atiksularin artimi ders notlari-24.11.2010
TRANSCRIPT
-
8/18/2019 Atiksularin Artimi Ders Notlari-24.11.2010
1/103
HARRAN ÜNİVERSİTESİ, ÇEVRE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
0503701-ATIKSULARIN ARITIMI DERS NOTLARI
Doç. Dr. Erkan ŞAHİNKAYA
Kaynak Kitap: Wastewater Engineering: Treatment and Reuse Metcalf & Eddy, Inc., GeorgeTchobanoglous, Franklin Burton, H. David Stensel (2003).
2010
-
8/18/2019 Atiksularin Artimi Ders Notlari-24.11.2010
2/103
BÖLÜM 1. ATIKSU ARTIMIYLA İLGİLİ YÖNETMELİKLER
1900-1970 arası atıksu arıtım amaçları;
• Kolloidal, askıda ve yüzen maddelerin giderimi
•
Biyolojik olarak parçalanabilen organiklerin giderimi• Patojenlerin giderimi
1970-1980 arasında ise atıksu arıtımında özellikle estetik ve çevresel kaygılar gözetilmiştir.BOD, TSS ve patojen gideriminde daha ileri seviyeler amaçlanmıştır. Ayrıca, azot, fosfor gibinütrientlerin arıtımı üzerinde durulmaya başlanmıştır.
1980’lerden sonra ise; önceki amaçlar daha yüksek arıtım seviyeleri amaçlanarak
korunmuştur. Ayrıca, uzun zamanda hastalığa sebep olabilecek düşük konsantrasyonlardakikirleticilerin (pestisit, antibiyotik gibi) üzerinde durulmaya başlanmıştır.
Sürekli olarak değişen deşarj standartları planlanan ve dizayn edilen arıtma tesislerinindeğişimine yol açmıştır. Tablo 1.1’de ABD’de deşarj için gerekli minimum deşarj standartlarıverilmiştir.
Tablo 1. ABD’de uygulanan minimum deşarj standartları
Parametre Birim 30-günlük ortalamakonsantrasyon
7-günlük ortalamakonsantrasyon
BOİ5 mg/L 30 45TAK (TSS) mg/L 30 45
CBOİ5 mg/L 25 40pH - 6-9 6-9
Ülkemizde uygulanan yönetmelik ise; 31.12.2004 tarihli resmi gazetede yayımlanan ‘SuKirliliği Kontrolü Yönetmeliği’ dir. Bu yönetmelikte, hem evsel hem de endüstriyelatıksuların alıcı ortama deşarjıyla ilgili sınır değerler verilmektedir.
Örnek olarak; evsel atıksuların alıcı ortama deşarjı için Tablo 1.2’de verilen sınır değerleruygulanmaktadır.
Tablo 1.2 (Su Kirliliği Kontrolü Yönetmeliği,Tablo 21). Evsel nitelikli atıksuların alıcıortama deşarj standartları
Endüstriyel nitelikli atıksular ise sınıflandırılmış olup, aşağıda örnekler verilmiştir.
Parametre Birim 2-saatlik kompozitnumune
24-saatlik kompozitnumune
BOİ5 mg/L 50 45KOİ mg/L 180 120
TAK (TSS) mg/L 70 45pH - 6-9 6-9
-
8/18/2019 Atiksularin Artimi Ders Notlari-24.11.2010
3/103
TABLO 5: GIDA SANAYİİ ATIK SULARININ ALICI ORTAMA DEŞARJ STANDARTLARITablo 5.1: Sektör: Gıda Sanayi (Un ve Makarna Üretimi)
PARAMETRE BİRİMKOMPOZİT
NUMUNE2 SAATLİK
KOMPOZİTNUMUNE
24 SAATLİK
KİMYASAL OKSİJEN İHTİYACI(KOİ)
(mg/L) 250 200
ASKIDA KATI MADDE (AKM) (mg/L) 120 100pH 6-9 6-9
Tablo 5.2: Sektör: Gıda Sanayi (Maya Üretimi)
PARAMETRE BİRİMKOMPOZİT
NUMUNE2 SAATLİK
KOMPOZİTNUMUNE
24 SAATLİKKİMYASAL OKSİJEN İHTİYACI(KOİ)
(mg/L) 1200 1000
ASKIDA KATI MADDE (AKM) (mg/L) 200 100YAĞ VE GRES (mg/L) 60 30pH 6-9 6-9
Tablo 5.3: Sektör: Gıda Sanayi (Süt ve Süt Ürünleri)
PARAMETRE BİRİMKOMPOZİTNUMUNE
2 SAATLİK
KOMPOZİTNUMUNE
24 SAATLİKKİMYASAL OKSİJEN İHTİYACI(KOİ)
(mg/L) 170 160
YAĞ VE GRES (mg/L) 60 30pH 6-9 6-9
TABLO 10: TEKSTİL SANAYİİ ATIK SULARININ ALICI ORTAMA DEŞARJSTANDARTLARITablo 10.1: Sektör: Tekstil Sanayi (Açık Elyaf, İplik Üretimi ve Terbiye)
PARAMETRE BİRİMKOMPOZİTNUMUNE
2 SAATLİK
KOMPOZİTNUMUNE
24 SAATLİKKİMYASAL OKSİJEN İHTİYACI(KOİ)
(mg/L) 350 240
AMONYUM AZOTU (NH4-N) (mg/L) 5SERBEST KLOR (mg/L) 0.3TOPLAM KROM (mg/L) 2 1SÜLFÜR (S ) (mg/L) 0.1 -SÜLFİT (mg/L) 1 -YAĞ VE GRES (mg/L) 10 -BALIK BİYODENEYİ (ZSF) - 4 3pH - 6-9 6-9
Tablo 10.2: Sektör: Tekstil Sanayi (Dokunmuş Kumaş Terbiyesi ve Benzerleri)
PARAMETRE BİRİM KOMPOZİTNUMUNE KOMPOZİTNUMUNE
-
8/18/2019 Atiksularin Artimi Ders Notlari-24.11.2010
4/103
2 SAATLİK 24 SAATLİK
KİMYASAL OKSİJEN İHTİYACI(KOİ)
(mg/L) 400 300
ASKIDA KATI MADDE(AKM) (mg/L) 140 100AMONYUM AZOTU (NH4-N) (mg/L) 5 -SERBEST KLOR (mg/L) 0.3 -TOPLAM KROM (mg/L) 2 1SÜLFÜR (S ) (mg/L) 0.1 -SÜLFİT (mg/L) 1 -FENOL (mg/L) 1 0.5BALIK BİYODENEYİ (ZSF) - 4 3pH - 6-9 6-9BÖLÜM 2. ATIKSU ARITIMINA GİRİŞ
Atıksuların arıtım derecesi amaca göre değişiklik göstermektedir. Atıksular arıtıldıktansonra;
• Alıcı ortama deşarj• Toprağa verme veya sulama• Geri kazanım/yeniden kullanım
gibi amaçlar için kullanılır. Dolayısıyla arıtım derecesi de amaca göre değişiklikgöstermektedir.
Arıtma metotları
Temel işlemler; fiziksel arıtım metotları olup; temel prosesler ise kimyasal veya biyolojikarıtım metotlarını içermektedir. Tablo 2.1’de atıksu arıtımı amacıyla kullanılan arıtımmetotlarının sınıflandırılması verilmiştir.
Tablo 2.1. Temel işlemler ve temel proseslerin arıtım derecesine göre sınıflandırılması
Arıtım derecesi TanımÖn arıtım (fiziksel arıtım) Tahta parçası, bez parçası gibi iri maddeleri ve yağ,
kum gibi mekanik ekipmanlara zarar verecek
maddelerin giderimiBirincil arıtım AKM ve çökelebilen organiklerin giderimiİleri birincil arıtım Askıda ve çözünmüş organiklerin giderimi ve
dezenfeksiyonİkincil arıtım Kimyasal ilavesi veya filtrasyon ile ileri düzeyde AKM
ve organik giderimiNütrient gideren ikincil arıtım Biyolojik ayrışabilir organiklerin, AKM’nin ve azot,
fosforun giderimiÜçüncül arıtım İkincil arıtım sonrası kalan AKM’nin filtrasyonla (kum
filtresi) veya mikroeleklerle giderimi. Dezenfeksiyonveya nütrient arıtımı da burada sınıflandırabilir.
