yer alıp tatbik edilen oksidantlara cok daha az maruz kalırlar. Boylece kullanılan oksidantlarla secici olarak ipliksi bakteriler oldurulmuş olur. · Geri devir hattının klorlanlanmasıyla ipliksi bakterilerin kontrolu 50 yıldır uygulanmakta olup, en ucuz ve kısa zamanda sonuc veren bir prosestir.

158 · Klor geri devri hattına veya aktif camur hattına gunde uc defa tatbik edilebilir. Klor konsantrasyonu mg/L arasında olmalıdır. 20 mg/L uzerindeki konsantrasyonlarda klor yumak oluşturan bakterilere de zarar verebilir. · Klora benzer şekilde ozon ve hidrojen peroksitte ipliksi bakterilerin kontrolu amacıyla kullanılabilir. Geri devir hattına uygulanacak hidrojen peroksit konsantrasyonu mg/L arasında olabilir. Ayrıca, hidrojen peroksit oksijen kaynağı olarak da kullanılabilir (Şekil 33).

159 Şekil 33. İpliksi mikroorganizmaları kontrol altına alabilmek icin aktif camur tesisine klor tatbik edilmesi

160 2. Flokulant ve koagulantların kullanılması · Sentetik organik polimerler; kirec ve demir tuzları yumakları bir araya getirmek icin kullanılabilir. Fakat bu uygulama hem camur hacmini arttırır hem de pahalı bir uygulamadır. · Havalandırma tankına mg/L katyonik polimer ilave edilerek camur kabarması kontrol altına alınabilir. Fakat bu uygulama kısa sureli uygulamalar icin gecerlidir. Cunku polimer ilavesi ile ipliksi bakteriler oldurulmemekte ve polimer ilavesine son verilir verilmez problem tekrar kendini gostermektedir. 3. Geri devir oranının arttırılması · Camur kabarması nedeniyle cokeltme tankı dibindeki camur konsantrasyonu azalır. Dolayısıyla geri devrettirilen camur ile aktif camur havuzu icerisinde yeterli mikroorganizma konsantrasyonuna ulaşılamayabilir. Hem aktif camur verimini arttırmak, hem de cokeltme tankındaki katı miktarını azaltmak amacıyla, geri devir oranı arttırılabilir. 4. Biyolojik selektorlerin (secici) kullanılması ile ipliksi mikroorganizmaların kontrolu

161 · Biyolojik selektorler, ipliksi mikroorganizmaların buyumelerini engelleyerek yumak oluşturan bakterilerin buyumelerini destekleyen yapılardır. Boylece, camur kabarma problemini kontrol altına alır. · Biyolojik selektorde ceşitli parametreler (F/M yada elektron alıcısının konsantrasyonu) kontrol altına alınarak, istenmeyen ipliksi bakterilerin buyumeleri engellenir. Uc turlu biyolojik selektor vardır; aerobik, anoksik ve anaerobik. a- Aerobik Selektorler · Daha once bahsedildiği gibi, ipliksi bakteriler duşuk Ks ve μm değerlerine sahip olup, duşuk substrat konsantrasyonlarında ipliksi bakteriler yumak oluşturan bakterilerden daha hızlı buyurler. Bu nedenle; aerobik selektorlerin kullanılması ile F/M oranı havalandırma havuzuna girmeden once yuksek tutularak, yumak oluşturan bakterilerin substratın coğunu tuketmesi sağlanır. Selektorden sonra havalandırma havuzuna gelen suda cok duşuk substrat olduğundan ipliksi bakterilerin ortamda aşırı coğalmasına yetmeyecek ve yumak oluşturan bakteriler dominant olacaktır (Şekil 34). · Selektorler havalandırma havuzundan cok daha kucuk olup bekletme suresi dakikadır. Havalandırma havuzunda ise bekletme suresi 4-6 saat kadardır

162 Şekil 34. Aerobik selektorlerin kullanılması ile ipliksi mikroorganizmaların kontrol altına alınması

163 b- Anoksik selektorler · Anoksik koşul ortamda elektron alıcısı olarak oksijenin bulunmayarak, nitrat ve/veya nitritin bulunması durumudur. · Yapılan calışmalar anoksik koşulların camur cokelebilirliğini arttırdığını gostermiştir. · Anoksik selektorden hemen sonra oksijenin elektron alıcısı olarak kullanıldığı havalandırma havuzları gelir. · Anoksik selektorlerde yumak oluşturan bakteriler gelişir. Cunku ipliksi bakterilerin buyuk bir kısmı nitrat veya nitriti elektron alıcısı olarak kullanamaz. Bazı ipliksi bakteriler nitrit ve nitratı elektron alıcısı olarak kullansalar bile kullanım hızları yumak oluşturan bakterilere kıyasla cok yavaş olup, ortama hakim olamazlar. · Nitrat direkt olarak havalandırma tankına veya geri devir hattına ilave edilebilir. Veya havalandırma havuzunda oluşan nitrat anoksik selektore geri devrettirilebilir (Şekil 35). · Anoksik tanktan sonra, atıksu icerisinde cok az organik madde kalmış olup, ipliksi bakterilerin buyuyerek dominant olmasına yetmeyecektir.

164 Şekil 35. Anoksik selektorlerin kullanılması ile ipliksi mikroorganizmaların kontrol altına alınması

165 c-Anaerobik selektorler · Anaerobik selektorlerde hicbir elektron alıcı bulunmaz. · Anaerobik selektorlerden hemen sonra aerobik havalandırma havuzları gelir. · Anaerobik selektor ve aerobik havalandırma havuzuyla, fosfat depolayabilen yumak oluşturan bakteriler coğaltılarak ipliksi bakterilerin aşırı derecede coğalması engellenir. · Bu sistemde, fosfat biriktirebilen bakteriler anaerobik koşullarda fosfat bırakarak organik maddeyi anaerobik koşullarda alarak depolarlar. Yumak oluşturan bakteriler, anaerobik şartlarda organik madde alabilmek icin enerjiye ihtiyac duyar. Bu enerjiyi, fosfat depolarındaki fosfatı hidrolize ederek enerji uretir. İpliksi

166 bakteriler ise fosfatı depolayamadıkları ve anaerobik koşullarda enerji uretemedikleri icin anaerobik koşullarda organik madde alamazlar ve buyuyemezler. Aerobik koşullarda ise organik madde konsantrasyonu cok az olup fosfat biriktirebilen yumak oluşturan bakteriler depoladıkları organik maddeleri kullanarak hucrelerini yeniler ve buyurler. Cok az organik madde kaldığı icin ipliksi bakteriler aerobik koşullarda buyuyemezler ve boylece ipliksi bakteriler kontrol altına alınmış olur (Şekil 36 ve 37).

167 Şekil 36. Anaerobik ve aerobik koşullarda fosfat ve organik maddenin yumak oluşturan bakteriler tarafından kullanımı

168 Şekil 37. Anaerobik selektorlerin kullanılması ile ipliksi mikroorganizmaların kontrol altına alınması

169 Camur kabarmasının biyolojik kontrolu · Bazı bakteriler ve protozoalar ipliksi bakterileri tuketirler. Bunların aktif camur havuzunda coğaltılması ipliksi bakterilerinin sayılarının azalmasına ve camur kabarma probleminin cozumune yol acabilir.

170 Ornek olarak, siliatlı protozoalar tip 021N ipliksi baktei sayısının azaltılmasında kullanılabilir. Bu porotozoanın havalandırma havuzunda buyutulmesi CHİ yi de duşurecektir (Şekil 38).

171 Şekil 38. Protozoalar kullanılarak ipliksi bakterilerin kontrol altına alınması

172 Diğer ozel onlemler · Thiothrix sulfid varlığında buyumekte olup, tesise suların alınmadan once bir on havalandırmadan gecirilmesi bu tur bakterilerin gelişmesini engelleyebilir. · Demir bileşikleri bazı ipliksi bakterileri (Sphaaerotilus,Thiothrix, ip 021N) onemli derecede inhibe ederken yumak oluşturan bakterilere daha az zarar verir. Bu nedenle camur kabarma probleminin kontrolu amacıyla kullanılabilir. · Bazı araştırmacılar, camur kabarma probleminin cozumu icin iki aşamalı bir cozumu onermektedir. Oncelikle, geri devir camurunun klorlanarak ipliksi bakterilerin oldurulmesi ve ikinci aşamada camur kabarma problemine neden olan bakterilerin belirlenerek problemin sebebini belirleme ve işletme icin spesifik onlemler alma. Aktif Camur Tesislerinde Kopuk Oluşumu ve Kontrolu · Kopuk oluşumu aktif camur tesislerinde karşılaşılan genel problemlerden biridir. Orneğin Fransa daki 6000 aktif camur tesisinden %20 sinde kopuk problemi gozlenmektedir. · Aşağıda aktif camur tesislerinde gozlenen kopuk oluşumunun sebepleri verilmiştir;

173 1. Biyolojik olarak giderilemeyen yuzey aktif maddeler 2. Kopuk oluşturan ve biyodegradasyonu zayıf olan deterjanlar 3. Denitrifikasyon nedeniyle son cokeltme havuzlarında gozlenen kopuk oluşumu 4. Aktinomiset (aktinobakter)’lerin buyumesi sonucunda gozlenen kahverengi kopuk. Aktinomisetler, coğunlukla toprakta yaşayarak organik maddeleri parcalarlar. Bu ozellikleriyle doğadaki karbon dongusune onemli katkıları vardır. Aktinomisetler, dallanan iplikler oluşturan ipliksi, gram pozitif bakterilerden meydana gelen oldukca buyuk bir gruptur. Başarılı buyumenin ve dallanmanın sonucunda Mycelium adı verilen kollara ayrılmış ağsı yapılar oluştururlar. Coğu aktinomiset spor oluşturma yeteneğine sahiptir. Kahverengi kopuk oluşumuna sebep olan en onemli bakteri Nocardia dır (Şekil 40).

174 Şekil 39. Aktif camurda kahverengi kopuk oluşumuna sebep olan Nocardia sp.

175 Köpük oluşumunun neden olduğu problemler; · Aktif camur tesislerinde kopuk oluşumunun neden olduğu problemler sıralanacak olursa; 1. Aşırı kopuk oluşumu tesis cevresindeki yurume yollarının kayganlaşmasına yol acarak, tesiste calışan elemanlar icin tehlikeli durumlar oluşturabilir. 2. Kopuk tesis cıkışına ulaşarak, cıkış suyuna karışır ve BOİ, AKM konsantrasyonlarının artmasına sebep olabilir. 3. Anaerobik curutuculerde problemlere neden olur. 4. Ozellikle ılıman iklimlerde kotu kokulara sebep olur. 5. Tesis calışanlarının patojen bir bakteri olan Nocardia asteroides gibi bakterilere maruz kalma riski vardır. 6. Tesisin havalandırılmasını olumsuz etkiler.

176 Kopuk mikrobiyolojisi · Kahverengi vizkoz kopuk uretimine ozellikle asit ureten aktinomisetler sebep olur. Genellikle yuksek camur yaşına sahip tesislerde gozlenir. · Kopuk oluşumuna sebep olan onemli bakteri grupları; Gordonia (G. amarae, formerly Nocardia amarae), Nocardia (N. asteroides, N. caviae, N. pinensis), Skermania piniformis (daha once Nocardia pinensis olarak biliniyordu), Tsukamurella, and Rhodococcus. Aktif camur tesislerinde kopuk oluşumunun kontrol altına alınması; · Aktif camurda gozlenen kopuğun kontrol altına alınabilmesi icin bircok metot literaturde bahsedilmiştir. Bunlardan bazıları, gercek olcekli sistemlere uygulanarak başarılı olduğu gozlenmiş bir kısmı ise ancak laboratuar olcekli sistemlerde kullanılabilmiştir. Kopuk oluşunun kontrol alınabilmesi icin onerilen ve en cok kullanılan yontemler ise; ren virüs) lar kullanılarak köpük oluşumu azaltılabilir.

