DENGELEME HAVUZU Dr. Murat SOLAK

DENGELEME Arıtma sistemlerinde dengelemenin amacı atıksu karakteristiklerindeki değişiklikleri minimize ederek arıtım kademelerinde optimum şartları sağlamaktır. Dengeleme tankı, Atıksu debisindeki farklılıkları ve üretimden dolayı zaman zaman atılan veya istemeyerek dökülen bazı konsantre atıksu akımlarını biriktirebilecek boyutta dizayn edilir.

ENDÜSTRİYEL ATIKSU ARITMA TESİSLERİNDE DENGELEMENİN AMAÇLARI ŞUNLARDIR : Biyolojik sisteme şok yüklemeyi önlemek amacıyla organik yük dalgalanmalarını yumuşatmak, Yeterli pH kontrolü sağlamak veya nötralizasyon için gerekli kimyasal madde miktarını minimize etmek, Üretim olmadığı zamanlarda biyolojik sisteme sürekli atıksu sağlamak, Kanalizasyon sistemine daha kontrollü ve çok değişken olmayan su deşarj etmek, Biyolojik sisteme yüksek konsantrasyonda toksik maddelerin girişini önlemek.

Dengeleme ünitesinde, konsantrasyonun dengelenmesi ve çökelmenin önlenmesi amacıyla karıştırma uygulanır. Buna ilaveten karıştırma ve havalandırma ile yükseltgenebilen maddelerin ve BOI’ nın kısmi oksidasyonu gerçekleşir. Dengeleme tanklarında karıştırma yöntemleri şunlardır: Giriş akımının dağıtımı ve perdeleme Türbinlerle karıştırma Difüzörle havalandırma Mekanik havalandırıcılarla havalandırma Dengeleme ünitesi tasarımında şu hususlar önemlidir: Dengeleme ünitesinin arıtma tesisi içindeki yeri Dengelemenin hat üzerinde ya da hat dışında olması Gerekli dengeleme havuzu hacmi

DENGELEME ÜNİTESİNİN YERİ En uygun dengeleme tankı yeri, arıtmanın türü ile atıksu ve atıksu toplama Sistemi özelliklerine bağlı olduğundan değişik dengeleme tankı yerleri için detaylı çalışma yapılmalıdır. Dengeleme tankının ön arıtmadan sonra, biyolojik arıtmadan önce bir yerde olması uygundur. Ön arıtmadan hemen sonra dengeleme, çamur ve köpük problemlerini azaltacaktır.

DENGELEME ÜNİTESİNİN YERİ İlk çöktürmeden ve biyolojik arıtmadan önce yapılacak dengeleme ünitelerinde, katı maddelerin çökmesini ve konsantrasyon dalgalanmalarını önlemek için yeterli karışım, koku problemine karşı da yeterli havalandırma sağlanmalıdır. Dengeleme havuzu atıksu hattına yerleştirilebildiği gibi hat dışına da yerleştirilebilir. Hat dışı dengelemede ortalama günlük debinin üzerindeki debi fazlası by-pass’a yerleştirilmiş dengeleme havuzundan geçirilir, ortalama debi düşünce suyu boşaltmaya başlar. Atıksu hattına yerleştirildiğinde bütün debi bu havuzdan geçer. Bu yüzden konsantrasyon ve debi, hat dışı sisteme kıyasla büyük ölçüde dengelenir.

Gerekli Dengeleme Havuzu Hacmi Debi dengelenmesinde gerekli hacim, toplam akış hacminin zamana karşı çizilmesi ile hesaplanır. Aynı diyagrama ortalama günlük akış hızı (orijin ile son noktanın birleştirildiği düz çizgi) da çizilir (Şekil 4.4). Kütle akış eğrisine teğet, ortalama günlük akış hızı eğrisine paralel bir doğru çizilir.