İleri arıtım Arıtılmış suyun tekrar kullanımı amacıyla ikincil arıtımsonrası organik ve AKM giderimi
-
8/18/2019 Atiksularin Artimi Ders Notlari-24.11.2010
5/103
Yaklaşık 20 yıl önce biyolojik nütrient giderimi (BNR) yeni teknoloji olarak bilinirdi. Fakatbugün birçok nedenden dolayı BNR konvensiyonel biyolojik arıtımın bir parçası olmuştur.Kimyasal metotlarla nütrinet giderimi, BNR’ye kıyasla çok daha pahalı olup ilave kimyasal
ve aşırı çamur üretimi en önemli dezavantajlarıdır.
Geçmişte nütrient arıtımı sadece hassas bölgelerde uygulanırken, ötröfikasyon nedeniyle alıcıortamların kalitesinin bozulmasıyla birçok yerde nütrient arıtımı uygulanmaya başlanmıştır.Ayrıca, çıkış sularından AKM giderimi amacıyla birçok yerde kum filtrelerinin kullanımıyaygın hale gelmiştir. Özellikle UV ile dezenfeksiyon verimini arttırmak için filtrasyon çoksık kullanılan bir yöntemdir.
Yeni ve gelişmiş arıtma tesislerinde kullanılan bazı ileri arıtım metotları ise;
•
Santrifüj ayırıcılar• Yüksek hızlı çöktürücüler
• Membran biyoreaktörler
• Ultafiltrasyon, nanofiltrasyon ve ters ozmoz
• UV dezenfeksiyonu
Arıtılmış suların kurak veya yarı kurak yerlerde sulama amacıyla kullanımı da atıksularındeğerlendirilmesi için oldukça önemli bir geri kazanım yöntemidir.
-
8/18/2019 Atiksularin Artimi Ders Notlari-24.11.2010
6/103
BÖLÜM 3. ATIKSU DEBİSİ VE KİRLETİCİ YÜKLERİNİN ANALİZİ VESEÇİLMESİ
Atıksu debisinin ve kirlilik yükünün belirlenmesi atıksu arıtma tesisinin tasarımında önemli
bir adımdır. Seçilecek debi, arıtma tesisinin boyutunu, hidrolik özelliklerini ve işletimini
önemli derecede etkilemektedir.
Atıksu debisi ve yüklerin analiz ve belirlenmesinde önemli faktörler aşağıdaki gibisıralanabilir;
• Atıksu bileşenleri
• Atıksu kaynakları ve debileri
• Debi verisinin analizi
• Atık yüklerine ait verilerin analizi
• Debi, konsantrasyon ve yüklerin istatistiksel analizi
•
Tarım debi ve atık yüklerinin seçimi
Atıksu Bileşenleri
Atıksu bileşenleri toplama siteminin çeşidine bağlı olup aşağıdakileri içerir;
• Evsel atıksular
• Endüstriyel atıksular
• İnfiltrasyon/inflow
• Yağmur suyu
Atıksu toplamak amacıyla üç farklı toplama sistemi kullanılır;
1. Atıksu toplama sistemi: Evsel atıksular, endüstriyel atıksular ve inflow/infiltrasyon
toplanır.
2. Yağmursuyu toplama sistemi: Bu tür kanala yağmur suları ve infiltrasyon/inflowgelir.
3. Birleşik sistem: Bu tür toplama sistemine bütün atıksu ve yağmur suları gelir.
Atıksu Kaynakları ve Debileri
Evsel Atıksular: Evlerden ve ticarethanelerden gelen atıksuları kapsar. Mevcut verilerdenveya saha ölçümlerinden faydalanılarak belirlenmesi tavsiye edilir. Yeni kurulacak
yerleşimler için nüfus ve nüfus başına düşen atıksu kullanım istatistikleri kullanılaraktahminler yapılır.
Su kullanım verilerinden de yararlanılabilir. Genel olarak kullanılan suyun %60-90’ı atıksu
olarak kanala gelir. Bahçe sulamasının fazla olduğu bölgelerde kullanım suyunun daha az birkısmı kanala gelirken, şehirleşmiş bölgelerde kullanım suyunun önemli bir kısmı atıksu olarakkanala gelir.
Evsel kullanımlar nüfus ve kişisel kullanımlara göre tahmin edilebilir. Evler kalabalıklaştıkçakişi başına düşen su kullanımı düşer.
-
8/18/2019 Atiksularin Artimi Ders Notlari-24.11.2010
7/103
Tablo 3.1. Evsel atıksu oluşum miktarları
Evde oturan kişi sayısı Aralık (L/kişi-gün) Tipik değer (L/kişi-gün)1 285-490 3653 194-335 250
5 150-260 1937 140-244 1828 135-233 174
Ticarethanelerden gelen sular: Tablo 3.2’de çeşitli ticaret hanelerden gelen atıksu miktarlarıverilmiştir. Bu bölgelerden oluşan atıksular m3 /ha.gün olarak da belirlenebilir. Genellikle 7,5-14 m3 /ha.gün arasındadır. İşyerleri, hastaneler ve okullar gibi işletmelerin kayıtlarındanfaydalanılarak atıksu debilerinin tahmin edilmesi daha doğru bir yaklaşım olabilir.
İnfiltrasyon/inflow: Kanallara çeşitli yollarla giren sulardır. Özellikle kanal birleşimnoktalarından, kanallardaki kırık ve çatlaklardan sular girebilir. Yağmur nedeniyle yer altı suseviyesinin yükselmesi nedeniyle kanala bağlı olarak 0,01-1,0 m3 /gün.mm-km arasındadeğişir. İnfiltrasyon ayrıca alan bazlı olarak da hesaplanabilir. Buna göre 0,2-28 m3 /ha.günarasında alınabilir.
Exfiltrasyon: Kanalın birleşim ve servis noktalarından dışarıya atıksu sızmasıdır.Exfiltrasyonun yoğun olması durumunda sığ yer altısuları kirlenerek içme sularına zararverebilir. Bazı durumlarda exfiltrasyon yüzeysel suların kirlenmesine ve bu sularda fekal
koliform sayısının artmasına neden olabilir. Kanallara bakım yapılması sonucu hem
exfiltrasyon hem de infiltrasyon debileri düşecektir.Birleşik sistem kanalları: Bu kanallarda atıksular ve yağmur suları beraber toplanır.Yağmurlu durumda kanaldaki debi kurak hava debisine kıyasla çok fazla olup, bazıdurumlarda atıksu debisi ihmal edilecek düzeyde olur. Çoğu zaman arıtma tesisi şiddetliyağmurlar nedeniyle oluşacak yüksek debileri kabul edecek şekilde tasarlanmazlar. Çünküsenede birkaç defa olabilecek bir debi için sistemin çok büyük tasarlanması hem yatırım
maliyetini arttıracak hem de düşük debili dönemlerde işletme problemlerine neden olacaktır.Bu nedenle fazla suyun sisteme gelmeden ayrılması için by-pass yapılır. Bu fazla su bazen
arıtılmadan bazen de özel olarak tasarlanan çöktürücülerden geçirildikten sonra deşarj edilir.
Arıtma tesislerine gelecek pik debiler göz önünde bulundurularak hidrolik hesaplar yapılır.
Grafik Metodunu Kullanarak Eldeki Verilerin İstatistiksel Analizi
Üç aşamada gerçekleştirilir;
1. Eldeki veriler küçükten büyüğe sıralanır ve sıra numarası verilir.2. Plotting position (grafik konumu) hesaplanır.
%plotting position=
.100
m: Sıra numarası
-
8/18/2019 Atiksularin Artimi Ders Notlari-24.11.2010
8/103
n: Gözlem sayısı
n+1: küçük numune sayılarından gelen hatayı telafi için 1 ile toplanır.
Grafik konumu; gözlem frekansının eşit veya daha küçük olduğu olasılık değerini verir.
3.