177 1. Köpüğün yada geri devir çamurunun klorlanması: Bu uygulamada dikkatli olmak gerekir. Cunku yumak oluşturan bakterilere de ciddi zararlar verilebilir. 2. Prosesten çamur atımını arttırmak suretiyle çamur yaşını düşürmek: Kopuk oluşturan bakteriler genellikle yuksek camur bekletme zamanlarında gelişirler. Bu nedenle camur yaşını duşurmek kopuk oluşum problemini ortadan kaldırabilir. Yapılan bir calışmada farklı sıcaklıklarda camur yaşının aktinomiset sayısı uzerine etkisi şekil 40’da verilmiştir. Şekilden de gorulduğu uzere camur yaşının duşurulmesi aktinomiset sayısını azaltabilir. Fakat bu metot her zaman başarıya ulaşmayabilir. Ayrıca, bazı tesislerden yuksek verim alınabilmesi icin tesisin yuksek camur yaşında işletilmesi gerekli olabilir. Atlanta da yapılan bir calışmada camur yaşının 25 gun suresince 10 gunden 3 gune duşurulmesi kopuk oluşumunu durdurmuştur.

178 3. Biyolojik selektörlerin kullanılması: anoksik ve aerobik selektorlerin kullanılması bazen kopuk oluşumu problemini cozebilir. 4. Havalandırma havuzuna verilen hava miktarının azaltılması 5. pH nın ve yağ-gres miktarının azaltılması ve köpüğe su sıkılarak azaltmaya çalışmak 6. Anaerobik çürütücü üst suyunun atıksuya karıştırılması: Bu ust su aktinomisetlere toksik olup, kahverengi kopuk oluşumunu azaltabilir. Fakat bu suda nelerin aktinomisetlere toksik olduğuna dair ayrıntılı calışmanın yapılmasına gerek vardır. 7. Köpüğü giderici kimyasallar, demir tuzları ve polimer ilavesi ile köpüğün azaltılması 8. Köpüğün fiziksel yollarla alınması ve Aktinofaj (aktinomisetleri öldü

179 Kopuk mikrobiyolojisi · Kahverengi vizkoz kopuk uretimine ozellikle asit ureten aktinomisetler sebep olur. Genellikle yuksek camur yaşına sahip tesislerde gozlenir. · Kopuk oluşumuna sebep olan onemli bakteri grupları; Gordonia (G. amarae, formerly Nocardia amarae), Nocardia (N. asteroides, N. caviae, N. pinensis), Skermania piniformis (daha once Nocardia pinensis olarak biliniyordu), Tsukamurella, and Rhodococcus. Aktif camur tesislerinde kopuk oluşumunun kontrol altına alınması; · Aktif camurda gozlenen kopuğun kontrol altına alınabilmesi icin bircok metot literaturde bahsedilmiştir. Bunlardan bazıları, gercek olcekli sistemlere uygulanarak başarılı olduğu gozlenmiş bir kısmı ise ancak laboratuar olcekli sistemlerde kullanılabilmiştir

180 . Kopuk oluşunun kontrol alınabilmesi icin onerilen ve en cok kullanılan yontemler ise; 1. Köpüğün yada geri devir çamurunun klorlanması: Bu uygulamada dikkatli olmak gerekir. Cunku yumak oluşturan bakterilere de ciddi zararlar verilebilir. 2. Prosesten çamur atımını arttırmak suretiyle çamur yaşını düşürmek: Kopuk oluşturan bakteriler genellikle yuksek camur bekletme zamanlarında gelişirler. Bu nedenle camur yaşını duşurmek kopuk oluşum problemini ortadan kaldırabilir. Yapılan bir calışmada farklı sıcaklıklarda camur yaşının aktinomiset sayısı uzerine etkisi şekil 40’da verilmiştir. Şekilden de gorulduğu uzere camur yaşının duşurulmesi aktinomiset sayısını azaltabilir. Fakat bu metot her zaman başarıya ulaşmayabilir. Ayrıca, bazı tesislerden yuksek verim alınabilmesi icin tesisin yuksek camur yaşında işletilmesi gerekli olabilir. Atlanta da yapılan bir calışmada camur yaşının 25 gun suresince 10 gunden 3 gune duşurulmesi kopuk oluşumunu durdurmuştur.

181 3. Biyolojik selektörlerin kullanılması: anoksik ve aerobik selektorlerin kullanılması bazen kopuk oluşumu problemini cozebilir. 4. Havalandırma havuzuna verilen hava miktarının azaltılması 5. pH nın ve yağ-gres miktarının azaltılması ve köpüğe su sıkılarak azaltmaya çalışmak 6. Anaerobik çürütücü üst suyunun atıksuya karıştırılması: Bu ust su aktinomisetlere toksik olup, kahverengi kopuk oluşumunu azaltabilir. Fakat bu suda nelerin aktinomisetlere toksik olduğuna dair ayrıntılı calışmanın yapılmasına gerek vardır. 7. Köpüğü giderici kimyasallar, demir tuzları ve polimer ilavesi ile köpüğün azaltılması 8. Köpüğün fiziksel yollarla alınması ve Aktinofaj (aktinomisetleri öldüren virüs) lar kullanılarak köpük oluşumu azaltılabilir.

182 BİYOFİLM REAKTORLERDE ATIKSU ARITIMI · Sabit-film biyolojik proseslerde, mikroorganizmalar katı taşıyıcı malzemeye yapışarak yuksek konsantrasyonlara ulaşırlar. Taşıyıcı malzeme, uzerine mikroorganizmanın yapışarak buyuduğu katı maddedir. Taşıyıcı malzeme olarak, cakıl, kırma taş, kum, aktif karbon, plastik malzeme ve bakteriler icin toksik olmayacak her turlu katı madde kullanılabilir. Taşıyıcı malzeme uzerinde bakterinin buyumesini etkileyecek iki onemli parametre vardır. Birincisi atıksuyun akış hızı (ve organik madde yuku) diğeri ise taşıyıcı malzemenin capı ve geometrik yapısı. · Biyofilm reaktorler; damlatmalı filtreler, donen biyodiskler, batık filtreler, akışkan yataklı reaktorler sıralanabilir. Bakterilerin bir katı yuzeye yapışık olarak buyuduğu reaktorler dışında, bakteriler birbirine yapışarak yumak oluşturabilir (Şekil 40) ve bu tip reaktorlerde biyofilm reaktorler kategorisinde incelenebilir.

183 Şekil 40. Farklı reaktorlerde oluşan granuller

184 Şekil 41. Atıksu arıtımı amacıyla kullanılan aerobik ve anaerobik biyofilm reaktorler

185 Biyofilm reaktorler nitrifikasyon, denitrifikasyon, aerobik karbon giderimi, anaerobik arıtım, sulfat giderimi gibi amaclarla kullanılır. · Biyofilm proseslerde ceşitli kutle transfer limitasyonları vardır. Elektron alıcı ve elektron vericilerin biyofilmin icine difuz etmesi gerekirken, ara urunlerin biyofilm icerisinden suya difuz etmeleri gerekmektedir. · Biyofilm proseslerinin ceşitli avantajları vardır; 1. Ozgul buyume hızı oldukca duşuk olan (ornek, metanojenik bakteriler) mikroorganizmaların gelişmesine yardımcı olur. 2. Yuksek organik yuklemelere karşı daha dayanıklıdır. 3. İşletme masrafları, bakterilerin askıda buyuduğu reaktorlerden daha duşuktur.

186 · Hucre dışı polimerler, bakterilerin inorganik taşıyıcı malzemelere ve birbirlerine yapışmasına yardımcı olur. Ayrıca, hucre dışı polimer uretiminin yeterli miktarda olması durumunda biyofilm, yuksek atıksu debilerinde dahi parcalanmadan stabil kalabilir. · Şekil 42’de biyofilm proseslerde madde difuzyonları gosterilmiştir.

187 Şekil 42. Biyofilmde substrat ve urun difuzyonu

188 Damlatmalı Filtreler · Damlatmalı filtreler, ilk defa 1890 yılında kullanılmış olup biyolojik atıksu arıtımı icin en eski sistemlerden biridir. Dort onemli bileşeni vardır; 1- Dairesel veya dikdortgen bir havuza yuksekliği m olacak şekilde filtre malzemesi doldurulur. İdeal bir filtre malzemesi, uzerinde daha cok bakterinin buyuyebilmesi icin cok geniş yuzey alanına sahip olması gerekmektedir. Ayrıca, icerisine havanın difuz edebilmesi ve kopan bakterilerin kolayca filtreden uzaklaşabilmesi icin filtre malzemesi yeteri kadar boşluk hacmine sahip olmalıdır. · Filtre malzemesi olarak, seramik materyal, taş, plastik malzeme ve tahta kullanılabilir. · Taşıyıcı malzeme secerken; boşluk yuzdesi, gozenek yapısı, fiyatı, ozgul yuzey alanı dikkate alınır. Duşuk capa sahip malzeme bakteri yapışması icin yuksek ozgul yuzeyalana sahip iken, boşluk yuzdesi duşuk olup hava akışına izin vermeyebilir. PVC yada polipropilenden imal edilmiş plastik malzemeler damlatmalı filtreler icin kullanılır. Ayrıca, kırma taş ta yaygın bir şekilde kullanılmaktadır (Şekil 43).

189 Şekil 43. Damlatmalı Filtre

190 Damlatmalı filtreye ait akış diyagramı şekil 44’de verilmiştir. · Taş malzeme filtre malzemesi olarak kullanıldığı takdirde cok fazla ağırlık oluşturur ve filtre fazla yuksek yapılamaz. Filtre malzemesi olarak plastik kullanılması durumda ise; filtre malzemesi hafif olup 6-10 m ye kadar yuksek filtreler kullanılabilir.

191 Şekil 44. Damlatmalı filtreye ait akış diyagramı

192 2- Atıksu dağıtıcısı: Atıksu dağıtım yapısı atıksuyun filtre malzemesi uzerine eşit şekilde dağıtılmasını sağlar. Atıksuyun filtre uzerine yukleme hızı duşuk yuklu filtre icin 5 m3/m2/gun den az olmalı, yuksek hızlı filtreler icin ise hidrolik yukleme hızı 25 m3/m2/gun’den kucuk olmalıdır. 3-Damlatmalı filtreden arıtılmış suyun toplanması ve havanın filtreye verilmesi icin bir dren sistemi. 4- Son cokeltme tankı. Damlatmalı filtreden kopan bakteri yumaklarının sudan ayrılması icin kullanılır. · Damlatmalı filtrelerin dizayn ve işletim parametreleri Tablo 8’de verilmiştir. · Damlatmalı filtrede geri devir onemli bir faktor olup, geri devir oranı R = QR/Q olarak tanımlanır. Burada, QR geri devir debisi, Q ise damlatmaya gelen atıksu debisidir. · Geri devirin artırılması, atık su ile bakterinin temasını arttırır. Giriş atıksuyundaki organik madde ve toksik madde konsantrasyonunu azaltır. Geri devir ile gelen oksijenden dolayı sisteme oksijen girdisi artar ve sistem performansı yukselir. Geri devir ayrıca, atık su debisinin duşuk olduğu zamanlarda filtrenin kurumasını engeller, koku ve sinek oluşumunu da azaltır.

193 Tablo 8. Damlatmalı filtrelere ait dizayn ve işletme parametreler

194 Damlatmalı Filtrelerin Biyolojisi · Damlatmalı filtrelere gelen organik madde bakteriler tarafından kullanılarak, yeni hucreler oluşur. Bu oluşan yeni hucreler damlatmalı filtrelerden sonra gelen cokeltme tanklarında cokturulerek ayrılır. · Duşuk hızlı damlatmalı filtrelerde BOİ giderimi %65-75 arasındadır. Yuksek hızlı filtrelerde ise BOİ giderim verimi %85’e yakındır. · Damlatmalı filtre malzemesi uzerinde oluşan biyofilme zoogleal film denir. · Biyofilm bakteri, fungus, alg, protozoa ve diğer yaşam formlarından meydana gelir (Şekil 45).

