HAVALANDIRMA HAVUZU

Biyolojik arıtma atıksuyun içinde bulunan askıda veya çözünmüş organik maddelerin bakterilerce parçalanması işlemidir. Biyolojik arıtma esasında doğadaki arıtma proseslerinin kontrollü olarak optimum şartlarda tekrarlanmasıdır. Yani doğadaki reaksiyonların hızlandırılarak kısa sürede, emniyetli ortamda gerçekleşmesinin sağlanmasıdır. Biyolojik arıtma sistemleri değişik şekillerde sınıflandırılabilirler. Ortamda oksijen varlığına göre havalı (aerobik) ve havasız (anaerobik) olarak sınıflandırılan bu sistemler kullanılan mikroorganizmaların sistemdeki durumuna göre askıda ve sabit film (biyofilm) prosesleri olarak da sınıflandırılabilirler.

AEROBİK ARITMA Aktif çamur: Aktif çamur  sistemi dengeleme, havalandırma, çöktürme ve dezenfeksiyon ünitelerinden oluşmaktadır. Aktif çamur tekniğine göre çalışan sistemler uygulamada en çok kullanılan sistemlerdir. Aktif çamur kolloidal çözünmüş maddelerin mikroorganizmalar ile çökebilir biyolojik kütleye dönüştürüldüğü işlemdir ve bu işlemde havalandırma havuzu içindeki mikroorganizmaların askıda tutulması esastır. Askıda büyüyen mikroorganizmalar suyun içerisinde bulunan organik maddeleri parçalayarak H2O ve CO2’e çevirirler ve yeni biyo-kütle oluştururlar. Havalandırma havuzunda gereken arıtma veriminin sağlanması amacıyla havuz içerisinde faaliyet gösteren mikro-organizma sayısını sabit bir değerde tutmak gerekmektedir.

Havalandırma havuzları Genellikle dikdörtgendir. Derinlik 3-5 m arasıdır. Hava payı 0,3-0,6 m arasıdır. Genişlik 3-11 m arası tavsiye edilir. W/H = 1/1 ile 2,2/1 arasındadır. 140 m3 ün üstünde 2 tanka geçilmelidir. Son çökeltim Ortalama debide YHY 15-32 m2/m2/gün Maksimum debide YHY 40-48 m3/m2/gün Dairesel tercih edilir. Kare veya dikdörtgen de olabilir. Çap 10-60 m arasındadır. Derinlik 3-6 m olması iyidir. Geri devir sistemi Ortalama debinin %50-%150 olabilir.

Eşitlikler: Reaktör hacmi : V = [θc*Q*Y*(S0-S)]/[ X*(1 + kd*θc] Fazla Çamur : Px (MLVSS) = Yobs*Q*(S0 – S) Yobs = Y/[ 1 + kd*θc] Geri devredilen Çamur Oranı : MLSS*( Q + Qr) = Geri devir TSS * Qr Substrat tüketim hızı (U) : U= [Q*(S0 - S)] / V*X Organik yükleme : L = S0*Q / V Oksijen ihtiyacı : TOİ (kg/ gün) = [Q*(S0 – S)]/ (BOD5/ BODL)] – 1.42*Px SOR (kg/gün) = TOİ/ ( [(C’sw *β*Fa – C)/Csw] ( 1.024)T-20α ) Fa = 1- (yükseklik (m) / 9450) T = ( Af *Ta + Q *Ti ) / (A*f + Q)

TASARIM

HAVALANDIRMA HAVUZU VERİLER Ön çökeltim havuzuna giren BOD5 = 250 mg/L Havalandırma havuzuna giren BOD5 = 200 mg/L Havalandırma havuzuna giren TSS = 150 mg/L Çıkış BOD5 = 20 mg/L Ortalama Debi = 42000 m3/gün Θc = 10 gün Kd = 0,06/gün Geri devredilen çamur derişimi = 10000 mg/L Y = 0,5 MLVSS = 3000 mg/L MLVSS/ MLSS = 0,8 BOD5/BODL = 0,68 Biyolojik çamurlarda bio-bozunma oranı %65’tir. Min. ÇO2= 1,5 mg/L 4 havuz planlanacaktır. Giriş yapıları max. debiye ve 3 havuz çalışması durumuna göre dizayn edilecek ve geri devir debisi de eklenecektir.