Veriler aritmetik ve logaritmik kağıda çizilir. Veriler çizildikten sonra normal dağılımkabul edilerek en iyi doğru geçirilir. Eğer verilere doğru uymuyorsa, logaritmik kağıdaçizilerek doğru geçirilir. Böylece log. değerlerinin normal dağılım gösterdiği kabuledilir.
Örnek 3.4. Aşağıda 24 ay boyunca bir artıma tesisi çıkışından toplanan verileri kullanarakistatistiksel parametreleri belirleyin.
Ay TSS(mg/L) KOİ (mg/L)1,00 13,50 15,002,00 25,90 11,253,00 28,75 35,354,00 10,75 13,605,00 12,50 15,306,00 9,85 15,757,00 13,90 16,808,00 15,10 15,209,00 23,40 18,75
10,00 21,90 37,5011,00 23,70 27,0012,00 18,00 23,3013,00 37,00 46,6014,00 30,10 36,2515,00 21,25 30,0016,00 23,50 25,7517,00 16,75 17,9018,00 8,35 11,3519,00 18,10 25,2020,00 9,25 16,10
21,00 9,90 16,7522,00 8,75 15,8023,00 15,50 19,5024,00 7,60 9,40
-
8/18/2019 Atiksularin Artimi Ders Notlari-24.11.2010
9/103
-
8/18/2019 Atiksularin Artimi Ders Notlari-24.11.2010
10/103
Çözüm
Sıra no TSS(mg/L) KOİ (mg/L) Plotting position (%)1,00 7,60 9,40 4,002,00 8,35 11,25 8,00
3,00 8,75 11,35 12,004,00 9,25 13,60 16,005,00 9,85 15,00 20,006,00 9,90 15,20 24,007,00 10,75 15,30 28,008,00 12,50 15,75 32,009,00 13,50 15,80 36,00
10,00 13,90 16,10 40,0011,00 15,10 16,75 44,0012,00 15,50 16,80 48,00
13,00 16,75 17,90 52,0014,00 18,00 18,75 56,0015,00 18,10 19,50 60,0016,00 21,25 23,30 64,0017,00 21,90 25,20 68,0018,00 23,40 25,75 72,0019,00 23,50 27,00 76,0020,00 23,70 30,00 80,0021,00 25,90 35,35 84,0022,00 28,75 36,25 88,00
23,00 30,10 37,50 92,0024,00 37,00 46,60 96,00
. + . .
. + .
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
. . . . . . .
İ
-
8/18/2019 Atiksularin Artimi Ders Notlari-24.11.2010
11/103
Örnek 3.5. Aşağıda verilen haftalık debileri kullanarak oluşma sıklıklarını belirleyin. Ayrıca,tam yıl bir işletmede oluşacak maksimum haftalık debiyi tahmin edin.
Hafta no m3 /hafta1 2900
2 30403 35404 33605 37706 40807 40158 36759 3810
10 345011 326512 318013 3135
Çözüm:
Hafta no m3/hafta% Plotting
Pos.1,00 2900,00 7,142,00 3040,00 14,29
3,00 3135,00 21,434,00 3180,00 28,575,00 3265,00 35,716,00 3360,00 42,867,00 3450,00 50,008,00 3540,00 57,149,00 3675,00 64,29
10,00 3770,00 71,4311,00 3810,00 78,5712,00 4015,00 85,71
13,00 4080,00 92,86
. + . .
.
.
.
.
.
.
. . . . . .
-
8/18/2019 Atiksularin Artimi Ders Notlari-24.11.2010
12/103
Bir yıl içinde gözlenebilecek maksimum haftalık debi:
İlk olarak olasılık faktörü hesaplanır. Pik hafta = m/(n+1) = 52/(52+1) = 0.981
Grafik kullanarak %98.1’e karşılık gelen debi = 4500 m3 /hafta olarak hesaplanır.
Atıksu Debi Değişimlerinin Analizi
Arıtma tesisine gelen atıksu debileri günlük eğişimler göstermektedir (Şekil 3.1). Minimumakım, su kullanımının az olduğu ve inflow akımının ana akım olduğu sabah erken saatlerdeolur. İlk pik akım sabah saatlerinin sonlarında, ikinci pik akım ise akşam 7-9 saatleri arasındagözlenir. Pik akım ile ortalama akım arasındaki fark nüfusa ve kanalizasyon sisteminin
uzunluğuna bağlıdır.
Şekil 3.1. Evsel atıksu debisinin saatlik değişimi
Atıksu arıtma tesislerinin tasarımında kullanılacak debilere ait bazı tanımlamalar aşağıdakiTablo 3.3’de sunulmuştur.
Tablo 3.3. Arıtma tesisi tasarımında kullanılacak debilerin tanımları
Debi TanımOrtalama kurak hava debisi Kurak hava koşullarında, infiltrasyonun sınırlı olduğukoşullarda günlük ortalama debi
Ortalama yağışlı hava akımı İnfiltrasyonun önemli olduğu yağışlı hava koşullarındagünlük ortalama debi.
Yıllık ortalama günlük akım Yıllık ortalama debiSaatlik pik Gözlenen en yüksek saatlik debiMaksimum günlük Gözlenen en yüksek maksimum günlük ortalama debiMinimum saatlik debi Bir günde gözlenen en düşük ve 1 saat boyunca korunan debiMinimum günlük debi Bir gün boyunca korunan kayıtlı en düşük günlük ortalama
debi
-
8/18/2019 Atiksularin Artimi Ders Notlari-24.11.2010
13/103
Atıksu pik veya maksimum debisinin hesaplaması özellikle hidrolik hesapların yapılması için
oldukça önemlidir. Bu amaçla pik faktörü kullanılır. Pik faktörü aşağıdaki şekildehesaplanabilir:
Pik faktörü = günlük veya saatlik pik debi/ortalama debi
Tasarım debisinin seçimi
Atıksu arıtma tesisi boyutları hesaplanırken yıllık ortalama debi ve gelecekteki büyüme
dikkate alınsa da, bir arıtma tesisinin bir çok debi koşulunu sağlaması gerekmektedir. Tesisindizaynı için önemli debiler minimum ve pik debilerdir. Ayrıca, minimum, maksimum ve
ortalama kirlilik yükleri de önemlidir.
Minimum debiler: Düşük debiler özellikle arıtma tesisinin ilk işletmeye alındığı yıllardakarşılaşılır. Dizayn debisine belli bir zaman sonra ulaşılacak olup, dizayn debisine ulaşılana
kadar düşük debiler beklenmelidir. Ayrıca gece saatlerinde de tesise düşük debilergelmektedir. Eğer sistemin sağlıklı işletilmesi için belli bir debinin üstüne çıkılması gerekirse,
-
8/18/2019 Atiksularin Artimi Ders Notlari-24.11.2010
14/103
arıtılmış suyun bir kısmı sistem girişine geri devredilebilir. Elde herhangi bir verininolmaması durumunda, minimum debi ortalama debinin %30 ile 70’i arasında değişir.
Pik debi faktörleri: Dizayn amacıyla kullanılan en önemli pik faktörleri; saatlik pik vemaksimum günlük debilerin hesabı içindir. Saatlik pik debiler hidrolik hesaplar için
önemlidir. Aşağıdaki Şekil 3.2 ve Şekil 3.3 farklı debilerin hesaplanmasında kullanılabilecekpik faktörleri göstermektedir.
Şekil 3.2’de görüldüğü üzere, ABD’de bir gün devam eden pik debinin ortalamaya oranı 2,9olarak kabul edilir. Bir gün devam eden minimum debi ise ortalama debinin 0,4 katıdır. Diğersüreler için veriler şekilden okunabilir.
Şekil 3.2. 30 günlük zaman periyotuna kadar pik debi ve minimum debinin yıllık ortalamadebiye oranları
Nüfus arttıkça, pik debilerle yıllık ortalama debi arasındaki farkın azaldığı Şekil 3.3’degörülmektedir.