Gerekli dengeleme hacmi, teğet çizilen noktanın ortalama günlük akış hızı doğrusuna dik doğrultudaki uzaklığıdır. Eğer akış hızı grafiği Şekil 4.3-B deki gibi ortalama akış hızı doğrusunun üstüne çıkıyorsa gerekli dengeleme hacmi, iki teğet doğru arasındaki dik uzaklıktır. Uygulamada dengeleme tankı hacmi teorik olarak hesaplanan değerden daha büyük tutulur.

Dengeleme Havuzu İnşası Dengeleme tankı inşasında dikkate alınacak hususlar, inşaatın yapıldığı malzeme, tank şekli ve teçhizattır. Mevcut bir havuz kullanılacaksa gerekli değişiklikler yapılır. Genellikle borulama ve yapısal değişiklikler gerekir. Dengeleme Havuzu Malzemesi: Dengeleme havuzları toprak, beton veya çelikten inşa edilebilir. Toprak havuzların maliyeti daha düşüktür. Yerel şartlara bağlı olarak yanal eğim 3:1 ve 2:1 olabilir. Tipik bir dengeleme tankı kesiti Şekil 4.5 de verilmiştir. Yeraltı suyu kirliliğini önlemek için havuz geçirimsiz bir malzeme (liner) ile kaplanır. Havasız Şartların oluşmasını önlemek için difüzyon havalı havalandırma veya yüzer havalandırıcılar kullanılır. Yüzer havalandırıcı kullanıldığında korozyona karşı koruma sağlamak amacıyla havalandırıcının altına beton bir plaka yerleştirilir. Yüzer havalandırıcılarda havalandırıcıyı korumak amacıyla minimum çalışma seviyesi 1,5-2 metre olarak öngörülmektedir.

Şekil 4.4 Tipik iki akış hızında gerekli dengeleme hacmi bulunmasında kullanılan kütle diyagramı

Havuz Şekli: Havuz şekli hat üstü veya hat dışı dengeleme kullanılması durumuna göre değişir. Hat üstü dengeleme uygulandığında dengeleme havuzu mümkün olduğu kadar tam karışımlı bir reaktör gibi çalışacak şekilde tasarlanmalı, giriş ve çıkış mekanizmaları kısa devreyi en aza indirecek şekilde olmalıdır. Giriş akımının karıştırıcıya yakın bir yerde olması, birçok noktadan giriş ve çıkış olması, çoklu kompartıman gibi uygulamalar gerekebilir. İşletme Teçhizatı: Dengeleme tankı tasarımına dahil edilmesi gereken işletme teçhizatı şöyle özetlenebilir: Havuz duvarlarında birikebilecek katıları ve yağı temizleme düzeneği, pompa arızası durumuna karşı acil taşma düzeneği, yüzer madde ve köpük için yüksek çıkış ve köpük problemi varsa havuzun kenarlarında köpük birikimini önlemek üzere su spreyi.

Şekil 4.5. Tipik bir dengeleme havuzu kesiti

Hava Gereksinimi ve Pompa Kontrolü Dengeleme tanklarının düzgün çalışması için karıştırma ve havalandırma gerekmektedir. Karıştırma tank içeriğinin karışmasını sağlamak ve tankta katıların çökmesini önleyecek düzeyde olmalıdır. 220 mg/L askıda katı madde içeren orta kuvvette bir evsel atıksu için karıştırma gereksinimi 0,004-0,008 kW/m3 dür. Havalı şartları korumak için de 0,01-0,015 m3/m3.dak debide hava verilmelidir. Ön çöktürme sonrası ve kısa kalma süreli (iki saatten daha az) dengelemede havalandırma gerekmeyebilir. Dengeleme, atıksu arıtma tesisine ilave bir su seviyesi farkı gerektirdiğinden pompalama gerektirir. Pompalama dengelemeye veya dengeleme çıkışına uygulanır ancak arıtma tesisinin güvenilirliği açısından dengeleme havuzuna pompalama tercih edilir. Minimum pompalama su seviyesi farkı, dinamik kayıplar ve yüzey seviyesindeki değişimlerin toplamıdır. Bazı durumlarda hem atıksu girişi hem de çıkışı için pompalama gerekebilir.