HAVALANDIRMA HAVUZU Çıkıştaki çözünebilir BOD5 konsantrasyonu: Atıksudaki çözünmemiş BOD5 = 20 mg/L x 0.65 x 1.42 x 0.68 = 12.6 mg/L Atıksudaki çözünebilir BOD5 = (20 -12.6 ) mg/L= 7.4 mg/L Biyolojik arıtımdaki arıtma verimliliği : Biyolojik arıtıma verimi = (200 mg/L – 7.4 mg/L) /200 mg/L x 100= %96 Birincil arıtma verimi = ( 250 mg/L – 20 mg/L) /250 mg/L x 100 = %92 Reaktör hacminin hesabı: V = [θc*Q*Y*(S0-S)]/[ X*(1 + kd*θc] = [ 42000*10*0.5* (200-7.4)] / [ 3000 *(1+0.06*10*) ] = 8426 m3 L/W = 2/1 ve su derinliği = 4.5 m için; L= 31.0 m; W = 15.5 m ve 4 adet havuz bulunur. Bu durumda gerçek havuz hacmi = 8649 m3 ‘ tür.

Fazla Çamur Hesabı: Yobs = Y/[ 1 + kd*θc] = (0.5)/ (1 + 0.06*10) = 0.3125 Px (MLVSS) = Yobs*Q*(S0 – S)=[ 0.3125*42000 *(200 – 7.4)]/1000 = 2528 kg/ gün Px (MLSS) = 2528 kg/ gün *1 / 0.8 = 3160 kg/ gün Geri devredilen Çamur Oranı: Geri devredilen çamur oranı; havalandırma havuzu içerisindeki MLSS konsantrasyonuna ve çamur içindeki TSS ‘ ye bağlı olarak hesaplanır. MLSS*( Q + Qr) = Geri devir çamurundaki TSS * Qr 3750 *( 0.486 + Qr) = 10000*Qr Qr= 0.292 m3/ sn ve (Qr/Q) = 0.292/0.486 = 0.6 bulunur.

Hidrolik alıkonma süresi: Ɵ = 8649 * 24 / 4200 = 4.94 saat Substrat tüketim hızı (U): U= [Q*(S0 - S)] / V*X =[42000*( 200 – 7.4)]/ (8649*3000) = 0.321 gün-1 Organik yükleme: L = S0*Q / V = (200*42000)/8649 *1000) = 0.97 kg BOD5 / m3.gün Giriş yapısı: Giriş yapısı; havalandırma havuzu boyunca inşa edilmiş dikdörtgen yaklaşım kanalından (genişlik 0,5 m ve su derinliği 1,5 m) oluşmaktadır. Atıksu havuza batmış halde bulunan 10 adet orifis (25*25 cm) ile girmektedir. Hesaplar, maksimum debide çalışıldığı 3 havuzun devrede olduğu ve ortalama debideki geri devir debisinin eklendiği kabul edilerek yapılacaktır.

Q = (1,321 + 0,292)/3 = 0,538 m3/sn V = (0,538/2)/ (1.5 m*0.5 m) = 0.36 m/sn Q orifis= 0.269/5 = 0.054 m3/sn ∆Z = [ Q / ( Cd *A *√2g )]2 ∆z = [ 0.054/(0.61*0.25*0.25 *(2*9.81)1/2)]2 = 0. 10 m Çıkışın yapısı: Oluk genişliği 1 m, Çıkış box boyutları 2*2.3 m Çıkış borusu çapı 1.4 m 0,5 m uzunluğunda 8 adet çıkış savağı var. Ortalama debide savak yükü: Q savak = (0,486+0,292) = 0,778/4 havuz = 0,195/8 adet = 0,024 m3/sn

Ortalama debide savaktaki su yüksekliği : Kullanılan savak uzunluğu L = 0.5, C = 0.624 ve L’ = 0. 48 m seçilirse; H = [ 3*Q / ( 2*Cd* L’ *(2 g)1/2) ]2/3 H = [ 3*0.024/ ( 2*0.624*0.48 *( 2 x 9.81)1/2]2/3 = 0.09 m L’ = 0.5 m – 0.2 *0.09 = 0. 48 m (eşit olduğundan uygundur) Bir havuz devre dışı kaldığında savaktaki su yüksekliği : Q = (1.321 + 0.292) * ( 1/3) = 0.538 m3/sn/8 = 0,067 m3/sn H = [ 3*Q / ( 2*Cd*(L – 0.2 H)*(2 g)1/2) ]2/3 H = [(3 *0.067)/(2*0.624 *( 0.5 m – 2H)*( 2 *9.81)1/2)] = 0.18 m L’= 0.463 m