-
8/18/2019 Atiksularin Artimi Ders Notlari-24.11.2010
15/103
Şekil 3.3. Saatlik pik debi faktörünün nüfusa bağlı olarak değişimi
Örnek 3-9: Mevcut nüfusu 15.000 olan bir yerleşim yerinin atıksu arıtma tesisininbüyütülmesi düşünülmektedir. 20 yılda nüfusun 25.000 olacağı ve ayrıca 2000 yeniöğrencinin olacağı tahmin edilmektedir. Ayrıca yeni bir endüstrinin taşınacağı ve buendüstrinin ortalama debisinin 840 m3 /gün ve maksimum debisinin 1260 m3 /gün olacağıtahmin edilmektedir. İşletme günde 8 saat çalışacak ve haftada bir gün kapalı olacaktır. Tesisegelen mevcut atıksu debisi günlük ortalama 6.500 m3 /gün olup, infiltrasyon ve inflow un
düşük olduğu bilinmektedir. Inflitrasyonun ortalama akımda 100 L/kişi-gün ve pik debide 150L/kişi-gün olduğu bilinmektedir. Yeni kurulacak olan evlerde su-tasarım aparatlarının
kurulması nedeniyle kişisel su kullanımının eskilere kıyasla %10 daha düşük olacağı tahminedilmektedir. Bu durumda gelecek için ortalama, pik ve minimum dizayn debilerini
hesaplayın. Pik debi için faktör 2,75 ve minimum debinin ortalamaya oranının 0,35 olduğubilinmektedir.
Çözüm:
1. İlk olarak şimdiki ve gelecekteki günlük kişi başı su kullanım miktarlarıbelirlenecektir.
a.
Mevcut durumda evsel su kullanım hesaplanacaktır.
İnfiltrasyon= 100 L/kişi-gün x 15.000kişi = 15.000.000 L/gün = 1.500 m3 /gün.
Evsel (kişisel) su kullanım miktarı = 6500 – 1500 = 5000 m3 /gün.
b. Kişi başına evsel su kullanımının hesabı
Kişi başı su kullanımı = 5000/15000 = 0.33 m3 /kişi-gün= 330 L/kişi-gün.
c.
Gelecek için kişi başı su kullanım miktarlarının hesabı
-
8/18/2019 Atiksularin Artimi Ders Notlari-24.11.2010
16/103
Gelecekte su kullanımının %10 düşeceği tahmin edilmekte olup, kişi başı su kullanımdeğeri 330x0.9 = 0,297 m3 /kişi-gün olarak hesaplanır.
2. Gelecek için ortalama debinin hesaplanması
Mevcut kişisel kullanımdan oluşan atıksu = 5000 m3
/gün
Artan nüfustan dolayı artacak kişisel kullanım (25000-15000)*0.297 = 2970 m3 /gün
Öğrencilerden gelen (95L/kişi-gün kullanım) = 2000*0.095 = 190 m3 /gün
Endüstriyel kullanım = 840 m3 /gün
İnfiltrasyon (25.000*0.10 m3 /(kişi.gün)) = 2500 m3 /gün
Gelecekteki toplam ortalama günlük debi = 11.500 m3 /gün
3. Gelecekteki pik debinin hesabı
Evlerde kişisel kullanımlar ( 2.95*(5000+2970+190)) = 22.440 m3 /gün
Endüstriyel pik debi = 1260 m3 /gün
İnfiltrasyon (25000*0.150) = 3750 m3 /gün
Gelecekteki toplam pik debi = 27.450 m3 /gün
4. Gelecekteki minimum debinin hesabı
Evlerde kişisel kullanımlar (0,35*(5000+2970) okulun kapalı olduğu gün) = 2780 m3 /gün
Endüstriyel debi (akşamları işletmenin kapalı olduğu düşünülerek) = 0 m3 /gün
İnfiltrasyon (25000*0.100) = 2500 m3 /gün
Gelecekteki toplam pik debi = 5.280 m3 /gün
Nüfus Verisinin Kullanılmasıyla Gelecekteki Atıksu Debilerinin Hesaplanması
Debideki değişimler ve nedenleri yukarıda ayrıntılı olarak tartışılmış olup, bu bölümdegeleceğe dair debi ve nüfus hesaplarının özellikle çeşitli yönetmeliklere göre hesaplanmasıüzerinde durulacaktır.
1-İller Bankası Kanalizasyon Projeleri Yönetmeliği’ne göre, günün en fazla su sarf edilen birsaatinde debi, o günün ortalama debisinin 2 katıdır. Senenin en çok su sarf edilen gününün
ortalama debisi Q24 ile gösterilirse, max Qst (Q12)= 2.Q24 ve gündüz saatlerine mahsus
ortalama debi 1,5.Q24 olarak hesaplanabilir.
2-Alman literatüründe sabah 8den akşam 20’ye kadarki gündüz saatleri ortalaması Q18 ile 24 saatin maksimum debisi Q14 ile gösterildiğine göre,
-
8/18/2019 Atiksularin Artimi Ders Notlari-24.11.2010
17/103
ABD ve İSKİ yönetmeliğine göre, maksimum saatlik debi ile maksimum günlük debininortalamaya oranı nüfusa bağlı olup, aşağıdaki formül ile hesaplanabilir.
P, bin olarak nüfusu gösterir. Örneğin 100.000 kişilik nüfus için P =100 alınır.
-
8/18/2019 Atiksularin Artimi Ders Notlari-24.11.2010
18/103
Atıksu debilerinin hesabı:
Q= Qev+Qsanayi+Qsızma olarak hesaplanır.
Evsel debi, kişi başına günlük su sarfiyatı nüfusla çarpılarak bulunabilir. Yıllık ortalama kişibaşına günlük su ihtiyacı qort ile gösterilirse yaz aylarındaki su ihtiyacını temsil eden değer(qmax), ortalama değerin 1,5 katı olarak kabul edilmektedir. Su ihtiyacının %70–90 arasındaki
belirli bir oranı kanallara intikal etmektedir. Bu yüzden evsel debi;
Qevmax = Q24= α.qmax.N
İfadesiyle hesaplanır. Burada;
Qevmax = Q24 = yazlık evsel su sarfiyatı, m3 /gün
α = Kullanılan suyun kanala gelen oranı
Buna göre debiler aşağıdaki formülleri kullanarak hesaplanır;
Qh = Q24 /n1 + Qsanayi /n2 + Qsızma /24
Qort = (Q24 + Qsanayi + Qsızma)/24
Qmin = Q24 /n3 + Qsanayi /n4 + Qsızma /24
Burada;
Qh = Hesap debisi, m3 /saat
Q24 = En çok su sarf edilen yaz gününe ait ortalama evsel atıksu debisi, m3 /gün
Qmin= Minimum debi, m3 /saat
n1; amaca göre farklı değerler alabilir. Eğer maksimum saatlik debinin hesaplanması istenirsesaatlik pik debi ortalamanın 2 katı olarak kabul edilebilir (veya Şekil 3.1 kullanılır) ve Q12 =
2.Q24 olarak hesaplanır. Eğer Q12 debisi m3 /saat olarak, Q24 debisi de m3 /gün olarak alınırsaQ12 = Q24 /12 olarak alınır ve n1 = 12 alınmış olur.
-
8/18/2019 Atiksularin Artimi Ders Notlari-24.11.2010
19/103
Bazı durumlarda hesap debisi olarak Q18 yani gün içerisinde ortalama gündüz saatleri baz
alınabilir. Bu durumda yukarıdakine benzer şekilde Q18 = (24/18.Q24)/24 olarak hesaplanır.Burada; Q18 debisi m
3 /saat olarak, Q24 debisi de m3 /gün cinsindendir. Yukarıdan n1, 18 olarak
hesaplanır. Yani, Q18 = Q24 /18.
Genel olarak, debi değişimleri nüfus artışıyla azalmakta olup n1 değeri nüfusa bağlıdır. Basitolarak hesap debisinin tahmininde n1 değeri aşağıdaki tablodan alınabilir.
Tablo 3.4. Nüfusa bağlı olarak n1 değerleri
n2 = Sanayi debisiyle alakalı olup, tek vardiya çalışma durumunda 5-10 arası alınabilir.
n3 = minimum debi hesaplamasında kullanılmakta olup, 37-40 arasında bir değer alınır.Mesela 40 alınabilir.
n4= minimum debi hesabında sanayi debisi için kullanılır. Eğer 2-3 vardiya çalışıyorsa 24alınır. Eğer tek vardiya çalışılıyorsa, minimum debi gece debisi olduğundan sanayi debisihesaptan tamamen çıkarılır.