DENGELEME HAVUZU HACMİNİN VE DEBİ DENGELEMESİNİN HESAPLANMASI Tablo 4.8 de verilen atıksu debileri ve BOİ5 değerlerini gözönüne alarak; Arıtma tesisi atıksu hattı üzerinde yapılacak bir dengeleme havuzunun hacmini hesaplayınız Debi dengelemesinin BOİ kirlilik yükü üzerindeki etkisini belirleyiniz. Çözüm: 1) Dengeleme havuzu hacmi için aşağıdaki hesaplamalar yapılır; Önce atıksu debileri için saatlik eklenik kütle eğrisi oluşturulur; Eklenik debi şu şekilde bulunur: V0-1= (0.275 m3/s) (3600 s/saat) (1.0 saat) = 990 m3 V1-2= (0.220 m3/s) (3600 s/saat) (1.0 saat) = 792 m3 V2-3= (0.165 m3/s) (3600 s/saat) (1.0 saat) = 594 m3 0-1 periyodu sonunda V1= 990 m3

Eklenik Hacim Eğrisinden Dengeleme Havuzu Hacminin Bulunması 1-2 periyodu sonunda V2= 990+792 =1782 m3 23-24 periyodu sonunda ……………= 26550 m3 Herbir periyot sonundaki eklenik hacimler Tablo 4.8 de gösterilmiştir. b) İkinci adımda,eklenik hacim eğrisi çizilir. Bu eğri, günün çeşitli saatlerine karşılık eklenik hacimler işaretlenmek suretiyle çizilir.Orijinden geçen ve atıksu akımı kütle diyagramını kesen hat, ortalama su debisi hattıdır. Grafikteki bu değer 0.413 m3/s dir. c) Eklenik hacim eğrisinden dengeleme havuzu hacmi bulunur.Bunun için giriş akımı kütle diyagramının en eğimli noktasından bir teğet çizilir.Teğetin eğriyi kestiği noktadan ortalama su debisi çizgisine dik indirilir.Bu dik doğrunun uzunluğu gerekli dengeleme havuzu hacmini verir.Grafikten bu hacim; V= 10200 m3 olarak bulunur.

Şekil 4.5. Dengeleme Havuzu hacmini hesaplamaya yarayan akım kütle diyagramı

Debi Dengelemesinin BOİ Kirlilik Yüküne Etkisinin İncelenmesi 2) Debi dengelemesinin BOİ kirlilik yükü üzerindeki etkisini incelemek için, dengeleme havuzunun boş olduğu saat 13-14 zaman periyodundan başlayarak hesaplama yapılmıştır. İlk olarak dengeleme havuzunda herbir zaman periyodu sonundaki su hacmi hesaplanır.Bu değerler hesaplanmış ve Tablo 4.9 da verilmiştir. Dengeleme havuzundan çıkan dengelenmiş debi ise ortalama debiden şöyle hesaplanır: (0.413 m3/s)x(86400 s) = 35700 m3/gün (35700m3/gün)x(1 saat)/(24 saat/gün) = 1487.5 m3/saat Bu hacim dengeleme havuzundan sürekli olarak çekilir. Zaman periyodu sonunda dengeleme havuzunda biriken hacim şöyle bulunur: Vn= Vn-1+Vgiriş – Vçıkış

Dengeleme Havuzunda Biriken Hacim Hesabı Burada, Vn= Biriken hacim Vn-1= Bir önceki zaman periyodu sonunda dengeleme havuzunda kalan su hacmi Vgiriş= Belli bir zaman periyodu sonunda havuza giren su hacmi Vçıkış= Belli bir zaman periyodu sonunda havuza çıkan su hacmi Tablo 4.9 daki değerleri kullanarak dengeleme havuzunda biriken hacmi bulalım: Saat 13-14 arası: V13-14= 0 + 1800-1487.5 =312.5 m3 Saat 14-15 arası V14-15 = 312.5+ 2300 -1487.4 = 1125 m3 Her periyot için hesaplamalar benzer şekilde yapılarak Tablo 4.9 da verilmiştir.

