İLERİ ARITMA SİSTEMLERİ Genel Bilgi-İleri Biyolojik Azot Fosfor Giderimi Ders Notu-I

ileri arıtma sistemleri İleri Atıksu Arıtımı Klasik arıtma sistemleri çıkışında arıtılmış atık suda kalan AKM, çözünmüş madde, organik maddeler vb. gibi kirleticilerin de arıtımı ilave arıtma sistemlerini gerektirmekte olup bu sistemlere ileri arıtma sistemleri (Advanced Treatment Plants) denmektedir. Bu kirleticiler organik maddeler, askıda katı maddeler, inorganik maddeler (Ca, K, SO4, PO4, NO3 vb.) veya kompleks sentetik organik bileşikler olabilmektedir.

İleri Atıksu Arıtımı Arıtılmış atıksuda geriye kalan bileşiklerin çevredeki potansiyel etkisi deşarj ortamına göre önemli değişiklikler gösterir. Her ne kadar askıda katı ve biyolojik olarak parçalanabilen organiklerin arıtımı için klasik ikinci kademe arıtma sistemleri yeterli olsa da deşarjın göl, nehir, dere veya hassas bölgelere yapılması durumunda daha fazla arıtım gerekmekte, bu da ileri arıtma sistemlerinin ilavesini zorunlu kılmaktadır.

İleri Atıksu Arıtımı Örneğin; atıksudaki azot (N) ve fosfor (P)’un alıcı ortamlarda ötrifikasyonu hızlandırdığı ve sucul büyümeyi artırdığı görülmüştür. Bu nedenle azot ve fosforun kontrolü ve deşarjında sınırlandırılması önem kazanmıştır.

İleri Atıksu Arıtma İhtiyacı Atıksuda bulunan bileşiklerin bilimsel olarak tespiti, genişleyen bilgi ağına ulaşım ve çevre izleme çalışmaları, arıtılmış atıksuyun deşarj limitlerinin daha sıkı ve sınırlayıcı olmasına yol açmıştır. Birçok yerde deşarj limitleri ikinci kademe arıtım sistemlerinde arıtılamayan organik maddenin, (askıda katının, besi maddelerinin (N ve P) ve öncelikli kirleticiler) arıtımını gerektirebilir. Dünya’da kullanma suyunun sınırlı olduğu yerlerde arıtılmış atıksuyun tekrar kullanımı giderek önem kazanmaktadır.

Arıtılmış Atıksuda Bulunabilecek Maddeler ve Etkileri-I

Arıtılmış Atıksuda Bulunabilecek Maddeler ve Etkileri-II

Arıtılmış Atıksuda Bulunabilecek Maddeler ve Etkileri-III

İleri Atıksu Arıtımı için Kullanılan Arıtma Teknolojileri Özellikle son 20 yılda birçok ileri arıtma teknolojisi geliştirilmiş ve uygulamaya sokulmuştur.

Teknolojilerin Sınıflandırılması İleri atıksu arıtma sistemleri temel işlem ve proseslerine veya uygulanan arıtma prensibine göre sınıflandırabilirler. Bu işlem ve proseslerin kıyaslanmasını kolaylaştırmak için aşağıdaki hususlar dikkate alınır. • Arıtmanın amacı, • Beklenen fonksiyonu gerçekleştirmek için kullanılan işlem ve proses tipi, • Arıtılan atıksu özelliği ile ilgili bilgiler Tabloda verilmektedir.

İleri Atıksu Arıtma İşlem ve Prosesleri İle Kirlilik Giderimi-I

İleri Atıksu Arıtma İşlem ve Prosesleri İle Kirlilik Giderimi-II

İleri Atıksu Arıtma İşlem ve Prosesleri İle Kirlilik Giderimi-III

Proseslerin Arıtma Seviyeleri Proses ve işlem seçimi; • Arıtılmış atıksuyun potansiyel kullanımına • Atıksuyun özelliğine • Çeşitli proses ve işlemlerin birarada uygulanabilirliğine • Deşarj standartlarına • Çeşitli sistemlerin çevresel ve ekonomik fizibilitesine bağlıdır.