Sanayi debilerinin tahmini oldukça zor ve karmaşıktır. Küçük yerler için bu tahmin kolay ikenbüyük yerleşim yerleri için oldukça zordur. Üç şekilde düşünülebilir;
1-
Eşdeğer nüfus hesaplanıp, sanayi debisi evlerden gelen atıksu içinde düşünülebilir.2- Debi değişimlerinden tahmin edilmeye çalışılır.3- Sanayi bölgelerinden hektar başına debi alınarak hesaplanabilir. Buna göre 0,5-1,0
L/sn.ha arasında alınabilir.
Arıtma Tesislerine gelen yüklerin tahmin edilmesi
Atıksu arıtma tesislerine gelecek yükler ise, kişi başı üretilecek kirlilik yükleri kullanılarakhesaplanabilir. Ayrıca, kişi başı su tüketimi de kullanılarak arıtma tesislerine evselkullanımlardan dolayı gelecek kirlilik konsantrasyonları hesaplanmış olur. Bu hesaplamalar
için kullanılabilecek bazı değerler Tablo 3.5’de sunulmuştur.
-
8/18/2019 Atiksularin Artimi Ders Notlari-24.11.2010
20/103
Tablo 3.5. Evsel kullanımdan doğan kirlilik yükleri
Ayrıca Tablo 3.6’de evsel atıksular için tipik kirletici konsantrasyonları verilmiştir.
-
8/18/2019 Atiksularin Artimi Ders Notlari-24.11.2010
21/103
Tablo 3.6. Ham atıksuyun tipik özellikleri
-
8/18/2019 Atiksularin Artimi Ders Notlari-24.11.2010
22/103
BÖLÜM 4. FİZİKSEL ARITMA (IZGARALAR, KUM TUTUCULAR VEÇÖKTÜRME HAVUZLARI)
Bu bölüm Öztürk vd. ‘Atıksu arıtımının esasları’ ve Muslu ‘atıksuların arıtımı’ kitaplarındanişlenecektir.
-
8/18/2019 Atiksularin Artimi Ders Notlari-24.11.2010
23/103
BÖLÜM 5. BİYOLOJİK ARITIMIN ESASLARI
Uygun koşulların sağlanması ve biyolojik sistemin iyi bir şekilde işletilmesi koşuluyla, atıksuiçerisindeki biyolojik olarak parçalanabilen bütün organik maddeler giderilebilir. Dolayısıyla,
çevre mühendisinin her bir biyolojik prosesi iyi bilmesi ve tüm koşulları optimum arıtımın
gerçekleşebilmesi için iyi ayarlayabilmesi gerekmektedir.
Biyolojik arıtımın amacı
• Çözünmüş ve partikül haldeki biyolojik parçalanabilir maddeleri çevresel açıdan kabuledilebilir yan ürünlere (CO2 ve H2O gibi) dönüştürmek.
• Askıda ve çökemeyen partikülleri biyolojik yumaklar içerisine hapsetmek
• Azot ve fosfor gibi nütrientleri gidermek
• Bazı durumlarda spesifik iz maddeleri gidermek.
Bazı endüstriyel atıksularda, mikroorganizmalar için toksik organik veya inorganik maddelerbulunmakta olup biyolojik arıtım öncesinde giderilmeleri gerekmektedir. Buna ön arıtım veya
pretreatment denir. Evsel atıksu arıtımı amacıyla en çok kullanılan bazı arıtma tesisi prosesleri
Şekil 5.1’de gösterilmiştir. Biyolojik arıtımda kullanılacak bazı özel terimlere ait tanımlarTablo 5.1’de verilmiştir.
Tablo 5.1. Biyolojik arıtımda kullanılan bazı özel terimlerin açıklamaları
Terim TanımMetabolik fonksiyon
Aerobik Proses Oksijen varlığında gerçekleşen biyolojik arıtım prosesiAnaerobik proses Oksijen yokluğunda gerçekleşen biyolojik arıtım prosesiAnoksik proses Elektron alıcı olarak nitratın kullanıldığı biyolojik arıtım prosesi
Fakültatif proses Moleküler oksijen varlığında ve yokluğunda gerçekleşen biyolojikarıtım prosesi
Birleşikaerobik/anoksik/anaerobik proses
Aerobik, anoksik ve anaerobik arıtım proseslerinin farklıkombinasyonlarda kullanılarak spesifik bir arıtım amacınıgerçekleştirmek
Arıtım ProsesiAskıda-büyümeli
proses
Arıtımdan sorumlu bakterilerin askıda büyüdüğü arıtım prosesi
Bağlı büyümeli proses Arıtımdan sorumlu bakterilerin taş, aktif karbon, plastik gibi inertbir yüzeye yapışık olarak büyüdüğü arıtım prosesi
Birleşik proses Askıda ve bağlı büyümenin bir arada kullanıldığı birleşik sistemlerArıtım FonksiyonuBiyolojik nütrientgiderimi
Biyolojik arıtma tesislerinde azot ve fosforun giderildiğiproseslerdir.
Biyolojik fosforgiderimi
Biyolojik olarak fosforun mikroorganizmalarda biriktirilerekatıksudan giderildiği arıtım prosesidir.
Karbon kaynaklı BOİ giderimi
Biyolojik olarak organik maddenin atık biyokütleye ve CO2’edönüştürüldüğü arıtım prosesidir. Burada azotun amonyağa
dönüştürüldüğü kabul edilir.Nitrifikasyon Amonyumun, iki aşamada nitrata dönüştürüldüğü proseslerdir.
-
8/18/2019 Atiksularin Artimi Ders Notlari-24.11.2010
24/103
Denitrifikasyon Nitratın elektron alıcı olarak kullanılarak azota indirgendiğibiyolojik proseslerdir.
Stabilizasyon Biyolojik arıtım sonucu oluşan çamurun aerobik veya anaerobikolarak arıtılarak stabilize edildiği ve Zarasız hale getirildiğiproseslerdir.
Substrat Biyolojik arıtımda organik madde veya nütriente verilen isimdir.Genellikle biyolojik arıtımda sınırlayıcı maddeye verilen isimdir.Örneğin organik maddenin giderildiği biyolojik arıtımda organikmadde substrat iken, nitrifikasyonda amonyum substrattır.
Atıksu Arıtımında Mikroorganizmanın Rolü
Atıksu arıtımında çözünmüş ve partikül haldeki organik maddelerin arıtımında bir çokmikroorganizma rol almakta olup, en önemlisi bakteridir. Mikroorganizmalar, çözünmüş yadapartikül halindeki organik maddeleri oksitleyerek, basit yan ürünlere ve biyo-kütleye
dönüştürmekte olup, bu olay aşağıdaki reaksiyon ile özetlenebilir.
Organik madde + O2 + NH3 + PO4-3 → yeni hücreler + CO2 + H2O
Ayrıca, bazı bakteriler amonyak veya amonyumu nitrata dönüştürebilmektedir. Bazı anoksikbakteriler de nitratı elektron alıcı olarak kullanıp azot gazına indirgeyebilmektedir. Fosfor
arıtımında ise çeşitli konfigürasyonlar kullanarak fosfor depolayan bakteriler zenginleştirilirve inorganik fosfor hücre içerisinde depolanır. Biyolojik oksidasyon sonucu üretilen
biyokütlenin özgül yoğunluğu, suyun yoğunluğundan biraz fazla olup kendi ağırlığıylaçökelebilir. Arıtım sonrası bakterinin ayrılmaması durumunda tam bir arıtım yapılmış
sayılmaz çünkü bakterinin kendisi çıkış suyunda KOİ ve BOİ olarak ölçülecektir.
Atıksu Arıtımı Amacıyla Kullanılan Biyolojik Prosesler
Atıksu arıtımı amacıyla kullanılan biyolojik prosesler askıda ve bağlı büyümeli olarak ikikategoriye ayrılabilir(Tablo 5.2). Tablo 5.2’de verilen prosesleri dizayn ederek etkili bir
şekilde işletebilmek için proseslere ait reaksiyonları, her bir proseste yer alanmikroorganizmaları, çevresel ve besin ihtiyaçlarını bilmek gerekmektedir.