195 Şekil 45. Filtre malzemesi uzerinde zoogleal filmin oluşumu

196 Filtre malzemesi uzerinde gelişen biyofilme ait elektron mikroskobunun gorunumu Şekil 46’da verilmiştir.

197 Şekil 46. Damlatmalı filtreye ait biyofilmin elektron mikroskop goruntusu

198 Biyolfilm de bakteri buyumesiyle biyofilm iyice kalınlaşır ve biyofilmin ic kısımlarına oksijen ve substrat difuz edemeyebilir. Bu nedenle, filtre malzemesine yakın kısımlarda bulunan bakteriler oksijen yetersizliğinden dolayı anaerobik şartlara maruz kalır ve substrat azlığı da buna eklenince, bakteriler ic solunum fazına girerek, bakteriler yapıştıkları yuzeyden kopmaya başlarlar. Kopan parcalar cokeltme tankında sudan uzaklaştırılır. · Damlatmalı filtrelerde prokaryotik ve okaryotik hucrelere ilave olarak daha yuksek yaşam formları da gozlenir. Bunlar; rotiferler, nematotlar, kurtcuklar, sinekler ve bazı bocek larvalarıdır. Damlatmalı filtrelerde gozlenen organizmalar hakkında aşağıda daha ayrıntılı bilgi verilecektir; · Bakteriler: Bakteriler filtrelerde ozellikle organik maddelerin parcalanmasında onemli gorev ustlenirler. Kolloidal organik maddeler ise biyofilm tarafından adsorplanır ve hucre dışı enzimler ile parcalanırlar. Damlatmalı filtrelerde aktif bakteriler Zooglea, Pseudomonas, Flavobacterium, Achromobacter, Alcaligenes ve bazı ipliksi bakterilerdir. Ayrıca, amonyağın nitrite ve daha sonra nitrat oksitlenmesinden sorumlu olan nitrifikasyon bakterileri de damlatmalı filtrelerde bulunur.

199 Gunumuzde biyofilm mikrobiyolojisini calışabilmek icin cok onemli gelişmeler olmuştur. Şoyleki; pH, oksidasyon reduksiyon potansiyeli, hidrojen sulfur, nitrit ve nitrat konsantrasyonlarının biyofilm icerisinde olculebilmesi icin mikron boyutlarında mikrosensorler geliştirilmiştir. Şekil 47’de Yu ve Bishop (2001) tarafından yapılan bir calışmaya ait veriler sunulmuştur. Bu sonuclara gore, oksijen sıvı fazda yuksek iken, biyofilmin ic kesimlerinde bakteri kullanımından dolayı duşmektedir. Sulfur ise, biyofilmin ic kesimlerinde oksijen azalmasından dolayı artmaktadır. · Yapılan bazı calışmalarda, damlatmalı filtrelerde nitrit oksitleyen bir bakteri olan Nitrospira sp.’nin dominant olduğu gozlenmiştir. filtrede ise nitrifikasyon yapan bakterilerin dominant olması sağlanır.

200 · Damlatmalı filtrelerde nitrifikasyon hızı bircok faktore bağlıdır. Bunlardan en onemlileri; sıcaklık, cozunmuş oksijen, pH, inhibitorlerin varlığı, yukleme hızı, filtre malzemesi, filtre yuksekliği ve atıksudaki BOİ konsantrasyonudur. Duşuk hızlı damlatmalı filtreler, yuksek bir nitrifikasyon populasyonunun gelişmesine imkan tanır. Yuksek hızlı filtreler ise, yuksek organik ve yuksek hidrolik yuklemelerden dolayı nitrifikasyon bakterilerinin gelişmesine imkan tanımayabilir. EPA ya gore, kırma taş malzemenin filtre dolgu malzemesi olarak kullanıldığı filtrelerde nitrifikasyonun gozlenebilmesi icin organik yuklemenin 0.16 kgBOİ5/m3/gun’u gecmemesi gerekmektedir. Daha yuksek yuklemelerde heterotrof bakteriler ortama hakim olurlar. · Genellikle BOİ5 konsantrasyonunun 20 mg/L’den duşuk olması durumunda nitrifikasyon başlar. Bu nedenle nitrifikasyon, filtrenin alt kısmında gercekleşir. Bazı durumlarda ise, iki filtre arka arkaya yapılarak, ilk filtrede heterotroflar, ikinci

201 Şekil 46. Damlatmalı filtrede konsantrasyonların mesafe ile değişi mi

202 · Damlatmalı filtrelerin organik yuklemenin fazla, oksijenin az olduğu ust kısımlarında anaerobik mikro bolgelerin oluşumundan dolayı metan ureten bakterilerin ve sulfat indirgeyen bakterilerin geliştiği gozlenmiştir. · Funguslar (mantarlar): Mantarlar genellikle duşuk pH değerlerinde dominant olurlar. Bu da sisteme asidik atık suların verilmesinden kaynaklanır. Damlatmalı filtrelerde en cok gozlenen funguslar; Penicillium, Aspergillus, Mucor, Geotrichum ve maya dır. · Algler: Algler damlatmalı filtrelerin yuzeyinde gelişirler. Cunku damlatmalı filtrelerin ust tarafı gunduz guneş almaktadır. Her ne kadar algler filtrede buyuyen bakteri ve funguslar icin oksijen uretse de damlatmalı filtrelerde buyuyen algler filtrelerin tıkanmasına neden olabilir. Damlatmalı filtrelerde en cok gozlenen algler; Euglena, Chlorella dır. · Protozoalar: Okaryotik organizma olan protozoalar biyofilmdeki bakteriler uzerinden buyur. Biyofilmde Flagellalı (Bodo, Monas), siliatlı (Colpidium, Vorticella) ve ameba (Amoeba, Arcella) bulunabilir. · Rotiferler ayrıca damlatmalı filtrede bulunurlar. · Bu organizmalara ilave olarak yuksek yapılı cok hucreli organizmalar orneğin bocek larvaları, sivrisinekler de damlatmalı filtrelerde bulunur. Bu sinekler damlatmalı filtrelerde problemlere sebep olabilir. En onemli problem ise damlatmalı filtreleri işleten personeli rahatsız etmesi ve hastalık yayma potansiyelinin olmasıdır.

203 Damlatmalı Filtrelerin Avantaj ve Dezavantajı Avantajları · Damlatmalı filtreler ozellikle nufusu az yerlerde kullanılmaktadır. · Damlatmalı filtrenin işletimi ucuz, kolay ve guvenilirdir. · Ayrıca, şok organik ve toksik kirleticilere dayanıklı olduğu icin endustriyel atıksuların arıtımında da yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Dezavantajları · Aşırı organik yukleme hucre dışı polimer ureten bakterilerin aşırı derecede coğalmasına neden olarak filtrenin tıkanmasına yol acabilir. · Aşırı bakteri buyumesi ayrıca filtrede koku problemlerine yol acabilir. · Filtrenin tıkanmasından dolayı, filtrede hava sirkulasyonu bozulabilir ve duşuk oksijen konsantrasyonlarına neden olur. Buda arıtım performansını ciddi derecede duşurur. Alınacak bazı onlemler ile performans iyileştirilebilir; o İki filtrenin değişimli kullanımı o Atıksu dağıtımını yavaşlatmak o Filtrede plastik malzeme kullanarak yuzey alanını arttırmak boylece hava sirkulasyonunda artmasını sağlamak o Mekanik havalandırma ekipmanları kullanarak koku problemi ve duşuk arıtım performansı onlenebilir. Damlatmalı filtrelerde patojen ve parazit giderimi · Damlatmalı filtrelerde patojen, parazit ve virus giderimi aktif camur tesislerine gore cok duşuktur. · Bakteri giderimi guvenilir olmayıp cok değişkendir. %20 ile 90 arasında değişmektedir. · Filtrasyon hızı bakteri ve patojen giderimini onemli olcude etkiler. · Orneğin Salmonella giderim performansı %75-95 arasındadır. · Texas Atıksu Arıtma Tesisinde yapılan bir calışmada damlatmalı filtrede toplam ve fekal koliform giderim verimi, sırasıyla, %92 ve %95 olarak bulunmuştur.

204 Dönen Biyolojik Disk (DBD) Reaktörler · Donen biyolijik diskler, diğer bir biyofilm reaktor olup, bakteriler disklere yapışık olarak buyurler. · Biyofilm kalınlığı 1-4 mm olup organik madde giderimi ve nitrifikasyondan sorumludur. · Ayrıca biyofilmin ic taraflarında duşuk oksijen konsantasyonlarından dolayı denitrifikasyon da gozlenebilir. · Şekil 47’de donen biyolijk disk reaktor gosterilmiştir.

205 Şekil 47. Donen Biyolojik Disk Reaktor

206 DBD reaktorlerde farklı mikroorganizmalar gelişebilmektedir. Eurobakter, ipliksi bakteriler, protozoa ve metazoa bulunabilir. En cok gozlenen ipliksi bakteriler Sphaerotilus, Beggiatoa, Nocardia’ dır. · Biyofilmde hem aerobik hem de anoksik bolgeler mevcuttur. Anaerobik bolgede sulfat indirgeyen bakteriler, fermentatif bakteriler ve bazen metanojenik bakteriler bulunur. · Aerobik bolgede ise; anaerobik koşullarda uretilen H2S, Beggiatoa gibi bakteriler tarafından elektron alıcısı olarak kullanılır ve elementel kukurte oksitlenir. · Bakteri kalınlığı artıp belli kalınlığa gelindiği zaman biyofilm kopar ve cokeltme tankında sudan ayrılır. · DBD reaktorler genellikle 3-4 kademeden oluşur. İlk kademelerde genellikle organik madde giderilmekte olup ilerleyen kademelerde nitrifikasyon gercekleşir ve amonyum nitrata donuşur. · Nitrifikasyon genellikle duşuk organik konsantrasyonlarında gercekleşmekte olup, genellikle BOİ konsantrasyonu 14 mg/L nin altına duşmesi durumunda nitrifikasyon başlar.

207 · DBD reaktorlerin ilk kademelerinde yuksek organik yuklemelerinden dolayı oksijen konsantrasyonu duşebilir ve bu da organik madde oksidasyonunu olumsuz etkileyebilmektedir. Sonraki kademelerde ise nitrifikasyon nedeniyle asit uretilmekte olup pH duşebilmekte ve DBD reaktor performansı olumsuz etkilenebilmektedir. · DBD reaktor genellikle duşuk nufusa sahip yerlerde atıksu arıtımı amacıyla kullanılmakta olup, ucuz ve kolay işletimi nedeniyle tercih sebebi olabilir. DBD Reaktorlerde Patojen Giderimi · DBD reaktorlerde patojen giderimi uzerine yeterli calışma yapılmamış olup, indikator organizma giderim veriminin yuksek olduğu bilinmektedir. · Yapılan calışmalara gore E.coli gideriminde en onemli faktorun bakterinin biyofilm tarafından adsorplanması ve Protozoalar ve nematotlar tarafından kullanılmasıdır. · DBD reaktorler aktif camurdan daha az kullanılmakla beraber bu reaktorler uzerine daha cok araştırmanın yapılması gerekmektedir.

208 STABİLİZASYON HAVUZLARI · Stabilizasyon havuzları insanlar tarafından kullanılan en eski arıtma sistemidir. · Stabilizasyon havuzları, oksidasyon havuzları yada stabilizasyon lagunleri olarak da bilinir. · Stabilizasyon havuzları, ikincil arıtım yada ucuncul arıtım amacıyla kullanılabilir. · 2002 yılında yapılan bir calışmaya gore, sadece ABD’de 7000 stabilizasyon havuzu bulunmaktadır. · Stabilizasyon havuzları; fakultatif, aerobik, anaerobik, havalandırmalı, yuksek hızlı havalandırmalı ve olgunlaştırma havuzları olarak sınıflandırılmakla beraber, genel olarak aerobik, fakultatif ve anaerobik olarak sınıflandırılır. Fakültatif Havuzlar · Fakultatif stabilizasyon havuzları en cok kullanılan stabilizasyon havuzu ceşididir. · Atıksu arıtımı hem aerobik hem de anaerobik koşullarda gercekleşir. · Fakultatif havuzlarin derinliği 1-2,5 m arasında değişir. · Havuzun en ust tarafı aerobik, ortası fakultatif, dip kısmı ise anaerobiktir. · Havuzda bekletme zamanı 5 ila 30 gun arasında değişir. · Bu havuzların en onemli avantajı ucuz ve kolay işletimleridir. Dezavantajları ise, cok yer işgal etmeleri ve ozellikle H2S uretiminden kaynaklanan koku problemi, sinek oluşumudur.

