ATIK SULAR VE ARITILMASI İnsan yaşamıyla ilgili (antropojenik) kaynaklardan kanalizasyon sistemine verilen suların toplamına atık sular denir.

Bunlar bir yerleşim biriminin bir çok pisliklerinin bir araya geldiği son derece kirli sulardır.İçlerinde suda çözünen asitlerin, bazların yanı sıra suda çözünmeyen katılar, sıvılar, süspansiyonlar, emülsiyonlar ve ayrıca çok çeşitli zararlı ve zararsız bakteriler bulunur.Böyle sular eskiden kanalizasyon sistemiyle yakından geçen bir nehre veya yakında bulunan bir göle verilirdi.

Bu işlem zamanımızda yasaklanmıştır Bu işlem zamanımızda yasaklanmıştır. Bu yasağa göre, kısmen de olsa arıtılmış bir kanalizasyon suyu böyle yerlere verilemez.Kanalizasyon sularının veya atık suların arıtılmasına 1870 yılında ilk defa ABD’de başlanmıştır. Zamanımızda atık suların çok büyük bir kısmı arıtma işlemine tabi tutulur.

Ancak kırsal kesimlerde yani kalabalık olmayan yerlerde otel, motel gibi yerlerde, kanalizasyon suları sızdırmalı boru sistemi kullanılarak yeraltına verilebilir.Bunun için sızdırma borularının etrafı kumla çakılla beslenir.Bu gibi durumlarda çok dikkatli olunması ve toprağın cinsinin bilinmesi gerekir.Ayrıca sistem zaman zaman temizlenmeli ve sızdırma borularının altı ve üstü çakılla, kumla doldurulmalıdır.

Şehir atık sularını göl, nehir gibi bir kaynağa verilmeden önce arıtılması gerekir demiştik. Arıtma başlıca 3 kademe yapılır. Ancak her arıtma 3 kademeli olmayabilir.Bazı arıtmalar birinci, bazıları da ikinci kademede bırakabilir.

1) birinci kademede atık sulardaki katı parçacıklar(organik ve inorganik) ayrılır ve atık sular, biyokimyasal oksijen ihtiyacı (BOD) daha az olan bir su haline getirilir.Böyle bir arıtmaya daha çok fiziksel arıtma denir. 2) ikinci kademede atık suların biyolojik oksijen ihtiyacı daha da düşürülür. Yani atık sular organik maddelerden büyük oranda arıtılır. Ancak süspansiyon ve emülsiyon halindeki maddelerle, suda çözünen maddeler ortamda kalır. Bu kademe arıtmasına daha çok biyolojik temizleme denir.

3)üçüncü kademede ise atık sularda süspansiyon halinde bile parçacık kalmadığı gibi suda çözünen organik ve inorganik maddelerinde hemen hepsi ayrılır. Böyle sular tekrar şehir şebekesine verilebilir.Bu kademedeki arıtmalar başlıca 3 gruba ayrılır. a) Biyolojik b) Kimyasal c) Fiziksel Üçüncü kademe arıtmasına ileri arıtma da denir.

Şimdi her kademe arıtmasına neler yapılır, özet olarak onları görelim. Birinci Kademe Arıtması: Birinci kademe geniş tank veya havuzlarda yapılır. Atık sular, havuz veya tanka alınmadan önce bir ızgaradan(2.5 cm aralıklı) geçirilerek içinde bulunan kaba organik(dışkı) ve inorganik maddeler(büyükçe kum çakıl gibi) ayrılır.

Kaba katı maddeleri ayrılan sular, geniş bir tanka alınır ve tankta içinde bulunan daha küçük organik inorganik maddeler dinlendirilmeyle çöktürülür.İnorganik maddeler organik maddelerden 2.5 defa daha hızla çöker. Bundan sonra sular daha derin ikinci bir tanka alınır.

Burada, sularda bulunan daha küçük parçalarla, süspansiyon ve emülsiyon halinde bulunan parçaların büyük bir kısmı çöker.İkinci basamak arıtma işlemi yapılmayacaksa bu sular klorlanarak nehir veya başka bir yatağa pompalanır.Klorlamayla böyle sularda bulunan zararlı bakteriler büyük ölçüde yok edilir.