Askıda Büyümeli prosesler
Askıda büyümeli sistemlerde mikroorganizmalar, uygun karıştırma metotlarıyla sistemdeaskıda tutulur. Askıda büyümeli aerobik sistemler hem evsel hem de endüstriyel atıksuların
arıtımında yaygın bir şekilde kullanılmakla beraber, askıda büyümeli anaerobik prosesuygulamaları da mevcuttur. En yaygın olarak kullanılan askıda büyümeli aerobik proses aktif
çamur sistemi olup, Şekil 5.2’de gösterilmiştir. Aktif çamur prosesi 1913 yılında LawrensDeney İstasyonunda Clark ve Gage tarafından ve İngiltere’de Ardern ve Lockett (1914)tarafından bulunmuştur. Sisteme aktifleştirilmiş (veya aktif) çamur denmesinin nedeni aerobikkoşullarda atığı stabilize edecek aktif biyokütlenin üretilmesidir. Havalandırma tankındabiyokütle karışımıyla atıksu temas halinde tutularak biyokimysal reaksiyonların oluşması
sağlanır. Havalandırma tankındaki kütleye karışık askıda katı madde denir. Bu karışımın
-
8/18/2019 Atiksularin Artimi Ders Notlari-24.11.2010
25/103
sağlaması ve sisteme oksijenin verilmesi için mekanik ekipmanlar kullanılır. Daha sonra,karışık sıvı bir çöktürme tankına alınır ve burada biyokütle çöktürülerek yoğunlaştırılır.
Şekil 5.1. Evsel atıksu arıtımı amacıyla kullanılan arıtma çeşitli arıtma tesisi akım şemaları
Aktif çamur olarak adlandırılan çöktürülen çamur, havalandırma tankına geri devrettirilerek
arıtıma devam etmesi sağlanır. Üretilen çamurun bir kısmı günlük veya periyodik olaraksistemden uzaklaştırılır çünkü çamurla beraber atıksu girişinden gelen bir kısım dirençlikatılarda sistemde birikmekte olup fazla çamurun çekilmesi gerekmektedir. Eğer sistemdebiriken çamur uzaklaştırılmaz ise bir şekilde sistem çıkışından kaçacak ve arıtılmış suyunkalitesini bozacaktır.
Aktif çamurun önemli bir özelliği, 50 ile 200 µm arasında değişen flok partiküllerininüretilmesidir. Bu partiküller çökelme ile atıksudan uzaklaştırılabilir ve temiz bir çıkış suyu
elde edilebilir. Tipik olarak üretilen flokların %99’u çökelme ile sudan ayrılabilir.
-
8/18/2019 Atiksularin Artimi Ders Notlari-24.11.2010
26/103
Tablo 5.2. Atıksu arıtımında kullanılabilecek önemli biyolojik arıtma prosesleri
Tipi Genel Adı Kullanımı
Havalı Prosesler: Askıda-Büyüyen
Aktif çamur prosesleriKonvansiyonel(piston akımlı)
Tam karışımlıKademeli havalandırmalıSaf oksijenliArdışık kesikli reaktörKontakt stabilizasyonUzun havalandırmalı A.ÇOksidasyon hendeğiDerin şaft A.Ç. sistemi
Karbonlu BOI giderimi venitrifikasyon
Yüzeyde büyüyen
(Biyofilmli)
Askıda-büyüyen NitrifikasyonHavalandırmalı lagünHavalı çürütme
Konvansiyonel havalıSaf oksijenliDamlatmalı FiltreDüşük hızlıYüksek hızlıKaba Filtre (roughing)Döner biyolojik diskDolgulu kuleler
NitrifikasyonKarbonlu BOI giderimi(nitrifikasyon)
Stabilzasyon, karbonluBOI5giderimi nitrifikasyonKarbonlu BOI gideriminitrifikasyonKarbonlu BOI giderimikarbonlu BOI giderimi venitrifikasyon
Birle şik askıda ve
tutunarak
büyüyen sistemler
Aktif çamur biyofiltreprosesleribiyofiltre prosesleri aktifçamur
Anoksik Prosesler:
Askıda büyüyen
Tutunarak büyüyen
Askıda büyüyendenitrifikasyonSabit-film denitrifikasyon
Denitrifikasyon
Havasız Prosesler: Askıda büyüyen
Havasız çürütmeStandart hızlı, tek kademeliYüksek hızlı, tek kademeliiki kademeliHavasız kontakt proseslerHavasız çamur yataklı reaktör
karbonlu BOI giderimi
Tutunarak büyüyen Havasız filtreGenleşmiş yataklı reaktör
karbonlu BOI giderimi,atıkstabilizasyonu,denitrifiaksyon.karbonlu BOI giderimi,atıkstabilizasyonu
Birleşik havalı, havasız ve
anoksik prosesler Askıda büyüyen
Tek veya çok basamaklı,çeşitliözel prosesler
Karbonlu BOI giderimi,nitrifikasyon,denitrifikasyonP giderimi
-
8/18/2019 Atiksularin Artimi Ders Notlari-24.11.2010
27/103
Birle şik askıda ve
tutunarak büyüyen
Tek veya çok kademeliprosesler
Karbonlu BOI giderimi,nitrifikasyon,denitrifikasyon,Pgiderimi
Lagünler
Havalı havuzlar,Olgunlaştırma havuzları
Fakültatif havuzlarHavasız havuzlar
Karbonlu BOI giderimiKarbonlu BOI gid.(nitr.)
Karbonlu BOI giderimiKarbonlu BOI giderimi(atıkstabilizasyonu)
Şekil 5.1. Askıda büyümeli biyolojik proseslerBağlı Büyümeli Sistemler
Bağlı büyümeli sistemlerde organik maddelerin ve nütrientlerin dönüşümünden sorumlu olanmikroorganizmalar inert bir taşıyıcı malzemeye yapışık olarak büyürler. Bağlı olarak büyüyenmikroorganizmalar biyofilm olarak adlandırılır. Mikroorganizmaların tutunması için
kullanılan taşıyıcı malzemeler; taş, çakıl, kum, plastik, tahta veya bazı sentetik malzemelerolabilir. Bağlı büyümeli sistemler aerobik veya anaerobik olarak işletilebilirler. Ayrıca busistemler, batmış yani tamamen su ile dolu veya batmamış yani kısmen su ile dolu olacakşekilde de işletilebilirler.
-
8/18/2019 Atiksularin Artimi Ders Notlari-24.11.2010
28/103
Atıksu arıtımında en çok kullanılan aerobik biyofilm prosesi damlatmalı filtrelerdir. Bu
filtrelerde, atıksu üst taraftan yarı doygun yatak malzemesi üzerine damlalar şeklinde verilirve atıksu biyofilm üzerinden akarken arıtım gerçekleşir. Damlatmalı filtrelerde, taşıyıcımalzeme olarak genellikle taş malzeme kullanılmakta olup derinlikleri 1.25-2 m arasındadır.Damlatmalı filtre aşağıdaki şekilde verilmiştir.
Şekil 5.2. Bağlı büyümeli biyolojik arıtım prosesi
Modern damlatmalı filtreler ise; 5-10 m yüksekliğinde olup, biyofilm yapışması amacıylaplastik malzeme kullanılmaktadır. Plastik malzeme ile doldurulmuş kulelerde, boşluk hacmigenellikle yüksek olup %90-95 civarındadır. Boşluklardaki hava sirkülasyonu doğal yollarla,tüplerle veya hava pompalarıyla sağlanmakta olup, bağlı olarak büyüyen mikroorganizmalar
için oksijen sağlanır. Atıksu biyofilm üzerinden ince bir film şeklinde akar. Fazlamikroorganizma, taşıyıcı malzeme üzerinden kopar ve bu nedenle düşük konsantrasyonlardaaskıda katı madde içeren çıkış suyu elde edebilmek için çökeltme tankı gerekmektedir. Çökenkatılar, çökeltme tankının dip tarafında toplanır ve zaman zaman uzaklaştırılır.