209 Fakültatif havuzların biyolojisi · Oksidasyon havuzlarında arıtım asıl olarak bakteri ve alglerin faliyetleri sonucunda gercekleşir. Atık arıtımı; aerobik, fakultafif ve anaerobik mikroorganizmalar tarafından gercekleştirilir. Bu havuzlar, katıların dipte birikerek anaerobik olarak arıtılmalarını sağlar. · Okisdasyon havuzlarında, alg ve heterotrofik bakteriler dışında; ototrofik bakteriler ve zooplanktonlarda rol oynar (Şekil 48). Fotik zon (ışık alan bölge) da biyolojik aktivite: · Fotik bolgede fotosentez bircok alg tarafından (yeşil alg, oglana ve diatoms) gercekleştirilir. Fakultatif havuzlarda klorofil-a konsantrasyonu 500 ile 2000 mg/L arasında değişebilir. En yaygın gorulen alg turleri; Chlamydomonas, Euglena, Chlorella, Scenedesmus, Microactinium, Oscillatoria, ve Microcystis’dir. Şekil 48.

210 Şekil 48. Fakultatif havuzların mikrobiyolojisi

211 Hangi alg turunun baskın olacağı bircok faktore bağlıdır. Genellikle, bulanık sularda hareketli algler baskındır. Cunku bulanık sularda, ışığa doğru yonelerek gelen ışığı optimal şekilde kullanabilir. Alg fotosentezi, sıcaklığa ve ışığa bağlıdır. · Alg konsantrasyonunun yuksek olması durumunda ışık gecirgenliği 0,5 m civarındadır. Ayrıca ruzgar; aerobik oksidasyonlara oksijen sağlaması, ototrofik ve heterotrofik mikroorganizmalar arasında gaz ve nutrient akışını sağlaması nedeniyle onemlidir. Havuzda ruzgarın olmaması durumunda, aerobik koşulların sağlanması, havuz ile atmosfer arasında ve heterotrof ile ototroflar arasında gaz akışının sağlanması zor olabilir. Bu durum ozellikle, sıcak iklimlerde gozlenen stratifikasyon sonucunda gozlenir. · Stratifikasyon; farklı katmanlar arasındaki sıcaklık farkından oluşur. Ust kısımda daha sıcak olan ve epilimnion denen kısım, alt kısında ise; daha soğuk olan ve hipolimnion denen kısım bulunur. · Epilimnion ve hipolimnion arasındaki zon (bolge) ise termoklin olarak bilinir (Şekil 49) ve bu bolgede sıcaklık aniden duşer.

212 Şekil 49. Oksidasyon havuzlarında stratifikasyon

213 Algler ayrıca, azot ve fosfat kullanarak; azot, fosfor konsantrasyonunun duşmesine de yardımcı olurlar. Bazıları (mavi-yeşil algler) azotu bağlayabilirler, bazıları ise azotu; amonyum ve nitrat olarak alarak kullanırlar. Fotosentez ozellikle alkalinitesi duşuk suların pH değerinin artmasına sebep olur. Bu durum nutrient giderimi icin uygun koşulların oluşmasına yardımcı olur. Orneğin, yuksek pH değerlerinde fosfat kalsiyum fosfat olarak cokelir ve amonyum amonyak olarak atmosfere karışır. Ayrıca, alglerin fotosentez sonucu urettikleri oksijen heterotrofik bakteriler tarafından kullanılır. Gunduz guneşli saatlerde oksijen konsantrasyonu en yuksek değerindeyken akşama doğru oksijen konsantrasyonu azalır. · Oksidasyon havuzlarında ayrıca fotosentetik bakterilerde bulunur. Bunlar, H2S’i (H2O yerine) elektron verici olarak kullanır ve S0 uretirler. Boylece, koku problemine neden olan H2S gazı giderilmiş olur. · Oksidasyon havuzlarındaki alglerin aktiviteleri bakteri aktivitesi sonucu uretilen H2S ve amonyak nedeniyle duşebilir.

214 Heterotrofik aktivite · Heterotrof bakteriler, oksidasyon havuzlarında organik madde gideriminden sorumlu asıl mikroorganizmalardır. Fungusların ve protozoaların organik madde giderimndeki etkileri cok daha azdır. Heterotrof bakterilerin aktiviteleri sonucunda uretilen CO2 ve amonyum, fosfat gibi inorganik maddelerde algler icin besin kaynağı olup, alglerde fotosentez ile bakterilerin ihtiyac duyacağı oksijeni uretirler. · Olu algler ve bakteriler dibe cokerek burada camur tabakası oluştururlar. Bu camur tabakasında anaerobik koşullar oluşur. Tabandaki anaerobik bakteri aktiviteleri sonucunda metan, H2S, CO2 ve N2 gazı uretilir. · Sulfat indirgeyen bakterilerin H2S uretmelerinin sonucu olarak, oksidasyon havuzlarında fotosentetik bakteri olan mor sulfur bakterileri (purple sulfur bacteria) gelişebilir.

215 · Fotosentetik bakteriler genellikle fakultatif havuzlarda alg tabakasının alt kısmında gelişir. Bu oldukca onemlidir cunku anaerobik bakteriler tarafından uretilen H2S sulfur bakterileri tarafından kullanılarak alglerin sulfur toksisitesine maruz kalmasını engellerler. · Oksidasyon havuzlarının işletilmesinde en onemli problem, havuz cıkışındaki alg ve bakterilerin yumak oluşturmamaları ve cok duşuk cokelme hızlarına sahip olmalarıdır. Havuz cıkışında biyokutleden dolayı cok az KOİ ve BOİ giderimi gozlenebilir. Cunku cıkıştaki biyokutlede curuyerek oksijen tuketimine ve BOİ ye neden olur. Bu nedenle bu biyokutleyi sudan ayırmak icin ozel tedbirlerin alınması gerekebilir. Bunlardan en onemlileri mikrofiltrasyon, kum filtresinden gecirme, kimyasal cokeltme sayılabilir.

216 Zooplanktonların aktiviteleri · Zooplanktonlar algler ve bakteriler uzerinden gecinerek oksidasyon havuzunda alg ve bakteri populasyonunu kontrol etmede oldukca onemlidir. · Dolayısıyla, zooplanktonlar oksidasyon havuzunda bulanıklık azaltıcı onemli bir rolu vardır. · Fakat zooplanktonlar stratifikasyonun gozlendiği havuzlarda olumsuz şekilde etkilenebilirler. Bunun nedeni ise, havuzun ust tarafında artan alg aktivitesi nedeniyle pH değerlerinin yukselmesi ve amonyak konsantrasyonunun artmasıdır. Sıcaklığın Oksidasyon Havuzlarının İşletilmesi Uzerine Etkileri · Oksidasyon havuzlarında sıcaklık, hem alglerin hem de heterotrof bakterilerin aktivitelerini onemli olcude etkiler. Ayrıca sıcaklık tabana coken camurdaki anaerobik bakterilerin aktivitelerini de onemli derecede etkilemektedir. · 15oC’nin altındaki sıcaklıklarda metanojenik aktivite ve camur hacminde herhangi bir azalma gozlenmez.

217 · Soğuk havalarda guneş ışığının az olması nedeniyle fotosentetik aktivite azalır ve havuz anaerobik koşullarda olabilir. Bu nedenle havuzlara BOİ yuklemesi kış aylarında azaltılmalıdır. Ornek olarak, kışın havuzlara BOİ yuklemesi 2,2 gBOİ5/m2.gun civarında tutulması gerekirken bu değer yaz aylarında 5,6 g BOİ5/m2.gun değerine kadar cıkarılabilir. · Atıksu sıcaklığına bağlı olarak sistemin yukleme hızının hesaplanmasında en cok kullanılan deneysel denklemlerden birisi Gloyna denklemidir. Gloyna denklemi kullanılarak farklı sıcaklık ve farklı yukleme hızları icin gerekli havuz hacmi hesaplanabilir. · Burada; V = havuz hacmi, N= atık ureten insan sayısı, q = kişi başına uretilen atık su (L/gun), La = BOİ (mg/L); Tm= en soğuk ayda ortalama su sıcaklığı. · Sıcak iklimlerde havuz cıkışında BOİ konsantrasyonu 30 mg/L civarında olmasına rağmen alg nedeniyle havuz cıkışında askıda katı madde konsantrasyonu yuksektir.

218 Oksidasyon Havuzlarında Askıda Katı, Azot ve Fosfor Giderimi · Oksidasyon havuzlarında genellikle aşırı alg buyumesi ve atıksudaki askıdaki katılardan dolayı katı madde iceriği yuksektir. · Algler havuz cıkış suyundan giderilmeden alıcı ortama verilmeleri durumunda alıcı ortamlarda oksijen tuketimine neden olabilirler. Dolayısıyla, havuz cıkışındaki alglerin kum filtrelerinden gecirme, mikrofiltrasyon veya yapay sulak alanlardan gecirmek suretiyle sudan ayrılmaları gerekmektedir. Cıkışta bulanıklığın cok duşuk olması istenirse, havuz cıkış suyu kimyasal koagulasyon ve cokturme (bazen ilave olarak kum filtresi) prosesinden gecirilebilir. Fakat bu pahalı bir işlemdir. · Havuzlarda, azot giderimi bircok mekanizma ile olmaktadır. Bunlardan en onemlileri; nitrifikasyon/denitrifikasyon, amonyak olarak ucma, alg alımı gibi. · Oksidasyon havuzlarında genellikle azot giderimi %40-80 arasındadır. Fosfat giderimi ise daha duşuk olup ortalama olarak %25 civarındadır. Fosfat giderimini arttırmak icin havuza kirec, demir yada alum ilavesi yapılabilir. Diğer Havuz Ceşitleri · Aerobik havuzlar: Aerobik havuzlar genellikle cok sığ olarak inşa edilirler (0,3-0,5 m) ve karıştırılarak hem ışığın tum havuz derinliğine difuz etmesi hem de ilave oksijen transferi sağlanır. Aerobik havuzlarda bekleme zamanı genellikle 3-5 gun civarındadır.

219 · Havalandırmalı lagünler: Havalandırmalı lagunler genellikle 2-6 m derinliğinde olup bekleme zamanı 10 gunden duşuktur. Genellikle kirlilik yuku yuksek evsel atıksuların arıtımında kullanılır. Mekanik olarak havalandırılırlar. BOİ giderim verimi; verilen hava miktarına, sıcaklığa, atıksuyun ceşidine bağlı olmakla beraber genellikle 5 gunluk bir bekleme zamanında %85 arıtım elde edilebilmektedir. · Anaerobik Lagünler: 2,5-9 m derinliğinde olup, genellikle yuksek bekleme zamanına (20-50 gun) ihtiyac duyarlar. Bu havuzlar genellikle yuksek organik madde konsantrasyonuna sahip atıksular icin bir on arıtım şeklinde duşunulurler. Organik maddeler anaerobik şartlarda CH4, CO2 gibi gazlara donuşturulur. Bu havuzlar mekanik bir ekipmana ihtiyac duymamakla beraber, genellikle camur uretimleri de duşuktur. En onemli dezavantajları ise, ozellikle sulfat indirgeyen bakterilerin aktiviteleri nedeniyle uretilen H2S’den kaynaklanan kokudur. Bu havuzlarda atıksu arıtımı 10oC’nin altında tamamen durur. Karakteristik olarak duşuk BOİ konsantrasyonuna sahip evsel atıksuların arıtımı icin uygun değillerdir. · Olgunlaşma (maturasyon) veya üçüncül havuzlar: Genellikle 1-2 m derinliğinde olup, aktif camur veya damlatmalı filtrelerden cıkan atıksuların ucuncul arıtımları icin kullanılır. Bekleme zamanı genellikle 20 gun civarındadır. Oksijen alg buyumesi ve mekanik ekipmanlar ile sağlanarak nitrifikasyon da hedeflenir. İkincil arıtımdan sonra kullanılan olgunlaştırma havuzlarının asıl amacı, atıksuda ilave BOİ ve nutrient giderimi sağlamak, ayrıca patojen bakterilerin ilave olarak inaktive edilmesidir.