Birinci kademe arıtılmasından sonra nehir veya başka bir kaynağa verilen sularda katı halde gözle görülür parçacıklar kalmadığı gibi süspansiyon ve emülsiyon halinde bulunan parçacıklarında yaklaşık %60’ı çöktürülmüş olur. Bu süzülerek ayrılan katı parçacıklarla ve çöktürülen süspansiyonla ve emülsiyonlarla azotlu bileşiklerin %20’si, fosforlu bileşiklerinde %10’u ayrılmış olur. Bütün bunlardan sonra atık suların biyokimyasal oksijen ihtiyaçları yaklaşık %35 düşer.

Ancak bu suların biyokimyasal oksijen ihtiyaçlarının %35 düşmesi onların temiz kullanılabilir olması anlamına gelmez. Zira bunların biyokimyasal oksijen ihtiyaçları hala yüzlerle ve hatta bazı hallerde binlerce ifade edilecek kadar yüksektir. İçilebilir bir suyun biyokimyasal oksijen ihtiyacı en çok 5 mg/L dır. Bu da gösteriyor ki, atık sular ,için birinci kademe arıtma yeterli değildir ama çok önemlidir.Bugün ABD gibi gelişmiş ülkelerde bile arıtmanın sadece bu kademesini yapan bir çok tesisler vardır.

İkinci Kademe Arıtma: ikinci kademe arıtma daha çok biyolojik prosesler(doğal degredasyon prosesleri) üzerine kurulmuştur. Bu proseslerle kirli suların biyokimyasal oksijen ihtiyacı daha da düşürülür.Bunun için başlıca iki proses geliştirilmiştir.

Birinci proseste kirli sular iri taneli çakıl ve taşlardan yapılan 1-3 m kalınlığındaki bir tabakadan süzülür.Bu süzülme esnasında bakteriler çakıl ve taşlar üzerinde toplanarak çoğalır ve suda süspansiyon, emülsiyon halinde bulunan organik maddeleri kullanarak suyun biyolojik ihtiyacını büyük ölçüde düşürürler.kirli sular böyle bir tabakadan veya filtreden(aktive edilmiş tabaka) geçtikten sonra filtre tabakasının altında bulunan borulardan dışarı alınır.

Bu temizlemede en önemli husus, organik maddelerin geniş yüzeyli taş ve çakıllar üzerinde absorbe olması ve bakterilerin çoğalması için iyi bir ortam hazırlanması ve çoğalan bakterilerinde bu maddeleri parçalamalarıdır.Kirli suları arıtan esas proses budur.Tabakanın üst kısımlarında daha çok aerobik, alt kısımlarındaysa daha çok anaerobik bakteriler ürer ve parçalanma hem aerobik, hem de anaerobik devam eder.

İkinci proseste kirli suyun BOD değeri %80 düşürülür İkinci proseste kirli suyun BOD değeri %80 düşürülür.(organik madde %80 azalır.) Bu kademede ki arıtma, içi yaralı bakterilerle dolu çamur katılarak da yapılır.Bunun için çamur kirli suyla karıştırılır ve içinden basınçlı hava geçirilir. Böylece aktive edilmiş çamurla kirli su ve oksijen birbiriyle çok iyi temas eder ve bu temas birkaç saat sürer. Bu süre içinde organik maddeler bakteriler tarafından parçalanır. Böyle bir reaksiyon basit olarak Organik madde+ 0₂+Bakteri C0₂+NH₃+Enerji şeklinde gösterilebilir.

Yakın bir geçmişte yapılan bir değişiklikle böyle bir proseste hava yerine saf oksijen kullanılmış ve havayla olduğundan , çok iyi sonuç elde edilmiştir. Böylece saf oksijen kullanılarak birim hücredeki bakteri konsantrasyonu artırılmakta ve dolayısıyla temizleme daha etkili hale getirilmektedir.bu şekilde sisteme verilen oksijenin %90 ı bakteriler tarafından kullanılırken, hava gönderme sisteminde oksijenin ancak %5-10 nu kullanılabilmektedir.

İşlem görmüş sular havalandırma veya saf oksijen gönderme tankından dinlendirme tankı denen ikinci tanka alınır. Çamur ve bakteriler dibe çöker(yoğunluk farkı) ve üstteki su alınır. Alınan su, doğal sularla karıştırılır veya üçüncü kademe temizleme işlemine tabi tutulur. Dinlendirme tankında dipte toplanan çamur aktive olmuş çamurdur ve tekrar kullanılmak üzere ikinci parti kirli suya gönderilir.. Bir ortamda organik madde az bakteri çok ise, bakteriler aç kalır ve böyle bir çamura aktive olmuş çamur denir.