Çıkış oluğu tasarımı: L = 15.5 m – 1.0 m = 14.5 m Y2 = 0.44 m kabul edilecektir. N = 1 ve debi (q) = 0. 538 m3/sn alınacaktır. y1 = [ y22 + ( 2 *( q * N)2 / g*b2*y2)]1/2 y1 = [ 0.442 + (2 * ( 0,538*1)2/ 9.81*12 *0.44))1/2 = 0.57 m Sürtünme, türbülans ve benzeri kayıplar için % 16 su yüksekliğinin artırıldığı; serbest düşü sağlamak için de 0.15 m ilave edildiği kabul edilirse; Çıkış oluğu savak tabanı ile box girişindeki su yüksekliği arasındaki fark = 0.57 *1.16 + 0.15 m = 0.81 m olur. Bu durumda oluk taban kotu = (4,5-0,09)-0,81=3,60 m olacaktır.

Box tasarımı Box debisi = q’ = 2*0.538 =1,08 m3/ sn ‘ dir. Çıkış borusu için; n= 0.013, çıkışın eğimi 0.00075 m/m kullanılacaktır. Manning denkleminden; Qfull = 1.61 m3/ sn Vfull = 1.05 m/ sn (q/Q) = (1. 08 / 1. 61) = 0. 6; d/D oranı = 0.60 ve (v/ V) oranı = 1.09 Çıkış borusundaki su derinliği = 0.6*1.4 m = 0.84 m Pik debide çıkış borusundaki hız = 1. 09*1. 05 m/sn = 1. 14 m/s Boruya giriş nedeniyle yük kaybı = [ 0.3*(1. 14 )2 ] / ( 2 *9.81) = 0. 02 m Çıkış box’ ındaki su derinliği = 0. 84 + 0.02 m = 0.86 m Oluktaki başlangıç derinliği= 0,86 - y2 = 0,86-0,44 = 0,42 m

Boru taban kotu: 3,60-0,42= 3,18 m Boru üstündeki su kotu: 3,18+0,84 = 4,02 m Box girişi su kotu: 4,02+0,02=4,04 m Oluk başlangıcı su kotu:4,41-0,15=4,26 m Oksijen ihtiyacı: TOİ (kg/ gün) = [Q*(S0 – S)]/ (BOD5/ BODL)] – 1.42*Px = [ 42000*(200–7.4) *(1000 g/kg)-1]/0.68] – 1.42*2528 = 8306 kg/gün SOR (kg/gün) = TOİ/ ( [(C’sw *β*Fa – C)/Csw] ( 1.024)T-20α ) TOİ : Teorik oksijen ihtiyacı ; kg/ gün Csw : Standart 20oC ‘ de musluk suyunda oksijen çözünürlüğü= 9.15 mg/ L C’sw : Ortam sıcaklığında musluk suyunda oksijen çözünürlüğü , mg/L C : Minimum çözünmüş oksijen, mg/L β : Tuzluluk yüzey gerilimi faktörü; atıksularda genellikle 0.9 alınır. α : Oksijen transferi doğrulama faktörü; atıksu için genellikle 0.8 - 0.9’dur. Fa : Yükseklik için oksijen çözünürlüğü doğrulama faktörüdür. T : Atıksuyun ortalama sıcaklığıdır.

Fa = 1- (yükseklik (m) / 9450) ve T = ( Af *Ta + Q *Ti ) / (A*f + Q) A: yüzey alanı, m2 Ta: ortamın ortalama hava sıcaklığı 0C Ti: girişin ortalama sıcaklığı , 0C f : orantılılık faktörü, 0.5 m/ gün Havalandırma havuzunun ortalama çalış sıcaklığı 240C ‘ de C’sw: 8.5 mg/ L C: 1.5 mg/L , α: 0.95 , β:0.9 , CIsw: 9.1 mg/L, Fa: 0.95 (500 m rakım için) SOR : 12615 kg/gün bulunur. İhtiyaç duyulan hava hacmi hesabı (12615)/(1.201*0.232) = 45500 m3/gün.hava

Hava difüzörleri verimliliği : %8 olduğunu varsayılırsa; Teorik hava ihtiyacı = ( 45500)/ 0.08 = 568750 m3/ gün Tasarım havası; teorik havanın %150 sidir; Toplam tasarım havası: 568750 m3/ gün *1.5 = 853125 m3/ gün = 592 m3/ dakika 4 havuz için = 148 m3/ dakika 1 havuz için Kontrol: Kg BOD5 giderimi başına verilen hava = (853125 *1000 g/ kg)/ [(200 -7.4)* 42000] = 106 m3/ kg m3 atıksuya verilen hava = (853125) / (42000) = 20.3 m3/ m3 m3 havuz hacmine verilen hava hacmi = (853125 / 8649) = 99 m3/ m3 . gün