220 Oksidasyon Havuzlarında Patojen Giderimi · Oksidasyon havuzlarında patojenlerin giderimi yada inaktive edilmesi bir cok faktore bağlı olup bunlardan onemlileri; sıcaklık, guneş ışığı, pH, makro bakteriler tarafından kullanım, cokelebilen katılara patojenlerin tutunarak giderilmesi. Bakteriyel patojenlerin giderilmesinde onemli faktorler · Oksidasyon havuzları onemli derecede (%90-99) indikator organizma ve patojen giderebilme kapasitesine sahiptir. · Oksidasyon havuzlarında fekal koliform giderimi sıcaklık, bekleme zamanı ve pH ile artmakta iken, giriş BOİ5 değeri ve derinlikle azalmaktadır. · Koliform gideriminde diğer onemli faktorler ise; havalandırma, algler tarafından uretilen antibakteriyel hucre dışı bileşikler, nutrient tuketimi ve guneş ışığı yoğunluğudur. · Oksidasyon havuzlarında etkili bakteri giderimi icin bircok neden vardır; 1. Uzun bekleme zamanı

221 2. Fotosentez sonucu artan pH. Genellikle fekal koliform konsantrasyonu pH değerinin 9’un uzerine cıkmasıyla azalır. Yapılan bir calışmada, Chlorella ve E. coli’nin birlikte buyumeleri incelenmiştir. Yapılan calışmada fotosentez sonucu artan pH’ya bağlı olarak E.coli konsantrasyonunda ciddi bir azalma gozlenmişken, pH değerinin 7,5’de sabit tutulması durumunda ise Chlorella ve E.coli birlikte yaşayabilmişlerdir (Şekil 50). 3. Zooplanktonlar tarafından bakterilerin yenilmesi bakteri populasyonunu onemli olcude azaltabilir. 4. Guneş ışığı ile inaktive edilmesi: Aquatik (sucul) ortamda koliform grubu organizmaların ve diğer bakterilerin giderilmesinde UV-B (dalga boyu nm)’nin onemli rol oynamasına rağmen, daha geniş dalga boyları da bakterilerin inaktivasyonunda rol oynayabilir. UV ışığı genellikle su kolonundan iyi bir şekilde gecemediği icin, gorunur ışık bakterilerin olumunde etkilidir. Gorunur ışığın koliform giderme veriminin artan oksijen konsantrasyonu ve artan pH ile arttığı bilinmektedir.

222 Oksidasyon havuzlarında bakteri olum kinetiği · Oksidasyon havuzlarında bakteri olum kinetiğini modellemek icin bircok model onerilmiştir. · Daha once bahsedildiği uzere, oksidasyon havuzlarında bakteri olum hızını etkileyen faktorlerden bahsedilmişti. Bakteri olum hızını etkileyen en onemli faktorler; sıcaklık, solar radyasyon, Protozoalar tarafından avlanma ve alg buyumesi sonucu uretilen antibiyotikler sayılabilir. · Yapılan calışmalar sonucunda bakteri olum kinetiğini belirlemede solar radyasyon ve sıcaklık en cok dikkate alınan faktorlerdir. · Marais tarafından onerilen model;

223 Ne = havuz cıkışında koliform sayısı (sayı/100mL) Ni = havuz girişinde koliform bakteri sayısı (adet/mL) K = Oksidasyon havuzunda birinci derece koliform bakteri olum hızı (1/gun) Θ = teorik bekleme zamanı (gun)

224 Sıcaklık bakteri olumunde onemli bir parametre olup, bakteri olum hızı ile sıcaklılık arasındaki ilişki aşağıdaki formulde gosterilmiştir; K20 = 20oC’de olum katsayısı C = sabit T = havuzda ortalama su sıcaklığı (oC)

225 Tablo 9’da farklı koşullar altında oksidasyon havuzunda E. coli ve V. chlolera icin ölum katsayıları verilmiştir.

226 Şekil 50. Chlorella ve E.coli’nin tamponlu ve tamponsuz besinde büyümeleri

227 ÇAMUR MİKROBİYOLOJİSİ · Camur (biyokutle) coğunlukla atıksu arıtım prosesi surecinde uretilir. · Camur arıtımı ve uzaklaştırılması, atıksu arıtımının en pahalı basamağıdır. · Arıtılması ve uzaklaştırılması gereken camur ceşitleri aşağıdaki gibi sıralanabilir; · Kum: kum tutucularda biriken yoğun materyaldir. Bunlar daha cok duzenli depolama sahalarına gomulur. · Birincil çamur: On cokeltme havuzlarında uretilen ve %3-8 katı iceren camurlardır. · İkincil çamurlar: ikinci cokturme havuzlarında uretilen camurdur. Aktif camur tesisleri ve damlatmalı filtrelerde uretilen camurlar bu sınıfta değerlendirilir. · Üçüncül çamurlar: Daha cok ileri arıtım surecinde kimyasal arıtım sonucunda uretilen camurlardır. Camur Arıtımı · Bu bolumde biyolojik atıksu arıtma tesislerinde uretilen camurların arıtımı icin kullanılan fiziksel, kimyasal ve biyolojik yontemler tartışılacaktır. Uretilen biyolojik camurlar aşağıdaki adımlar takip edilerek arıtılır.

228 Şekil 51’de biyolojik çamur arıtımı için izlenen yol gösterilmiştir. Şekil 51. Biyolojik camur arıtım basamakları

229 Yoğunlaştırma (Thickening) · Yoğunlaştırmanın amacı, camurun katı iceriğini arttırmak ve suyun bir kısmını uzaklaştırmaktır. · Bu amacla katının tabana cokturulduğu cokturme tankları veya kimyasal ilaveli veya ilavesiz santrifujler kullanılabilir. · Camur yoğunlaştırma sonucunda, katı iceriği %12’ye kadar arttırılabilir. Yoğunlaştırma sonucunda camurun hacmi azalarak hem sonraki arıtım basamaklarının hacminin azalması sağlanır, hem de camurun tesis icinde pompa ile iletimi daha ucuza mal olur.

230 Susuzlaştırma · Camur, filtrasyon yada kurutma yatakları kullanılarak susuzlaştırılır. Filtrasyon, yoğunlaştırmadan cok daha etkili bir proses olup, biyolojik veya kimyasal olarak stabil hale gelmiş camurun katı iceriğini daha fazla arttırmak ve suyunu almak icin uygulanır. · Filtasyonda, ozel kumaş yada filtrasyon membranları kullanılır. Bu amacla camura basınc uygulanarak kucuk gozenek capına sahip kumaş filtreden gecirilir. · Camur, son işlem olarak yakılmadan yada toprağa gomulmeden once susuzlaştırma işlemine tabi tutularak katı iceriği arttırılır. · Şartlandırıcı kimyasalların kullanılması durumunda, susuzlaştırma işleminden sonra camurun katı iceriği camur ceşidine ve filtrasyon moduna bağlı olarak % arası olur. · Camurdan ayrılan suda BOİ konsantrasyonu cok yuksek olup, bu su arıtma tesisinin başına tekrar gonderilerek arıtımı sağlanır. · Camur susuzlaştırmada diğer bir yontem ise, kurutma yataklarına sermektir. Camur kurutma yataklarına serilen camur gunluk bir bekleme suresi sonunda katı iceriği %40 civarında olur. Camur kurutma yataklarının performansı hava sıcaklığından ve yağış durumundan onemli olcude etkilenir. · Camur kuruduktan sonra mekanik olarak yada manuel olarak kurutma yataklarından uzaklaştırılır.

231 Şartlandırma Şartlandırma, camurdan katıların daha iyi ayrılması icin uygulanan yontemlerin genel adıdır. Şartlandırma genellikle, kimyasal ilavesi veya ısı mudahalesi ile gercekleştirilir. · Kimyasal arıtım, şartlandırıcıların ilavesi ile camurun filtre edilebilirliliğinin arttırılması amacıyla yapılır. Bu amac icin kullanılan kimyasallar inorganik tuzlar (alum, FeCI2, FeCI3 veya kirec) veya polielektrolit denen sentetik organik polimerlerdir. · Camur ayrıca basınc ( kPa) altında yuksek sıcaklıklarda ( oC) ısı ile şartlandırılabilir. Bu işlem sonrasında da camurun filtre edilebilirliği artar.

232 Stabilizasyon · Stabilizasyonun amacı; camur hacmini azaltmak, kokusunu gidermek, camurun organik iceriğini azaltmak ve camuru halk sağlığı acısından daha emniyetli bir hale getirmek olarak sıralanabilir. · Camur stabilizasyonu icin ceşitli yontemler kullanılabilir; · Anaerobik curutme · Aerobik curutme · Kompostlama · Kirec stabilizasyonu · Isı ile mudahale Anaerobik çürütme · Camurun anaerobik şartlar altında, genellikle mezofilik şartlarda arıtımıdır. · Camur icerisinde bulunan organiklerin ve bakterilerin curumesiyle CO2 ve CH4 gazı oluşur. Oluşan metan gazı ısı veya elektrik elde etmek amacıyla kullanılabilir. Anaerobik curutme ile ilgili daha detaylı bilgi daha sonra verilecektir.

233 Aerobik çürütme · Aerobik curutme camurun ustu acık 3-6 m derinliğinde bir tankta hava veya oksijen verilmesini icerir. · Kotu kokuların oluşumunun engellenmesi icin oksijen konsantrasyonunun en az 1 mg/L civarında olması gerekmektedir. · Curutucude camur bekletme zamanı gun arasında değişir. Mikroorganizmalar aerobik ortamda organikleri parcalayarak MLVSS konsantrasyonunun %40-50 azalması sağlanır. · Organik maddelerin tuketilmesiyle beraber, mikroorganizmalar, icsel solunum fazına girerler. Tankta ayrıca nitrifikasyon da meydana gelerek, NH4+’u NO3- a donuşur. · Sonuc olarak camur katı iceriğinde azalma meydana gelir. · Stabilize olmuş camur cokelmeye bırakılır ve ust duru suyu yuksek miktarda organik ve inorganik madde icerdiğinden arıtma tesisinin başına tekrar gonderilir. Stabilize olmuş camurun ust duru suyunda genellikle BOİ = mg/L, Nitrat = mg/L, toplam P = 50 – 200 mg/L’dir.

234 Aerobik çürütmede önemli bir buluş “kendi kendini ısıtan termofilik aerobik çürütme” (autoheated thermophilic aerobic digestion) prosesidir. Bu proses de camur mikroorganizmalarının organik maddeleri parcalamasından dolayı oluşan serbest enerjiden dolayı ısı uretir. Organik maddelerin oksidasyonu sonucu oluşan enerjinin buyuk kısmı ısı olarak serbest bırakılır. Birincil ve ikincil camurların curutulmesinden dolayı oluşan ısı enerjisi yaklaşık 25kcal/L’dir. Üretilen ısı enerjisinin miktarı organik madde konsantrasyonunun bir fonksiyonu olup, aşağıdaki denklemle verilir; ΔT = 2,4 Δ(KOİ) Burada; ΔT = reaktordeki sıcaklık artışıdır (oC), Δ(KOİ) oksitlenen KOİ miktarıdır (mg/L)

235 Biyolojik oksidasyonla uretilen ısının buyuk bir kısmı camur havalandırılması sırasında kaybedilir. Dolayısıyla “autoheating” (kendi kendini ısıtma) gercekleşebilmesi icin; sistemde yeterli miktarda kolay parcalanabilir organik olmalı, biyoreaktorun iyi bir şekilde izole edilmiş olması ve oksijen transfer veriminin en az %10’a cıkarılması gereklidir. · Aerobik curutmenin avantajları; duşuk kurulum maliyeti, kolay işletim ve kokusuz stabilize olmuş camur uretimidir. Dezavantajları ise; oksijen sağlamak icin yuksek enerji maliyeti, uretilen camurun duşuk susuzlaştırma kapasitesi ve sistem performansının ilklim ve hava durumuna bağlı olması. Kompostlama · Kompostlama prosesinsin asıl hedefi, stabilize olmuş organik madde uretimi, koku giderimi ve patojen ve parazitlerin giderilmesidir. · Kompostlama esas olarak ceşitli su tutucu (bulking agent) maddelerin ilavesi ile beraber, karışımın hava varlığında stabilize edilmesi, kurleme işlemi, bulking agent ların geri kazanımı icin elekten gecirme ve oluşan kompostu depolama adımlarını icerir

236 ÜÇ kompostlama ceşidi vardır; 1. Aerobik durgun yığın prosesi (Aerobic static pile process)(Şekil 52): Bu proses gelelikle ABD de kullanılmaktadır. Suyu alınmış camur (arıtılmamış, aerobik olarak arıtılmış veya anaerobik olarak arıtılmış) su tutucu malzemeler (bulking agent) ile karıştırılır. Su tutucu malzeme olarak; tahta artıkları (talaş gibi), yaprak, mısır kocanı, ağac artığı, fındık ve pirinc kabuğu veya kurutulmuş camur kullanılabilir. Su tutucu malzeme olarak en cok tahta veya ağac artıkları kullanılır. Bu malzemenin C/N oranı ve su tutma kapasitesi yuksektir. Su tutucu malzeme, camurun yapısal olarak sağlamlaştırır ve yığın halinde kalmasını sağlar. Ayrıca, kompostlama işlemi suresince havalanmasına yardımcı olur. Camur yığını, inceltilmiş kompostla kaplanarak, hem kokunun oluşması engellenir hem de yığın icerisinde yuksek sıcaklıkların oluşmasına yardımcı olur. Yığının havalandırılması, 21 gun boyunca blover ve difuzorler yardımıyla yapılır. Bu sure sonunda yığın en az 30 gun kur işlemi icin bırakılır, kurutulur ve daha sonra eğer mumkunse su tutucu malzeme geri kazanılır.