İleri atıksu arıtımında kullanılan çeşitli temel işlem ve proses düzenlemeleri ile ulaşılabilecek arıtma seviyeleri

Granüler Filtrasyon ile AKM Giderimi Bu konudaki temel parametreler aşağıdaki gibidir. • Granüler filtrasyonun uygulanması • Filtre ünitesinin sayısı ve boyutu • Filtre tipinin seçimi • Filtre yatağının çeşitleri • Filtre malzemesinin özellikleri • Filtre geri yıkama sistemi • Filtreye ilaveler • Filtre işletme problemleri • Filtre kontrol sistemleri ve enstrümanları, • Kimyasal ilaveli filtrasyon

İşletme Problemleri Biyokütle içeren biyolojik arıtma çıkış sularının filtrasyonunda, yarı kesikli filtrelerde çamur birikmesi ve yağ-gres oluşumunu önlemek için en az 24 saatte bir geri yıkanma yapılmalıdır. Birçok durumda geri yıkama daha sık olabilmektedir.

Kimyasal İlaveli ile Çıkış Suyu Filtrasyonu Organik Polimerler Kullanımı Organik polimerler katyonik, anyonik veya noniyonik olabilirler. Polimerler daha büyük tanecik (flok) oluşturmak için çöktürülmüş çıkış suyuna ilave edilir. Atıksuyun kimyasal yapısı polimer verimini önemli ölçüde etkileyeceğinden, deneysel çalışma yapılarak (kavanoz testi- jar test) polimer tipini belirlemek gereklidir. Araştırmalarda polimer dozajı 1 mg/l’den başlanarak arttırılır ve sonuçlar gözlenir.

Kimyasal İlaveli ile Çıkış Suyu Filtrasyonu Alum kullanımı Yüksek pH değerine sahip (7,3-8,5) atıksular için 5-10 mg/l gibi düşük alum dozajları etkili olmadığından genel olarak optimum tanecik giderimi, pH 7-8 aralığında 20-60 mg/l gibi yüksek alum dozajlarında elde edilir.

Mikroelek ile Artık AKM Giderimi Mikroelekler, biyolojik arıtma ve stabilizasyon havuzu çıkış sularındaki askıda katıları gidermek için kullanılan eleklerdir. Bu ünitelerde elde edilen verim(AKM giderimi) yaklaşık olarak %55 olup genel olarak %10 ila %80 arasında gözlenir. Burada karşılaşılan ana problem, yüksek verimde AKM gideriminin sağlanamaması ve katı miktarlarındaki dalgalanmalara karşı sistemin dirençli olmamasıdır.

Besi Maddelerinin Kontrolü Besi maddelerinden azot ve fosfor arıtılmış atıksuların deşarjında önemli parametrelerdendir. Azot ve fosforun deşarj edilmesi, göl ve rezervuarlarda ötrifikasyonu hızlandırır ve sığ sularda köklü sucul bitkilerle beraber alg büyümesini teşvik eder. Estetik olmayan görünümüne ilave olarak, alg ve sucul bitkilerin varlığı özellikle su temini, balık üretimi ve eğlence amaçlı kullanım gibi su kaynağının faydalı kullanımlarını engeller.

Azotun yüksek konsantrasyonlarda deşarjının sebep olduğu diğer zararlı etkileri Alıcı ortamda çözünmüş oksijen düşmesi • Sudaki hayat üzerinde toksik etki • Klorla dezenfeksiyon verimini etkilemek • Halk sağlığına zararlı olmak •Atıksuyun tekrar kullanım amacına uygunluğunu bozmak olarak sıralanabilir. Bu nedenle azot ve fosforun kontrolü su kalitesi yönetiminde ve atıksu arıtma sistemlerinin tasarımında büyük öneme sahiptir.

Besi Maddeleri Kontrol Stratejisi Besi maddelerinin kontrol stratejisinin seçiminde, ham atıksu özelliklerinin belirlenmesi, mevcut arıtma sistemi ve istenen besi maddesi kontrol seviyesi önemli faktörlerdendir.

Besi Maddeleri Kontrol Stratejisi Kimyasal, fiziksel ve biyolojik sistemlerin ilavesi ile mevcut arıtma sistemlerinde besi maddelerinin deşarjı kontrol edilebilmektdir. En çok kullanılan ilave prosesler, azot giderimi için amonyak oksidasyonu ve biyolojik nitrifikasyon-denitrifikasyon, fosfor giderimi için ise kimyasal çöktürmedir. Ancak son yıllarda fosforun yalnız veya azot ile birlikte giderimi için yeni prosesler geliştirilmiştir. Bu prosesler, kimyasal kullanımının az olmasından veya hiç kimyasala ihtiyaç duyulmamasından dolayı tasarımcılar ve işletmeciler tarafından tercih edilmektedir.