Üçüncü Kademe Arıtma : Üçüncü kademe arıtma(ileri temizleme) genellikle çok az uygulanır. ABD gibi ileri ülkenler de bile bu uygulama %3-5’i geçmez. Çünkü birinci ve ikinci kademe arıtmalarında suların BOD değerleri çok düşürülmüş ve zararlı bakteriler yok edilmiştir. Ancak, böyle sular hala bir miktar süspansiyon ve bol miktarda da suda çözünen organik ve inorganik maddeler ihtiva eder.

Su kalitesinin istenen düzeyde olması isteniyorsa, bu maddelerin de uzaklaştırılması gerekir. Uzaklaştırılacak maddeler başlıca 4 gruba ayrılır. 1) Süspansiyonlar 2) Çözünmüş organik maddeler 3) Çözünmüş tuzlar 4) Çözünmüş mineraller

Süspansiyonlar(parçacıklar) daha çok aktive edilmiş çamurdan gelir Süspansiyonlar(parçacıklar) daha çok aktive edilmiş çamurdan gelir. Dinlendirme kabında her ne kadar çöktürme yapılıyorsa da, gene bir miktar süspansiyon halinde katı parçacıklar üçüncü basamağa geçer ve çöktürülmeleri gerekir. Bunlar bu kademe de uygulanacak öteki işlemleri(elektrodializ veya ters osmoz) güçleştirir. Onun için bu süspansiyonların uzaklaştırılması gerekir. Bu amaçla başlıca alüminyum sülfat Al₂(SO₄)₃.12 H₂O (alum) kullanılır.

Kalevi ortamda Al₂(SO₄)₃+ 6HCO₃⁻ 2Al(OH)₃+3SO₄⁻2 +6CO₂ reaksiyonu cereyan eder ve kaba Al(OH)₃ parçacıkları çökerken süspansiyon halindeki katı maddeleri de birlikte sürükler ve çöktürür.

Üçünü kademeye gelen kirli sular içinde az çok oranda da olsa organik maddeler bulunur.bunlarında uzaklaştırılması gerekir. Bu işlem özellikle toksikoloji bakımından çok önemlidir. Böyle maddeler en iyi aktif karbonla uzaklaştırılır. Bunun için sular aktif karbonla doldurulmuş büyük tanklardan geçirilir veya süzülür. Kullanılan karbon granüle haldedir(ancak toz halindeki karbonun kullanılması da araştırılmaktadır). Granüle karbon absorblama zamanla özelliğini kaybeder. Çünkü gözenekleri organik maddeyle dolar(tıkanır). Bu duruma gelmiş olan granüle karbon rejenere edilir.

Çözünmüş organik maddeler kimyasal olarak da uzaklaştırılabilir Çözünmüş organik maddeler kimyasal olarak da uzaklaştırılabilir. Bunun için hidrojen peroksit (H₂O₂) ve ozon O₃ metotları kullanılır. Her iki maddeden de atomik oksijen açığa çıktığından, bunlar organik maddeleri kolaylıkla yükseltgerler. 2H₂O₂ 2H₂O+2O O₃ O₂+ O Bu iki madde kötü kokuları, renkli maddeleri ve patojenik organizmaları yok eder.

Kirli sularda azotlu ve fosforlu bileşiklerin bulunması ötrofikasyona sebep olduğundan , iyi değildir. Bunlarında uzaklaştırılması gerekir. Böyle sularda fosfor genellikle fosfat halinde bulunur ve çöktürülerek ayrılır. Süspansiyon halindeki parçacıkları çöktürmede kullanılan alüminyum sülfat bu arada fosfatı da çöktürür. Al⁺3+ PO₄⁻3 AlPO₄ Alüminyum fosfat da öteki çökelekler gibi kabın dibine toplanır.

Azotlu bileşiklerin uzaklaştırılması, azotun ortamda ne halde bulunduğuna bağlıdır. Örneğin amonyum iyonu, NH₄⁺ şeklindeyse, suyun pH’ı yedinin üstüne çıkarılır. Bu pH’da OH⁻+ NH₄⁺ NH₃+ H₂O reaksiyonu cereyan eder ve amonyak serbest hale gelir.b böyle bir suyun pH’sı 10 yapılır ve içinden hava geçirilirse, amonyağın %85i ortamdan uzaklaştırılmış olur.