237 2. Windrow Prosesi: Bu proseste suyu alınmış camur su tutucu malzemeler ile karıştırılarak, windrow denilen 1- 2 m yuksekliğindeki dar yığınlar oluşturulur. Kompostlama zamanı gundur. Havalandırma windrow un haftada 2-3 defa karıştırılmasıyla yapılır. İlave olarak havalandırma işlemi de yapılabilir. 3. Kapalı sistemler (Şekil 53): Bu sistemler, daha iyi sıcaklık kontrolu ve oksijen konsantrasyonunu yuksek tutmak icin kapalıdırlar. Diğer onemli bir avantajları ise, koku probleminin oluşması engellenmiş olur. Fakat bu tur sistemlerin ilk yatırım maliyetleri daha yuksektir.

238 Şekil 52. Aerobik durgun yığın (Aerated static pile) prosesi ile kompostlaştırma

239 Proses Mikrobiyolojisi · Kompostlama prosesi, organik maddelerin aerobik bakteriler tarafından nemli bir ortamda sıcak ortamda degradasyonundan (biyolojik parcalanma) ibarettir. · Kompostlama sonunda oluşan urun, kararlı bir urun (organik iceriği daha fazla parcalanmayan ve zararsız) olup toprak iyileştirici malzeme, gubre veya balık yemi olarak kullanılabilir. Ayrıca bu proseste, patojen bakteriler onemli olcude zararsız hale getirilebilir ve organik azot ve fosfor bitkilerin daha kolay kullanabilecekleri inorganik azot ve fosfor formlarına donuşturulur. · Kompostlama prosesi, kendi kendini ısıtan bir proses olup, yığın icerisinde sıcaklık yukselmesi spesik bakteri grupları tarafından gercekleştirilen bir cok basamaktan meydana gelir. 1- ilk (latent) Faz: Mikroorganizmaların kompost koşullarına uyum sağlama aşaması 2- Mezofilik Faz: Organik maddenin parcalanmasını takiben sıcaklığın mezofilik sıcaklık aralığına yukseldiği fazdır.

240 Şekil 53. Windrow prosesi

241 3- Termofilik Faz: Termofilik bakteri, mantar ve aktinomisetlerin buyumeye başladığı fazdır. Bu fazda organik maddeler yuksek hızlarda parcalanırlar. 4- Soğuma Fazı: Bu surecte, sıcaklık duşer ve tekrar mezofilik bakteriler ortama hakim olurlar. 5- Olgunlaşma (maturation) fazı: bu fazda, sıcaklık normal hava sıcaklığına duşer. Bu fazda daha yuksek yapılı organizmalar(Protozoa, rotiferler, nematotlar) ortama hakim olurlar. Nitrifikasyon bakterileri sıcaklığa duyarlı olduklarından, nitrifikasyon daha cok bu safhada gercekleşir. · Kompostlama işleminde mikrobiyal faliyetler oldukca hızlı olup, kompost icindeki sıcaklığın 55oC’ye cıkması sadece birkac gun alır. Termofilik safha, susbstrat bitene kadar devam eder ve termofilik safhada ısı dışarı verilir. Kompostlamayı Etkileyen Faktorler · Ceşitli fiziksel ve kimyasal faktorler kompostlama performansını etkilemektedir. Bunlardan en onemlileri, sıcaklık, nem, pH, havalandırma, camurun karbon ve azot iceriği, kompostlanan camurun ozelliği. · Sıcaklık: Bu atığın kompostlanmasını etkileyen en onemli faktordur. Sıcaklık, atığın nem iceriğini ve havalandırılması ayarlanarak duzenlenebilir. · Yapılan calışmalarda, kompostlama icin en uygun sıcaklığın 55-60oC olduğu ve 60oC’yi gecmemesi gerektiği vurgulanmaktadır. · Yuksek sıcaklıklar patojen bakterilerin olum hızlarını arttırmaktadır. Aerobik yığın (pile) sistemlerinde iyi bir bakteri giderimi icin sıcaklığın 55oC veya daha yuksek sıcaklıklarda en az uc gun boyunca surdurulmesi gerekmektedir.

242 Havalandırma · Havalandırma aerobik mikroorganzimalara oksijen sağlar. Ayrıca, yığın sıcaklığını kontrol etmeye, yığından fazla nemin azaltılmasına ve istenmeyen gazların uzaklaştırılmasına da yardımcı olur. · Kompostun karıştırılma sıklığı, kompost icerisindeki besinlerin, gazların ve nemin homojen dağılmasına yardımcı olur. Karıştırma sıklığının arttırılması kompost icerisindeki sıcaklığın onemli derecede artmasına ve komposttaki termofilik fazın uzamasına sebep olur. Nem · Kompostlama sırasında nem de onemli bir parametredir. Optimum nem iceriği %50-60 arasında olmalıdır. Ozellikle kapalı kompost sistemlerinde nem iceriğinin %65 den yuksek olması istenmez.

243 Diğer Faktörler · Kompostlama sırasında organiklerin en iyi derecede parcalanabilmeleri icin nutrient iceriğinin uygun olması gerekmektedir. Optimum C/N oranı 25/1 civarındadır. Kompost icerisindeki ağır metal konsantrasyonları, hem kompost mikroorganizmalarına zehirli etki yapmaması icin hem de kompostun farklı amaclar icin kullanımına yonelik standart değerlere uygunluğunu test etmek amacıyla izlenmelidir. Kompostlamanın avantaj ve dezavantajları · Kompostlama sonucu oluşan urun iyi bir nutrient kaynağı olup, toprak iyileştirici malzeme olarak kullanılabilir. · Kompostlama, patojenik bakterilerin giderilmesi icin iyi bir yontemdir. · Dezavantajı ise; cok zaman alan, uğraştırıcı bir prosestir. Camur Arıtımında Patojen ve Parazit Giderimi · Onceki bolumlerde acıklandığı gibi, atıksu arıtımda patojenik bakteriler tamamen elimine edilemez ve bazıları arıtım sırasında oluşan camura tutunarak son cokeltme havuzlarında coker ve uzaklaştırılan camur icinde yuksek miktarda patojen bakteriler bulunabilir. · Dolayısıyla, camurda bulunan patojen bakterilerin inaktive edilmesi halk sağlığı icin gereklidir.

244 Çamurda Bulunan Patojen ve Parazitler · Camurda bulunabilecek en onemli patojenler; Salmonella, Shigella, Campylobacter, Yersinia, Leptospira ve patojenik E.coli’dir. · Ayrıca Ascaris gibi helminth parazitleri de camurda bulunur. · ABD’de atıksu arıtma tesisleri camurları 40 CRF par 503 (1993) yonetmeliğine gore kullanılmakta veya bertaraf edilmektedir. Bu yonetmelikte camur kalitesine gore aşağıdaki şekilde sınıflandırılmıştır; A Sınıfı (Class A) : Bu sınıfa giren camurlar oldukca emniyetli olup, her hangi bir sınırlama olmadan kullanılabilir. Camurun bu sınıfa girebilmesi icin aşağıdaki şartları sağlaması gerekmektedir; 1- 1 g camurda fekal koliform sayısı 103 MPN (EMS)’dan kucuk olmalıdır g kuru camurda Salmonella sayısı 3 MPN (EMS) den kucuk omalı 3- 4 g kuru camurda virus sayısı 1 PFU’dan ve helminth yumurtası 1 den az olmalı.

245 İkinci sınıf (Class B) camurların serildiği alanlara ise; bir yıl suresince halkın girmesine musaade edilmez. Arıtılan Camurların Tarım Amacıyla Kullanılması · Aerobik curutme (15oC’de 60 gun, 20oC’de 40 gun), anaerobik curutme (20oC’de 60 gun, oC’de 15 gun), kirec ile stabilizasyon (pH 12’de iki saat), kompostlama gibi camur arıtma tekniklerinin kullanılması sonucunda camurda patojen bakteri sayısı onemli miktarda azalır. · Yukarda sayılan işlemelerden her hangi biri ile arıtılmış camurların toprağa uygulanmasına izin verilir. Fakat bu uygulamanın yapıldığı alanlarda 18 ay boyunca bitki ekimine, insanların tuketeceği yiyecek sağlayan hayvanların en az bir ay boyunca otlanmasına ve insanların en az bir yıl boyunca bu bolgelere girmesine musaade edilmez. · Isı ile arıtılan (180 oC’de 30 dakika), yuksek sıcaklıkta kompostlama, termofilik aerobik curutme (55-60oC’de 10 gun) ve ısı ile kurutmanın uygulandığı camur arıtma sistemlerinde patojen giderimi oldukca yuksek olup, bakteriyolojik acıdan guvenilir camur uretilir. Bu proseslerden uretilen camurlar, yenilebilir urunlerin yetiştirildiği tarım arazilerinde dahi toprağa karıştırılabilir. Bu proseslerden cıkmış camurların toprağa uygulanmasında herhangi bir sınırlama yoktur. Farklı Camur Arıtma Proseslerinde Patojen ve Parazit Giderme Verimleri

246 Anaerobik Çürütmede Patojen ve İndikatör Organizma Giderimi: · Anaerobik curutmede, bekletme zamanı, sıcaklık ve camur yukleme hızı gibi işletme parametreleri patojen giderimi uzerine onemli etkisi vardır. · Anaerobik curutmede 1-3-log patojen ve indikator bakteri giderimi gozlenir. · Yapılan bir calışmada, 22 gun bekletme zamanına sahip bir anaerobik curutme tankında 2,3-log fekal koliform giderimi, 32 gunluk bir bekletme zamanına sahip anaerobik curutucu de ise; 2,9-log fekal koliform giderimi sağlanmıştır. · Klasik anaerobik curutme tek aşamalı olmaktadır. İki kademeli modern anaerobik curutuculerde ise, daha yuksek patojen ve fekal koliform giderimleri soz konusu olabilmektedir. Mesela, camur bekletme zamanı 10 gun olan iki kademeli bir curutucude fekal koliform giderimi oldukca yuksektir. Fakat, 5-6 anaerobik curutucu de yapılan calışmalara gore, Salmonella giderimi A Sınıfı camur ozelliklerini sağlayamamakta ve Salmonella konsantrasyonu 4 camurda 3 MPN’dan buyuk olduğu gozlenmiştir. Aerobik Çürütmede Patojen ve İndikatör Organizma Giderimi Dunyanın bir cok yerinde anaerobik camur curutme yaygın olarak kullanılsa da, ozellikle kucuk arıtma

247 tesislerinde arıtılan camuru toprak iyileştirici olarak kullanmak amacıyla patojen gidermede oldukca etkin ve daha az kompleks olan aerobik curutuculer de kullanılmaktadır. · Florida da bulanan uc arıtma tesisinde yapılan calışmalarda, aerobik curutucuden sonra arıtılmış camurda Salmonella miktarının MPN/g camur civarında olduğu bulunmuştur. · Aerobik curutuculerde patojen ve indikator organizma giderimi bekleme zamanına ve sıcaklığa bağlıdır. · İndikator organizmaların (fekal koliform ve fecal streptococci) giderimi sıcaklığın 20oC’den 40oC’ye artmasıyla hızlanmaktadır. · Enterik virus (polivirus, coxsackie B3) giderimi ise daha cok sıcaklığa bağlıdır. · Mezofilik aerobik curutmenin parazit yumurtası olan (Ascaris) gideriminde etkili olmadığı bulunmuştur. · Şekil 54’den gorulduğu gibi, sıcaklığın 45oC’nin uzerinde olduğu aerobik curutuculerde patojen giderimi anaerobik mezofilik curutuculerden cok daha iyidir. · Parazitler icinde benzer trendler gozlenmiş olup, 48-55oC arası canlı parazit yumurtasının kalmadığı gozlenmiştir. · Sonuc olarak, kendi kendini ısıtan aerobik camur curutuculerin patojen ve virus icermeyen camur urettikleri soylenebilir.