Hava dağıtım sistemi tasarımı Boyutları 61 cm*7.5 cm, dakikada deşarj ettiği standart hava 0.21 m3 olan; Dacron difüzörleri kullanılacaktır. Toplam difüzör tüpü sayısı = 592 / 0.21 = 2819 adet (2880 adet alınacak) Her havuzdaki difüzör sayısı = 2880/ 4 = 720 adet Havalandırma havuzu boyunca 10 dizi halinde difüzörler yerleştirilecektir. Buna göre her dizideki difüzör sayısı = 720 / 10 = 72 adet Her dizin 4 dikey boru askısından oluşmaktadır. Her boru askısındaki difüzör sayısı = 72/ 4 = 18 adet Borulardaki ve difüzörlerdeki yük kaybı ve blower hesabı Diğer hesaplar havalandırmalı kum tutucu gibi yapılacaktır.

SON ÇÖKELTİM HAVUZU TASARIMI

SON ÇÖKELTİM HAVUZU TASARIMI

Tasarım debisi Q = 0.486 + 0.292 = 0.778 m3/s 4 havuz inşa edileceğinden; Q = 0.778/4= 0.195 m3/ sn Grafikten geri devir MLSS ‘i 10000 mg/L olduğundan Grafikten KYK= 2 kg/m2.h okunur.

Son çökeltim havuzu çapı ve alanı hesabı: A = Q*X / SF A = çöktürme alanı, m2 ; X = MLSS , kg/ m3 ; SF = Katı yükleme hızı, kg/ m2 saat Q = 0.195 m3/sn *3600 s/saat = 702 m3/sn A = 695 (m3/sn)*3750 (kg/ m3) / 2.0 (kg/m2.saat) = 1313 m2 Çap = (1313 m2 x 4 / π )1/2 = 40.9 m Gerçek yüzey alanı = π *(40 .9 m)2/4 = 1313,16 m2 Ortalama debide YHY kontrolü: YHY = Q/A = 0.195*86400 / 1313,16 = 12.83 m3/m2 gün = 0,534 m/saat (15 m3/m2 gün‘den daha küçük, ancak tabloda X=4400 mg/L yeterli bir değer olduğundan kullanılabilir bir yüzey yüklemesidir )

Pik debide YHY kontrolü: Q = [ 1.321 + 0.292] / 4 = 0.403 m3/ sn YHY = [ 0.403*86400] / 1313,16 = 26.52 m3/ m2.gün Üç havuzun çalışması durumunda = (1. 321 + 0.292)/ 3 = 35.7 m3/ m2.gün (40 m3/m2 .gün altında olsa da tatmin edicidir.) Katı yüklemesi hesabı: Ortalama debide KYK = [0.195*3750 *86400] / (1000 g/kg *1313,16) = 48.1 kg/m2 gün (49 kg/m2 gün e yakın, kabul edilebilir) Maksimum debide KYK = [ 0.403*3750*86400] / (1000 g/kg*1313,16) = 99,43 kg/ m2 gün Üç havuz çalıştığında KYK = [0.538 x 3750 x 86400]/(1000*1313,16) = 134 kg/ m2 gün > 100 kg/ m2 gün (kabul edilebilir)

Havuz Derinliği: H = Berrak su bölgesi derinliği + çökeltim bölgesi derinliği + çamur depolama bölgesi derinliği Berrak su ve çökelme bölgesi belirlenmesi Berrak su bölgesi genellikle 1-1.5 m arası ve çökelme bölgesi derinliği 1,5 – 2.0 m arasındadır. Berrak su ve çökelme bölgesi toplam derinliği 3.0 m kabul edilecektir. Yoğunlaşma bölgesi derinliği hesabı Normal koşullar altında, sistemdeki katı kütlesinin %30’unun çöktürme havuzunda bulunduğu varsayılır. Son çökeltimdeki yoğunlaşma bölgesindeki çamur konsantrasyonu 7000 mg/L kabul edilebilir. Havalandırma havuzdaki toplam katı kütlesi = [ 3750*4.5 *15.5*31 / 1000] = 8108 kg Son çökeltimdeki toplam katı kütlesi = 8108*0.3 = 2432 kg Yoğunlaşma bölgesi derinliği = [2432*1000]/[7000*1313,16]≈0.3 m