Biyokimyasal İşlemlerde Azot Döngüsü

Azot Yüküne Sahip Atıksular Çöp sızıntı suları (3000 mg/L N) Hayvancılık (215 mg/L NH3 –N) Şeker (113.5 mg/L NH3-N)

Azot Döngüsü Atıksularda azot formları: Amonyak azotu Organik azot (amino asit, protein, nükleotid) İnorganik azot (nitrat ve nitrit)

Azot Döngüsü Organik-N -3 NH4+ Amonyum N2 Azot Gazı NO2- Nitrit +3 N-Formu Bileşik Oksidasyon Durumu Organik-N -3 NH4+ Amonyum N2 Azot Gazı NO2- Nitrit +3 NO3- Nitrat +5

Biyolojik Azot Giderim Sistemleri Konvensiyonel Nitrifikasyon-Denitrifikasyon Sharon Anammox Canon

Konvensiyonel (Klasik) Nitrifikasyon & Denitrifikasyon Toplam Azot Gideriminde 3 Basamak: Hidroliz & Amonifikasyon Üre & organik Azot NH4-N Nitrifikasyon NH4-N + O2 NO3 –N / NO2-N Denitrifikasyon NO3-N N2

Hidroliz & Amonifikasyon Organik azot bileşikleri NH3 Amonifikasyon Bakterileri

Nitrifikasyon Elektron alıcı : oksijen (aerobik koşullar) Bakteri türü: zorunlu aeroblar

Nitrifikasyonu Etkileyen Parametreler Hassas bir süreç Nitrifikasyon yapan bakteriler çok yavaş büyürler, yüksek SRT gerektirir. Yüksek çözünmüş oksijen konsantrasyonu, Ç.O > 2mg/L Sıcaklık pH; 7,5 - 8,6 Düşük C:N İnhibitör bileşikler

Denitrifikasyon Elektron alıcı : nitrat (anoksik koşullar) Elektron verici: organik bileşikler (karbon kaynağı yetersizliği) Bakteri türü: heterotroflar

Denitrifikasyon Bakterileri + Yeni Hücre

Gerekli İşletme Koşulları Denitrifikasyonu takip eden bir nitrifikasyon ünitesi (anoksik+aerobik) Nitrifikasyon için aerobik koşullar ve düşük C konsantrasyonu Denitrifikasyon için anoksik koşullar + karbon kaynağı (KOİ)

Temel Biyolojik Azot Giderim Prosesi

BARDENPHO Azot Giderim Prosesi

Azot Gideriminde Son Trendler Yüksek azot içeren atıksularda gerekli ek karbon kaynağı ve maliyet artışı… Yüksek miktarda amonyak içeren atıksular için alternatif azot giderme prosesleri araştırılmıştır. Bunlar:

SHARON Prosesi Yüksek amonyum içeren atıksular Yüksek sıcaklık 35 ºC, pH.

ANOMMOX Prosesi Amonyumun anaerobik koşullarda azot gazına dönüşmesi Elektron verici = amonyak; elektron alıcısı= nitrit İlave karbon kaynağı ihtiyacı yoktur Karbon kaynağı CO2 En uygun biyoreaktör tipi: Ardışık Kesikli Reaktör Dezavantajı, sorumlu mikroorganizmaların büyüme hızı çok yavaş

ANOMMOX Prosesi Mikroorganizma türü, anaerobik kemolitoototroflardır Elektron alıcı olarak nitriti kullanırlar (anobolik faaaliyetlerde elektron verici) Hidrazin (N2H4) ve hidroksilamin (NH2OH)

CANON Prosesi Yüksek miktarda amonyum, düşük konsantrasyonda organik madde içeren atıksular için ekonomik Proses, kısmi nitrifikasyon ve anoksik amonyum oksidasyonuna dayanır Oksijen sınırlı şartlar Nitrosomonas + anammox (ototrof mikroorganizmalar)

Özet Reaksiyonlar

Biyolojik Azot Giderme Proseslerinin Karşılaştırılması

Biyolojik Azot Giderme Proseslerinin Karşılaştırılması