248 İki Aşamalı Çürütme Sisteminde Patojen ve İndikatör Organizma Giderimi · İki aşamalı sistem (dual digestion system)’de birinci aşamada aerobik ikinci aşamada ise anaerobik curutme işlemi kullanılır. · Birinci aşamada uzeri kapalı ve saf oksijenin kullanıldığı bir gun bekleme zamanı olan aerobik curutucu kullanılır. Aerobik curutucude ısı uretilir ve uretilen ısı sayesinde ortam sıcaklığı 55oC civarına ulaşır. · İkinci aşamada ise; 8 gunluk bekleme zamanı olan bir anaerobik camur curutucu kullanılır. · Bu sistemde patojen bakteri ve indikator organizma giderimi birinci aşamada daha iyidir. Bu sistemde gercekleştirilen indikator organizma giderimi diğer anaerobik curutucu, kirec ile notralizasyon ve mezofilik kompostlamadan daha yuksektir.

249 Şekil 54. Aerobik curutuculerde sıcaklığın (a) fekal koliform ve (b) fekal streptokok giderimi uzerine etkisi Isı Enerjisi Kullanarak Patojen ve İndikatör Organizma Giderimi

250 Isı Enerjisi Kullanarak Patojen ve İndikatör Organizma Giderimi · Isı ile patojen ve indikator organizma gidermek icin, camur 70oC sıcaklılığa en az yarım saat maruz bırakılır. · Pahalı bir sistemdir, fakat helminth yumurtası, bakteri ve virus patojenlerinin gideriminde oldukca etkilidir. · Bazı durumlarda sistemi ekonomik yapmak icin, daha duşuk sıcaklıklar daha uzun sure uygulanabilir. · Orneğin, Ascaris 55oC’de iki saat icerinde tamamen giderilebilir. · Yapılan calışmalarda, ısı ile arıtımın yuksek pH’larda daha etkili olduğu gozlenmiştir. Bunun nedeni ise, yuksek pH’larda amonyak konsantrasyonunun artmasıdır.

251 Kompostlama ile Patojen ve İndikatör Organizma Giderimi · Kompostun toprak iyileştirici olarak kullanılmasında insan sağlığı acısından iki onemli nokta vardır; 1. Oluşan kompost icindeki patojenlerin insan sağlığına etkisi 2. Oluşan ikincil patojenlerin (mantar, aktinomiset) kompost tesisinde calışanlara etkisi. · Kompostlanan camurda patojen mikroorganizma sayısını etkileyen en onemli parametre sıcaklıktır. Fakat kompost materyali oldukca heterojen olup, kompost biyokutlesi icerisinde sıcaklığı homojen tutmak oldukca zordur. · Bu heterojen yapı ve ısının heterojen dağılımı, kompostlama ile patojenlerin tamamen yok edilmesini oldukca zor hale getirmektedir. · Yapılan calışmalara gore, havalandırılan sabit yığın sistemlerinde en az uc gun boyunca sıcaklık 55oC’de; windrow prosesinde en az 15 gun boyunca sıcaklığın 55oC’de tutulması gerekmektedir. · Bu proses fekal streptokok haricindeki indikator organizmaları ve Salmonella, Shigella gibi patojenleri gidermede etkilidir. · Fakat Salmonella gibi patojenlerin kompostlama sırasında tekrar buyuduğu gozlenmiştir. · Salmonella’nın yeniden buyumesi nem iceriğine bağlı olup nem iceriği %20’yi gectiğinde buyume başlaya bilir. Ayrıca, sıcaklık ve C/N oranı da onemli olup oC arası ve C/N oranı 15/1’den buyukse yeniden buyume gozlenir.

252 · Bazı araştırmacılar, kompostlama sırasında mikrobiyal aktivitenin duşmemesi icin sıcaklığın 60oC’nin altında tutulması gerektiğini vurgulamaktadır. Fakat artan sıcaklıkla daha iyi patojen giderildiği bilinmektedir. · Aspergillus fumigatus gibi bazı patojenik mantarlar, 30-45oC arasında kompostun ust kısmında buyuyebilirler. Sıcaklık 60oC’yi aşarsa, bunların sayısı onemli derecede azalır. Bu patojen mantarlar kompost tesislerinde calışan işcilerde sağlık problemleri oluşturabilir ve ozellikle ciğerlere zarar verebilir. · Dolayısıyla, mantarlar tarafından uretilen zararlı sporları solumamak icin kompost tesisinde calışan işciler koruyucu maske giymelidirler.

253 Kireç ile stabilizasyon · Kirec CaO veya Ca(OH)2 olarak kullanılabilir. Ucuz bir kimyasal olup artıma tesislerinde flokulant olarak veya koku kontrolunde kullanılır. · Kirec ile stabilzasyon işleminde, camur ile kirec cozeltisi karıştırılır ve pH değeri 12 civarına getirilir. Kirec eklendikten sonra etkili bir patojen giderimi icin temas suresi en az 2 saat alınır. · Bu arıtma prosesinde 3- 6-log indikator bakteri giderimi sağlanabilir. İyi bir giderim elde etmek icin pH değerinin en az 10,5’e cıkarılması gerekmektedir. · Almanya’da yapılan bir calışmada pH 12,8’de 3 saat temas suresi sonunda Salmonella’nın tamamen giderildiği belirlenmiştir. · Viruslerin tamamen giderilmesi icin ise yaklaşık 12 saatlik bir temas suresine ihtiyac vardır.

254 ARITMA CAMURLARININ ANAEROBİK OLARAK CURUTULMESİ · Arıtma tesislerinde oluşan camurlarlı stabilize etmek (organik madde miktarını azaltmak ve patojenleri oldurmek) icin en cok kullanılan yontem anaerobik curutmedir. · Anaerobik curutme bircok mikrobiyal proses icermekte olup, sonuc olarak organik maddeler CO2 ve metan (CH4)’a donuşur. · İşletme koşullarına bağlı olarak, camurların anaerobik curutulmesi sonucunda % ucucu katı giderimi sağlanabilir. · Anaerobik curutmeden sorumlu canlılar bakteriler ve metanojenik ark elerdir. · Anaerobik arıtım prosesi, camurların arıtımına ilave olarak ozellikle organik iceriği yuksek endustriyel atıksuların arıtımında da kullanılmaktadır. · Anaerobik curutmenin, aerobik curutmeye kıyasla bircok avantajı vardır; 1. Anaerobik curutmede elektron alıcısı CO2 dir. CO2 atıksuda mevcut olup dışarıdan sağlanması gerekmez. Fakat aerobik curutmede, elektron alıcısı olarak oksijen (O2) kullanılmakta olup sisteme oksijenin verilmesi gerekir. Bu ise aerobik curutmeyi pahalı bir sistem yapmaktadır.

255 2. Anaerobik arıtım sonucunda uretilen bakteri miktarı, aerobik arıtıma kıyasla kat daha azdır. Bunun nedeni ise; anaerobik arıtım sonucunda uretilen enerjinin aerobik arıtıma kıyasla cok duşuk olmasıdır. Aerobik ortamda, bakterilerin kullanıldığı organik maddenin yaklaşık %50’si biyokutleye donuşturulur. Anaerobik ortamda ise, kullanılan organik maddelerin sadece %5’i biyokutleye donuşur. Orneğin, 1 ton KOİ’nin anaerobik arıtımı sonucunda kg biyokutle oluşurken, aerobik ortamda ise; kg biyokutle oluşur. 3. Anaerobik arıtım sonucunda uretilen metan gazı, yanabilen bir gaz olup enerji uretimi icin kullanılabilir kcal/m3 metan enerji uretilir. 4. Anaerobik arıtımda enerji gerekimi daha azdır. 5. Anaerobik arıtım ozellikle konsantre endustriyel atıksuların arıtımı icin uygundur. 6. Anaerobik reaktorler uzun sure besinsiz kalsa da anaerobik bakteriler aktivitelerini kaybetmezler. 7. Aerobik olarak arıtımı zor olan klorlu organik bileşiklerin bazıları, anaerobik ortamda arıtılabilir.

256 Sayılan avantajlarının yanı sıra, anaerobik curutme prosesinin bazı dezavantajları da vardır; 1. Aerobik proseslerden daha yavaştır. 2. Toksik bileşikler ile sistemin bozulması daha kolay olabilir. 3. Sistemin işletmeye alınması (duşuk bakteri uretimi nedeniyle) uzun zaman alabilir. 4. Xenobiotik bileşiklerin anaerobik şartlarda reduktive olarak indirgenmesi icin gereken organik madde miktarı, aerobik şartlara xenobiotik bileşiklerin cometabolizma ile arıtımı icin gereken organik madde miktarından daha fazladır. Anaerobik Curutme Prosesinin Tanıtılması Tek aşamalı (single-stage) çürütme · Anaerobik curutuculer, buyuk fermentasyon tankları olup, sistem; atıksu giriş cıkışı ve gaz toplama sisteminden meydana gelir (Şekil 55). · Tek aşamalı curutuculer karıştırılmaz. · Bu sistemde camur arıtımı ve cokelmesi aynı tankta gercekleşir. · Tanktaki camurda cokme sonucunda, ceşitli fazlar oluşur; curumuş camur, aktif olarak curumekte olan camur, us duru faz, kopuk tabakası ve gaz. · Camurun surekli olarak karıştırıldığı ve ısıtıldığı iki aşamalı sistemlerin verimi daha yuksektir.

257 Şekil 56. İki-aşamalı anaerobik camur curutucu

258 Proses Mikrobiyolojisi · Anaerobik curutme bircok aşamadan meydana gelen ve bircok bakteri ile metanojenik arkelerin sorumlu olduğu bir prosestir. · Proseste, bircok bakteri birbirleriyle etkileşim icinde olup, bir grup bakterinin varlığı, başka bir grup bakteri tarafından uretilen urune bağlıdır. · Anaerobik curutme cok genel olarak aşağıdaki formul ile ozetlenebilir; · Bazı protozoa ve mantarlar anaerobik reaktorlerde gozlense de, genel olarak bakteri ve metanojenik arkeler sistemde dominant mikroorganizmalardır. · Anaerobik olarak camurların curutulmesi işleminde ilk basamak olan hidroliz ve fermentasyon aşamasından sorumlu bircok zorunlu anaerobik ve fakultatif anerobik bakteri (Bacteroides, Bifidobacterium, Clostridium, Lactobacillus, Streptococcus) gorev yapar.

259 · Camurların anerobik olarak curutulmesinde dort grup organizma gorev yapar (Şekil 57) ve bu organizmalar birbirleriyle synerjistik ilişki icindedir. 1. Hidroliz bakterileri · Bu gruptaki bakteriler komplek organik molekullerin (protein, seluloz, lignin, yağ) amino asit, glikoz, yağ asidi ve gliserol gibi monomer molekullere donuşturulmesinde gorev alırlar. Oluşturulan monomerler bir sonraki bakteri grubu icin besin kaynağı gorevini gorur. · Kompleks molekullerin hidrolizinde hucre dışı enzimler gorev alırlar. En onemlileri; selulaz (cellulases), proteaz (proteases) ve lipaz (lipases). · Hidroliz basamağı oldukca yavaş olup, kompleks atıkların (ozellikle seluloz ve lignin iceren atıkların) anaerobik curutulmesinde hidroliz basamağı hız sınırlayan basamaktır.

260 2. Fermentatif asidojenik bakteriler · Asidojenik (asit ureten) bakteriler (Clostridium gibi) şeker, amino asit ve yağ asitlerini organik asitlere (asetik, formik, laktik, butrik yada succinic asit), alkollere ve ketonlara (etanol, metanol, gliserol, aseton), asetat, CO2 ve H2’ye donuşturur. Oluşan urun bakteri ceşidine ve işletme koşullarına bağlı olarak değişir. 3. Asetojenik bakteriler · Syntrobacter wolinii ve Syntrophomonas wolfei gibi asetojenik bakteriler, yağ asitlerini (propiyonik asit ve butrik asit gibi) ve alkolleri asetat, hidrojen ve CO2’e donuşturur. Bu urunler metanojenik arkeler tarafından kullanılır. · Yağ asitlerinin donuşumu icin duşuk H2 konsantrasyonları gereklidir. Yuksek H2 basınclarında, asetat uretimi azalarak substrat propiyonik asit, butrik asit ve etanole donuşerek metan uretimi duşebilir.