Çamur depolama bölgesi derinliği: Çamur depolama bölgesi; çöken çamuru korumak için yapılır. Çamur depolama kapasitesi; 1 gün süreyle pik debi ve BOD5 yüklemesi yapıldığı kabulü ile bulunur. Sürekli pik debi oranı ve BOD5 faktörü sırasıyla 2.5 ve 1.5 ‘tir. Px= (0.3125*42000)*(200 – 7.4) * (1.5*2.5)/1000 = 9480 kg/gün TSS= TVSS / 0.8 için; Toplam depolanan katı = 1 gün*9480/0.8 = 11850 kg Her havuzda depolanan katı = 11850/4 = 2963 kg Çöktürmedeki toplam katı = 2963 + 2432 = 5395 kg Çamur depolama derinliği = (5395*1000) / (7000*1313,16) = 0.59 m ≈ 0.6 m Toplam derinlik hesabı: Çöktürücüdeki toplam derinlik = 3.0 + 0.3 + 0.6 = 3.9 m ≈ 4.0 m Güvenlik için 0.5 m duvar yükseltilir ise toplam derinlik 4.5 m olur.

Çöktürme havuzu ortalama hacmi : = π/4 x (40.7 m)2 x 4.0 m = 5201 m3 Farklı debi koşullarında bekleme sürelerinin hesaplanması: Ortalama debide bekleme süresi = 5201 m3/ (0.195 *3600 sn/ saat) = 7,4 saat Pik debide bekleme süresi = 5201 m3 / (0.403 *3600 sn/ saat) = 3.6 saat 3 havuz çalışırken bekleme süresi = 5201 m3 / (0.538*3600) = 2.7 saat

Çıkış Yapısı Oluk genişliği = 0.5 m kabul edilmiştir. Çıkış savaklarının konulduğu oluk duvarı uzunluğu = π (40.7 m –(2*0,5)) = 124,7 m 8 cm derinliğin de 900 üçgen savak planlanacaktır. Merkezden-merkeze 39,5 cm olan savaklar kullanılırsa; Toplam çentik sayısı = 124,7 m/ (39,5 cm /100 m/cm) = 316 adet Ortalama debide; Q = 0.486 / 4 = 0.1215 m3/ sn Her çentikteki debi (q)= 0.12 15/ 316= 0.00039 m3/s H= [(15/8)*(0.00039/ (0.584*(2* 9.81*tan45)1/2)]2/5 = 0.038 m = 3.8 cm Pik tasarım debisinde bir ünite devre dışı kaldığı durumda ; q= (1.321)/ (3 *316) = 0.0014 m3/ sn H = [ (8/15) *(0.0014/(0.584 *(2 x9.81*tan45)1/2 )]2/5 = 0.063cm =0.63 m

Ortalama debide savak yükü = 0. 1215 Ortalama debide savak yükü = 0.1215 *86400 / 124,7 = 84,2 m3/m gün (124 m3/m gün den düşük olduğundan uygun) Pik tasarım debisinde üç havuz devrede savak yükü =(1.321*86400) / (3*124,7 m) = 305,1 m3/ m gün (372 m3/m gün den düşük olduğundan uygun) Çıkış oluğu hesabı: Oluk genişliği = 0.5 m Kullanılan box boyutları (2 m * 2m) 0.8 m çapında çıkış borusu kullanılmıştır ve ters sifon şeklinde konumlanmıştır. Pik tasarım debisinde box’taki su yüksekliği 0.61 m Oluk eşik yüksekliği 0.3 m Y2 = 0.61 m – 0.30 m = 0.31 m; b = 0.5 m; N = 1 m Oluk akışı ikiye böldüğünden oluktaki debi (Q)= 1.321/( 2 x 4 havuz) = 0.17 m3/ sn

y1 = [ y22 + ( 2 *(q)2/g*b2*y2)]1/2 y1 = [ 0.312 + ( 2 *(0,17)2/ (9.81*0.52 *0.31) )1/2 = 0.42 m Sürtünme, türbülans vb durumlar için % 16 yük kaybı olduğu, serbest düşmeyi sağlamak içinde 25 cm ilave edildiği kabul edilirse; Oluk taban kotu ile savak taban kotu arasındaki fark = (0.47*1.16) + 0.25 m = 0.80 m olur. Detaylar diğer slaytta verilmiştir.