Amonyağın sulu ortamdan uzaklaştırmak için son zamanlarda yeni bir proses denenmektedir. Bu prosesde amonyak bazı bakterilerle yükseltgenerek nitrat haline(nitrifikasyon), nitrat da bir kısım bakteri tarafından azot gazı haline (denitrifikasyon) dönüştürülmektedir. Buna biyolojik proseslerin karışım metodu da denebilir.

Kirli sularda nitrat ve fosfattan başka inorganik madde olarak Na⁺, K⁺, Ca⁺2, Mg⁺2, SO₄⁻2, Cl⁻, HCO₃⁻ iyonları bulunur. Bu iyonlar çok zararlı değildir. Ancak, konsantrasyonları büyük olduğundan , tuzluluk meydana getirir. Böyle suların tuzluluğu doğal sularınkinden çok daha fazladır. Bundan dolayı sözü edilen iyonların ortamdan uzaklaştırılması gerekir. Bunun için ya elektrodializ metodu veya ters osmoz metodu uygulanır. Elektro dializ metodunda özel olarak planlanmış bir cihaz kullanılır, cihazda görülen membran çok önemli olup kimyasal işlem görmüş bir polimerden yapılmıştır.Cihazdaki elektrotlar arasında uygun bir potansiyel uygulandığında membranlarla ayrılmış bölgedeki, iyonlar, yüklerini cinsine göre ya anoda veya katoda doğru göç ederler.

Membrandan geçen iyonlar anod ve katot bölgelerinde toplanırlar Membrandan geçen iyonlar anod ve katot bölgelerinde toplanırlar. Böylece membranlarla ayrılmış kısımda tatlı su kalır. Bu su yeniden kullanılabildiği gibi, daha ileri bir işleme de tabi tutulabilir. Elektrodiyaliz metodunda kaşımızza başlıca iki problem çıkar. 1) Organik maddeler bu metotla ortamdan uzaklaştırılamazlar ve bunlar aynı zamanda gözenekleri tıkarlar. Böylece cihazın verimi düşer veya çalışamaz hale gelir. 2) Bol miktarda salamura çıktığından bunların atılması için doğal bir kaynağa ihtiyaç vardır. Bu nedenle böyle cihazlar nehir ve deniz kıyılarında kurulabilir.

Elektrodiyaliz metodu bir defa uygulandığında atık suyun %92’si, tuzlarında %35’i geri kazanılır. Tuzların %35 oranında geri kazanılması küçümsenmeyecek bir işlemdir. Bu orandaki tuz, suya ilk kullanılması esasında karışmış olan tuza yakındır. Böyle bir su, şehrin genel şebekesine verilebilecek niteliktedir.

Elektrodiyaliz yerine ters osmoz olayı da kullanılmaktadır Elektrodiyaliz yerine ters osmoz olayı da kullanılmaktadır. Ters osmoz olayına geçmeden önce osmoz olayını basit olarak açıklayalım. Biribirinden yarı geçirgen bir membranla(zar) ayrılmış iki, hücre konsantrasyonları farklı bir tuzun iki çözeltisiyle doldurulursa, konsantrasyonları eşit oluncaya kadar derişik çözelti tarafındaki hücrede bulunan iyonlar, seyreltik çözelti tarafına geçer.konsantrasyonlar eşit olunca geçiş durur. Ters osmoz olayında ise membrandan iyonlar değil su molekülleri geçer. Bunun için yarı geçirgen membrana basınç uygulanır. Kirli su yüksek basınç, altında hücreye girer ve su molekülleri yarı geçirgen bir zardan geçerek temizlenmiş su olarak çıkar. Böylece suda yabancı maddelerin uzaklaştırılması yerine, su yabancı maddelerden(organik ve inorganik) uzaklaştırılır.

Bu metodun uygulanmasında karşılaşılan başlıca iki zorluk vardır ve şöyledir. 1) İnce yarı geçirgen membrana destek sağlayacak bir iskeletin dizaynı 2) Zamanla membranın organik maddelerle tıkanması. Ancak bu metotdaki membran tıkanması,elektrodiyaliz metodundaki kadar ciddi sorun yaratmaz. Bu metotla atık suda bulunan katıların%90’ı bertaraf edilir. Atık suların tekrar kazanılmasıyla yaklaşık %75’dir. Salamura veya acı suların nereye atılacağı bu metotta da ciddi bir problemdir.

Aysun HANECİ O. 232037 3A(Gece) Konu: atık sular ve arıtılmaları Kaynak: Çevre sorunları (Bilge yayıncılık) Prof. Dr. Turgut GÜNDÜZ