Mikroorganizmaların Kompozisyonu ve sınıflandırılması
Biyolojik atıksu arıtımında kullanılan karışık kültür, bakteri, protozoa, rotifer ve alg gibibirçok farklı mikroorganizma grubu içermektedir. Bazı durumlarda, biyolojik atıksu arıtımı
sadece spesifik türlerin varlığıyla gerçekleşebilir. Bu bölümde mikroorganizmaların daha iyi
anlaşılabilmesi için (1) hücre içeriği (2) hücre bileşimi (3) mikroorganizmaların aktivitesini
-
8/18/2019 Atiksularin Artimi Ders Notlari-24.11.2010
29/103
etkileyen çevresel koşullar (4) mikroorganizmaların tanımlanması ve sınıflandırılması içinmetotlardan bahsedilecektir.
Hücre İçeriği
Prokaryotik hücrelerin önemli içerikleri ve fonksiyonları Şekil 5.3a ve Tablo 5.3’degösterilmiştir. Benzer olarak ökaryotik hücrelerin içerikleri ise Şekil 5.3b’de gösterilmiştir.
Şekil 5.3. Prokaryotik (a) ve ökaryotik (b) hücrenin yapısı
Mikroorganizmanın arıtma kapasitesini belirleyen enzimlerin üretilmesinden
deoxiribonükleik asit (DNA) ve ribozomlar sorumludur. Ribozomlar proteinlerin (dolayısıyla
enzimlerin) sentez yeri olup, proteinlerin yapısını belirleyen genetik bilgiyi DNA
sağlamaktadır.
Nükleik asitler, DNA ve RNA, nükleotitlerden meydana gelmektedir. Her bir nükleotit beş karbonlu şeker bileşiği, bir azotlu baz, ve fosfat molekülünden oluşmaktadır (Şekil 5.4). DNAve RNA zincirini oluşturmak için, fosfat grubu şeker molekülünün 3. karbonuna (oksijenbağından saat yönüne doğru) bağlanır. DNA’nın azot bazı dört adet pirimidin veya purinbileşiklerinden biri olabilir: stozin (cytosine, C), timin (thymine, T), adenin (adenine, A) veguanin (guanine, G). Benzer olarak RNA’da da dört azotlu baz yer almakta olup, sadece timin
yerine urasil (uracil, U) mevcuttur. DNA, çift sarmallı olup her bir sarmal birbirine azot
bağlarıyla bağlanmaktadır. Bağlanma oldukça spesifik olup, G ile C, A ve T birbirinebağlanabilmektedir. RNA ise tek sarmallı bir yapı olup, A, C, G ve U bazlarını içermektedir.DNA daki nükleotitlerin sırası, bakteriler için gerekli spesifik protein ve enzimlerin üretilmesi
için gerekli genetik kodu oluşturur. DNA’daki nükleotit sayısı oldukça fazla olup genellikle
kilobaz (1000 nükleotit) olarak verilir. Escherichia coli her bir DNA sarmalında 4.7 milyonnükleotit veya 4700 kilobaz çiftine sahiptir.
-
8/18/2019 Atiksularin Artimi Ders Notlari-24.11.2010
30/103
Tablo 5.3. Bakterinin hücre içeriklerinin tanıtılması
Hücre bileşeni Fonksiyonu
Hücre duvarı
Hücre şeklinin oluşmasını sağlar ve yapıyı kuvvetlendirir. Hücre
membranını korur. Bazı bakteriler hücre duvarının etrafını saran yapışkanpolisakarit tabaka oluşturabilir. Buna kapsül veya kaygan tabaka denir.
Hücremembranı
Hücre içerisine çözünmüş organik ve nütrientlerin alınmasıyla, hücredışına metabolik ürünlerin atılmasını kontrol eder.
StoplazmaSu, nütrinet, enzim, ribozom ve küçük organik molekülleri içeren ve hücrehücrenin işlev görmesini sağlayan sıvıdır.
Stoplazmikdepolar
Karbon, nütrient ve enerji sağlayan stoplazmik depolardır.Polihidroksibütrat (PHB) veya glikojen, yağ, ve sülfür granülleri gibi
depolardır.
DNAÇift sarmallı bir yapı olup, hücrede üretilecek protein veya enzimler içingenetik bilgileri sağlar.
Plazmid DNAKüçük yuvarlak DNA molekülleri olup, bakterilere özel genetik özelliklerkazandırır.
Flagellea Protein olup saç yapısındadır. Bakteriye hareket özelliği kazandırır.
Fimbriae ve pili
Kısa saç yapısında proteinler olup, bakterilerin birbirine ve yüzeylere
yapışmasını sağlar.
Şekil 5.4. DNA ve RNA’yı oluşturan nükleotitlerin yapısı
Gen ekspresyonu, Şekil 5.5’de verilmiştir.
-
8/18/2019 Atiksularin Artimi Ders Notlari-24.11.2010
31/103
Şekil. 5.5. Gen ekspresyonu proteinlerin oluşmasını sağlar. İlk olarak DNA’nın birkısmındaki genetik kod mRNA ya yazılır, bu genetik kod ribozomlarda okunur ve tRNA ların
taşıdığı amino asitlerle önce polipeptitler ve son olarak proteinler oluşturulur.
Hücre enzimi; protein ve metalik iyonlar (Zn, Fe, Cu, Mn yada Ni) gibi kofaktörler içerir.
Enzimler, atıksu arıtımında mikroorganizmaların metabolik kapasitesini belirler. Enzimler
büyük moleküller olup, molekül ağırlıkları 10.000-1.000.000 arasında değişmektedir.
Enzimler; hidroliz, indirgenme-yükseltgenme ve sentez reaksiyonları gibi hücrenin önemlibiyolojik reaksiyonlarını katalizler. Örnek olarak hücre dışı enzimler, partikül halindeki yadabüyük moleküllerin hidrolizini gerçekleştirmekte olup, oluşan düşük molekül ağırlığına sahipmoleküller hücre membranından kolaylıkla geçebilmektedir. Enzimler ayrıca constitutive
(yapısal) veya inducible olarak adlandırılabilirler. Constitutive enzimler hücre tarafından
sürekli olarak üretilirken, inducible enzimler ancak spesfik bir bileşiğin mevcudiyetinde yaniözel koşullarda üretilen enzimlerdir. Enzim aktivitesi, sıcaklık ve pH ile değişebilmektedir.
Hücre içeriği
Biyolojik sistemlerde mikrobiyal büyümeyi desteklemek için, uygun nütrientlerin mevcutolması gerekmektedir. Bir hücrenin tipik kompozisyonu, büyüme için nelerin gerektiğine dairbilgiler sunmaktadır. Prokaryotlar %80 su ve %20 kuru madde içermektedir. Bu kuru
maddenin %90’ı organik ve %10’u inorganiktir. Prokaryotik bir hücreye ait tipik
kompozisyon Tablo 5.4’de verilmiştir.
-
8/18/2019 Atiksularin Artimi Ders Notlari-24.11.2010
32/103
Tablo 5.4. Bakteri hicresinin tipik kompozisyonu
Bir hücrenin organik kısmını göstermek için en çok kullanılan formül C5H7NO2 olup ilk defa
Hoover ve Porges tarafından 1952 yılında önerilmiştir. Organik franksiyonun yaklaşık %53’ükarbondur. Fosforunda dikkate alındığı bakteri formülü ise C60H87O23N12P şeklindeverilebilir. Her iki formülde yaklaşık olup, bakteri türüne, zamana ve yaşam koşullarına bağlıolarak kompozisyon değişebilir. Azot ve fosfor yüksek konsantrasyonlarda hücre içerisinde
bulunduğu için makro nütrienter olarak isimlendirilirler. Prokaryotlar ayrıca iz miktardaçinko, mangan, bakır, molibdenyum, demir ve kobalt gibi metalik iyonlara yada
mikronütrientlere ihtiyaç duyabilir. Bütün bu elementler ve bileşikler mikroorganizmalarınyaşam çevrelerinden alındığından, her hangi birinin eksikliği büyüme hızını değiştirebilir.