261 · Asetojenik bakteriler ile metanojenik arkeler arasında simbiyotik bir ilişki vardır. Metan ureten bakteriler, H2’ni kullanarak H2 basıncını azaltır. Boylece, asetat uretimini arttırır. · Online olarak, ucucu yağ asitleri ve H2 olculerek, anaerobik reaktorun performansı izlenebilir. · Aşağıdaki reaksiyonlarla; etanol, propiyonik asit ve butrik asit, asetojenik bakteriler tarafından asetata donuşturulur. Asetojenik bakteriler, metanojenik bakterilerden cok daha hızlı calışır. Asetojenik bakterilerin μmax değeri 1 saat–1 iken, metanojenik bakterilerin μmax değeri 0,04 saat– 1 dir. 4. Metanojenler · Metanojenik bakteriler anaerobik ortamlarda bulunur ve organik asitleri kullanarak meta gazı uretir. · Metanojenik bakteriler oldukca yavaş buyuyen arkelerdir. Metanojenik bakterilerin generation zamanı (ikilenme zamanı) 35oC’de 3 gun, 10oC’de ise 50 gundur.

262

263 · Metanojenler, sadece bazı substratları kullanabilirler. Bunlar; asetat, H2,CO2, format, metanol ve metilamin. · Butun bu substratlar mthylCoM (CH3-S-CoM)’e indirgenir ve bu madde MthylCoM reduktaz enzimi ile metan (CH4) gazına donuşturulur. · Metanojenler iki alt gruba ayrılırlar. 1. Hidrojen kullanan kemolitotrofik metanojenler: · Bu grup bakteriler hidrojen ve karbondioksit kullanarak metan uretirler. · Bunlar ototrofik olup, karbon kaynağı olarak CO2’i, enerji kaynağı olarak da hidrojeni (H2) kullanırlar. 2. Asetotrofik metanojenler: · Methanosarcina, Methanothrix ve Methanosaeta bu gruba giren onemli metanojenlerdir. Methanosarcina (μmax = 0.3 gun-1; Ks=200 mg/L) ve Methanothrix (μmax = 0.1 gun-1; Ks=30 mg/L) arasında aynı substrat icin rekabet olup; Ks değeri duşuk olan Methanothrix duşuk substrat konsantrasyonlarında, μmax değeri buyuk olan Methanosarcina ise yuksek μmax değerine sahip olup yuksek substrat konsantrasyonlarında ortamda dominant olur. · Genellikle uretilen metanın 2/3’u asetatın substrat olarak kullanılması sonucu uretilir. Kalan 1/3’u ise CO2 ve hidrojenin kullanılması sonucu uretilir.

264 · Metanojenler, arke adı verilen ayrı bir alem icersinde sınıflandırılmakta olup; arkeler bakterilerden aşağıdaki ozellikleriyle ayrılır; o Arkelerin hucre duvar yapısı bakterilerden farklıdır. Orneğin, metanojenlerin hucre duvarında peptoglikan tabakası bulunmaz. o Hucre zarı yapısı bakterilerden farklı olup, eter bağlarıyla gliserole birleşmiş hidrokarbon zincirlerinden oluşur. o Metanojenler ozel bir ko-enzim olan F420’ye sahip olup metabolizimde bu koenzim elektron taşıyıcı olarak davranır. Metanojenler ayrıca, nikel iceren ozel bir koenzim olan F430’a da sahiptir. o Metanojenler, zorunlu anaerob bakteriler olup oksijen yokluğunda yaşarlar. Bu nedenle, dip camurlarda, duzenli depolama sahalarında, anaerobik curutuculerde bulunur. Metan uretiminde anahtar bir rolu olan metil koenzim M (methyl coenzyme M) gorev alır. o Metanojenlerin ribozama ait RNA baz dizisi bakteri ve okaryotlardan farklıdır

265 Anaerobik Curutme Verimini Etkileyen Faktorler · Anaerobik curutmenin verimi; sıcaklık, pH, bekleme zamanı, kimyasal kompozisyon, sulfat indirgeyen ve metan ureten bakteriler arasındaki yarış ve toksik madde varlığı gibi faktorlerden etkilenir. 1-Sıcaklık · Metan uretimi doğada 0 ile 97oC arasında gozlenmiştir. Her nekadar psikrofilik (duşuk sıcaklıkta yaşayan bakteriler) metanojenler izole edilememiş ise de; oC’de yuksek sıcaklıktaki su kaynaklarında yaşayan metanojenlere rastlanmıştır. · Methanothermus fervidus İzlanda’da 63-97oC arasında ki bir sıcak su kaynağında bulunmuştur. · Atıksu arıtma tesislerinde, anaerobik camur curutme işlemi mezofilik sıcaklık aralığında gercekleştirilmekte olup genellikle 25-40oC arasında gercekleştirilir. Mezofilik anaeroblar icin optimum sıcaklık ise; 37oC’dir.

266 · Termofilik anaerobik curutme ise 50-65oC arasında gercekleştirilmektedir. Termofilik anaerobik curutuculer, mezofilik curutuculerden daha yuksek organik yukleme hızlarında calıştırılabilmektedirler. Ayrıca, patojen bakteri giderim verimleri, mezofiliklere kıyasla cok daha iyidir. En onemli dezavantajları ise, toksik maddelere karşı oldukca hassastırlar. · Asidojenik (asit ureten bakteriler) bakterilere kıyasla, metan ureten bakteriler cok daha yavaş buyudukleri icin sıcaklık değişimlerinden cok cabuk etkilenebilirler. Sıcaklığın duşmesiyle, metan ureten bakterilerin buyume hızları duştuğunden dolayı, ortamda bulunan ucucu yağ asidi konsantrasyonu da artar. Dolayısıyla, iyi bir performans icin mezofilik curutuculer, 30-35oC arasında işletilmelidir.

267 2-Bekleme zamanı: · Gerekli olan hidrolik bekleme zamanı, atıksu karakteristiğine ve sıcaklığa bağlı olup, optimum performans icin hidrolik bekletme zamanının yeteri derecede uzun olması gerekmektedir. Bakterilerin bir yuzeye yapışarak buyuduğu biyofilm curutuculerde bekletme zamanı yaklaşık 10 gun iken, askıda buyumenin gercekleştiği klasik curutuculer daha uzun bekletme zamanlarına ihtiyac duyarlar ( gun). Mezofilik ve termofilik curutuculer icin en cok tercih edilen bekletme zamanları ise gun arasında değişir.

268 3-pH · Bir cok metanojenik bakteri pH 6,7-7,4 arasında calışmakta olup, optimum pH 7-7,2 arasıdır. Metanojenlerin aktiviteleri, pH 6 civarında tamamen durabilir. · Anaerobik curutuculerde, asit ureten bakterilerin gelişmesi pH değerlerinin duşmesine neden olmaktadır. Normal koşullarda, metan ureten bakteriler tarafından bikarbonat uretilerek bu asit notralize edilir. Kotu cevresel koşullarda ise; bu notralizasyon hadisesi tamamen kotu etkilenerek, metan uretiminin durmasına neden olabilir. · Asit, asit ureten bakterilere kıyasla, metan ureten bakterilere cok daha zararlıdır. Ucucu yağ asidi konsantrasyonundaki artış, sistem performansının olumsuz şekilde etkilendiğini ve sistemin durma eğilimine gireceğinin on habercisidir. · Dolayısıyla, anaerobik reaktorlerde, ucucu yağ asidi ile toplam alkalinite oranı sistemin durumu hakkında onemli bilgi vermektedir. Yapılan calışmalara gore bu oran 0,1 değerinin altında olması gerekmektedir. · Sistemde her zaman yeterli alkalinitenin olduğundan emin olabilmek icin bazı durumlarda sisteme dışarıdan alkalinite verilir. Bu amacla; kirec, sodyum hidroksit veya sodyum bikarbonat kullanılabilir.

269 4-Atıksuyun kompozisyonu · Metanojenler; karbonhidrat, protein, yağ ve kompleks organik bileşiklerden metan gazı uretebilirler. Fakat lignin, parafin gibi bazı bileşikler anaerobik bakteriler tarafından zor parcalanırlar. · Anaerobik sisteme verilen atıksu nutrient bakımından dengeli olmalı, yani azot ve fosfat bakteri buyumesi icin yeterli miktarda bulunmalıdır. İdeal bir anaerobik arıtım icin sistemde karbon : azot : fosfat (C:N:P) oranı 700:5:1 olmalıdır. Fakat bazı araştırmacılar; atıksuda C/N oranının 25-30/1 civarında olması gerektiğini belirtmektedir. · İyonlaşmamış sulfit (H2S) her ne kadar metanojenlere toksik etki yapsa da kukurt anaerobik bakteriler icin gerekli bir inorganiktir. Ayrıca, metanojenler kobalt, molibden, nikel gibi metallere de ihtiyac duyarlar. Yapılan calışmalarda 10 μM nikel ilavesinin anaerobik curutucude metan uretimini onemli miktarda arttırdığı bulunmuştur. Ayrıca nikel ilavesi ile metanojenlerin asetat kullanım hızlarının 2 den 10 g asetat/(g.UAKM.gun)’e yukseldiği belirtilmiştir. Nikel, biyogaz uretiminde gerekli bir ko-faktor olan F430’un yapısında bulunmaktadır.

270 5-Metanojenler ve sulfat indirgeyen bakteriler arasındaki rekabet · Metanojenler ve sulfat indirgeyen bakteriler elektron verici olarak kullanılan asetat ve H2 icin yarışırlar. · Yapılan kinetik calışmalarda, sulfat indirgeyen bakterilerin asetat icin Ks değerinin 9,5 mg/L olduğu, metanojenler icin ise Ks değerinin 32,8 mg/L olduğu belirtilmiştir. Dolayısıyla, duşuk asetat konsantrasyonlarında ortama sulfat indirgeyen bakteriler hakim olur ve asetatın kullanımından dolayı oluşan elektronlar sulfata giderek sulfatın indirgenmesine neden olur. · Metan ureten arkeler ile sulfat indirgeyen bakteriler arasındaki rekabetin galibini, KOİ/sulfat oranı belirler. KOİ/sulfat oranı 1,7-2,7 arasındayken her iki grup canlı arasında kıyasıya bir rekabet mevcut iken; bu değerin yukselmesi metan bakterilerinin duşmesi ise sulfat indirgeyen bakterilerin galibiyetiyle sonuclanır. 6-Oksijen · Metanojenler, zorunlu anaerobik olup, oksijenden olumsuz olarak etkilenirler. Fakat granul haldeki bakteriler, oksijenin toksik etkisine daha toleranslı olabilir. oluşur. H2S HS- + H+ S-2 + H+

271 7-Amonyak · İyonize olmamış halde (NH3) amonyak, sulfat ureten bakterilere oldukca toksik etki yapabilmektedir. Amonyak mg/L arasında metan ureten bakterilere oldukca toksik etki yapabilmektedir. Yuksek pH değerlerinde iyonize olmamış amonyak kosantrasyonu artacağından pH amonyak toksisitesinde onemli bir etkendir. NH NH3 + H+ 8-Ucucu yağ asitleri · Notral pH değerlerinde asetik ve butrik asit gibi ucucu yağ asitleri metanojenlere toksik değildir. Propiyonik asit ise, hem metanojenlere hem de asit ureten bakterilere toksik etki yapmaktadır. 9-sulfur · Sulfur anaerobik reaktorlerde en cok gozlenen toksik maddelerden biridir. Sulfat indirgeyen bakteriler tarafından uretilir. İyonize olmamış sulfur (H2S) yuksuz olduğu icin hucre zarından kolayca gecebilir ve metanojenlere oldukca zararlıdır. Yuklu sulfur bileşikleri ise (HS-, S-2) hucre zarından kolay gecemezler ve daha az zararlıdır. H2S’in oluşumu tamamen pH’ya bağlı olup, duşuk pH değerlerinde H2S, yuksek pH değerlerinde ise H2S HS- + H S-2 + H+


"Çevre mikrobiolojisi. BÖLÜMLER 1. Biyojeokimyasal Döngülerde Mikroorganizmanın Rolu 2. Atıksu Arıtım Mikrobiyolojisi 3. Aktif Camur Prosesi ile Nutrient." indir ppt

Benzer bir sunumlar


Google Reklamları