Dengeleme Havuzundan Çıkan Ortalama Kirlilik Yükünün Hesabı b) Dengeleme havuzundan çıkan ortalama kirlilik yükünün hesabı aşağıdaki eşitlik yardımıyla yapılır: C = [ (Vgiriş)(Co) + (Vn-1)(Cn-1)] / [ (Vgiriş) + (Vn-1)] Burada, C = Dengeleme havuzundan çıkan akımlardaki ortalama BOİ derişimi, mg/L Vgiriş= Belli bir zaman periyodunda giren atıksu hacmi, m3 Co = Giriş atıksu hacmindeki ortalama BOİ derişimi, mg/L Vn-1 = Bir önceki zaman periyodunun sonunda dengeleme havuzunda bulunan atıksu hacmi, m3 Cn-1 = Bir önceki zaman periyodu sonunda dengeleme havuzu içindeki atıksuda ölçülen BOİ derişimi, mg/L

Dengeleme Havuzundan Çıkan Ortalama Kirlilik Yükünün Hesabı Tablo 4.9 daki değerleri kullanarak dengeleme havuzu çıkışındaki BOİ derişimi şöyle hesaplanır; Saat 13-14 arası için: C = [(1800) (210) + (0) (0)] /1800 = 210 mg/L Saat 14-15 arası için: C = [(2300) (200) + (312.5) (210)] / (2300+312.5) = 201 mg/L Saat 15-16 arası için: C = [(2700) (190) + (1125) (200)] / (2700+1125) = 192.9 mg/L Saat 16-17 arası için: C = [(1700) (180) + (2337.5) (190)] / (1700+2337.5) =185.7 mg/L Saat 17-18 arası için: C = [(3300) (170) + (2550) (180)] / (3300+2550) = 185.8 mg/L Saat 18-19 arası için: C = [(3000) (175) + (4362.5) (170)] / (3000+4362.5) = 172 mg/L Saat 19-20 arası için: C = [(3000) (210) + (5875) (175)] / (3000+5875) = 186.8 mg/L Saat 20-21 arası için: C = [(2800) (280) + (7387.5) (210)] / (2800+7387.5) = 229.2 mg/L Saat 21-22 arası için: C = [(2000) (305) + (8700) (280)] / (2000+8700) = 284.7 mg/L Saat22-23 arası için:C = [(1600) (245)+(9212.5) (305)]/1600+9212.5)=296.1 mg/L Saat 23-24 arası için: C = [(2300) (180) + (9325) (245)] / (2300+9325) = 232.1 mg/L Benzer şekilde hesaplanan değerler Tablo 4.9 da verilmiştir.

Saatik Kirlilik Yüklerinin Hesaplanması c) Saatlik kirlilik yüklerini hesaplamak için aşağıdaki bağıntı kullanılır: Kirlilik yükü(kg/saat) = [(C,mg/L) (10-3 L/m3) (Q,m3 /s) (3600 s/saat)]/(106mg/kg) Saat 13-14 arası için kirlilik yükü = (210 mg/L) (0.413 m3/s) (3600 s/saat)] / (103 mg/kg) = 312 kg/saat Bu şekilde hesaplanan kirlilik yükleri Tablo 4.9 da verilmiştir. Ayrıca benzer şekilde hesaplanan dengelenmemiş kirlilik yükleri de Tablo 4.8 de verilmiştir. d) Debi ve kirlilik yükünün normal ve dengelenmiş durumları Şekil 4.6 da grafik olarak gösterilmiştir. Tablo 4.10 da ise dengelemeden elde edilen oranlar verilmiştir.

Şekil 4.6. Dengelenmiş ve dengelenmemiş Debi ve Kirlilik Yükleri

Tablo 4.10. Debi Dengelemesinin BOİ Kirlilik Yükü Üzerindeki Etkileri