Çevresel Faktörler
Büyüme ortamının pH ve sıcaklığı, mikroorganizmaların seleksiyon, hayatta kalma vebüyüme özelliklerini önemli derecede etkiler. Birçok bakteri geniş bir pH ve sıcaklıkaralığında canlı kalabilirken, optimum değerler oldukça dar bir aralıktadır. Optimum
sıcaklığın altındaki değerlerde, genellikle 10o
C’lik bir sıcaklık artışı, bakterilerin büyümehızını iki kat arttırır. Optimum sıcaklık değerlerine göre bakteriler psikrofilik, mezofilik ve
-
8/18/2019 Atiksularin Artimi Ders Notlari-24.11.2010
33/103
termofilik olarak sınıflandırılırlar. Her bir kategoriye ait optimum aralıklar Tablo 5.5’de
verilmiştir.
Tablo 5.5. Biyolojik proseslerin sıcaklığa göre sınıflandırılması
pH bakteri büyümesi için önemli çevresel faktörlerden biridir. Birçok bakteri pH 9,5’in
üzerinde veya 4.0’ün altında yaşayamamakta olup optimum değer genellikle 6,5-7,5
arasındadır. Bazı arkeler 60-80oC sıcaklıklarda, çok düşük pH değerlerinde veya yüksektuzluluklarda yaşayabilirler.
Mikrobiyal Metabolizmaya Giriş
Biyolojik artıma tesislerinin dizaynın veya seçiminin yapılabilmesi için mikroorganizmaların
biyokimyasal aktivitelerinin bilinmesi gerekmektedir. Mikroorganizmaların, hücrelerin
karbon kaynağına göre, elektron alıcı veya vericilerine göre kıyaslanması Tablo 5.6’daverilmiştir. Farklı mikroorganizmalar; oksijen, nitrat, nitrit, Fe(III), sülfat, organik maddelerve CO2 gibi elektron alıcıları kullanabilirler. Bazı önemli karbon mekanizmaları ayrıca Şekil
5.6’da verilmiştir.
Şekil 5.6. Bakteri metabolizmalarına örnekler. (a) aerobik, heterotrof; (b) aerobik, ototrof; (c)anaerobik, heterotrof
-
8/18/2019 Atiksularin Artimi Ders Notlari-24.11.2010
34/103
Tablo 5.6. Mikroorganizmaların karbon kaynağı, elektron alıcı, elektron verici ve ürettiği sonürünlere göre sınıflandırılması
Mikrobiyal Büyüme İçin Karbon ve Enerji Kaynakları
Mikroorganizmanın büyümek ve etkili bir şekilde foksiyonlarını yürütmek için; enerjikaynağına, hücre materyallerini üretmek için karbon kaynağına ve azot, fosfor, potasyum,kalsiyum, magnezyum gibi inorganik nütrient kaynaklarına ihtiyacı vardır. Büyüme faktörleri
olarak kullanılan organik nütrientlere de ihtiyaç duymaktadır.
Karbon kaynakları: mikroorganizmalar karbon ihtiyaçları organik maddelerden veyaCO2’den temin ederler. Bakteriler organik yada inorganik maddeleri oksitleyerek enerji
üretirler. Işığı enerji kaynağı olarak kullanan organizmalar fototrof olarak bilinirler. Fototrofikorganizmalar, heterotrof (kükürt-indirgeyen bakteriler gibi) yada ototrof (algler ve
fotosentetik bakteriler). Enerjilerini kimyasal reaksiyonlardan üreten organizmalar isekemotrof olarak bilinir. Fototroflar gibi, kemotrofik organizmalarda heterotrof (protozoa,
fungus ve bakteriler) yada ototrof (nitrifikasyon yapan bakteriler) olabilirler. Kemoototroflar
manyak, nitrit, ferros demir ve sülfür gibi inorganiklerin oksidasyonundan enerjilerini
üretirler. Kemoheterotroflar ise organik maddelerin oksidasyonu sonucunda enerji üretirler.
Kemotrofların enerji üretmede kullandıkları reaksiyonlar, indirgenme-yükseltgenme
reaksiyonları olup, bir elektron vericiden alınan elektronların bir elektron alıcısına
aktarılmasını içerir. Elektron alıcı ve vericiler, mikroorganizma çeşidine bağlı olarak organikveya inorganik olabilir. Enzimleri sayesinde elektronları, dışarıdan alınan bir elektron
vericisine aktaran organizmalar solunum metabolizmasına (respiratory metabolism) sahiptir.
-
8/18/2019 Atiksularin Artimi Ders Notlari-24.11.2010
35/103
Elektron alıcı olarak oksijenin kullanıldığı reaksiyonlara aerobik reaksiyonlar, nitratınkullanıldığı reaksiyonlara anoksik reaksiyonlar denir. Diğerleri ise anaerobik reaksiyonlarolarak adlandırılır. Anoksik ortamda nitrat elektron alıcı olarak kullanılarak azot gazına
indirgenir. Bu reaksiyon biyolojik denitrifikasyon olarak bilinir ve sulardan azot arıtımında
sıklıkla kullanılır. Sadece oksijeni kullanan organizmalar zorunlu aerobikler olarak bilinir.
Hem oksijen hem de nitratı kullananlar ise fakültatif olarak bilinirler.
Fermantasyon ile enerjilerini sağlayan ve aerobik ortamda yaşayamayan organizmalar zorunluanaerobikler olarak bilinirler. Fakültatif anaerobikler ise hem moleküler oksijen varlığındahem de yokluğunda yaşayabilirler. Bu organizmalar iki gruba ayrılabilir. Gerçek fakültatifanaerobikler oksijen mevcudiyetine bağlı olarak fermentatif metabolizmadan aerobik solunummetabolizmasına geçebilirler. Aerotolerant anaerobikler ise kesinlikle fermentatif
metabolizma sonucu enerji üretmelerine rağmen, moleküle oksijene karşı hassas değildir.
Nütrient ve büyüme faktörleri ihtiyacı
Genellikle karbon veya enerji kaynakları değil de nütrientler mikrobiyal sentez ve büyümeyisınırlamaktadır. Mikroorganizmalar tarafından kullanılan inorganik elementler N, S, P, K,
Mg, Ca, Na ve Cl’dir. İz miktarda ihtiyaç duyulan önemli nütrientler ise; Zn, Mn, Mo, se, Co,Cu ve Ni’dir. İhtiyaç duyulan organik nütrientler ise; büyüme faktörü olarak bilinir veprecursor yada o0rganik hücrenin bir bileşeni olup, bunları bakteriler diğer karbonkaynaklarından sentezleyemezler. Büyüme faktörleri bir organizmadan diğer organizmayadeğişiklik gösterse de önemli büyüme faktörleri (1) amino asitler (2) azotlu bazlar (purine veprimidinler) ve (3) vitaminler olarak sınıflandırılır.
Evsel atıksular genellikle yeteri kadar nütrient içermekle beraber özellikle yüksek organikmadde içeren endüstriyel atıksularda nütrient eksikliği olabilir. Bakteri formülüC12H87O23N12P olarak alınırsa, 100 g bakteri hücresi üretmek için 12,2 g azot, 2.3 g fosfata
ihtiyaç duyulacağı hesaplanır.
Bakteri Büyümesi
Substrat tüketilmesine paralel olarak, atıksu arıtımı sırasında sürekli olarak bakteri üretilir.
Bakteriler genellikle bölünme ile çoğalmakta olup buna binary fizyon denir. Bir hücreninbölünmesi için gerekli zamana generasyon zamanı denir ve bakteri çeşidine bağlı olarak
günler mertebesinden 20 dakika aralığına kadar değişebilir. Örnek olarak eğer generasyonzamanı (ikilenme zamanı) 30 dakika alınırsa ve bakterinin çapı ve yoğunluğu sırasıyla 1 µmve 1 g/cm3 olarak alınırsa, bir bakterinin ağırlığı 5. 10-13 g olur. 12 saat içerisinde bakterisayısı 16.777.216 (224), toplam ağırlığı ise 8.4 µg olur. Dolayısıyla, bakteri ağırlığına kıyaslasayısı çok daha önemli derecede artmaktadır. Tabi bu büyüme durumu hiç bir şeyin büyümeyisınırlamadığı durumlar için geçerli olup, genellikle atıksu arıtımında bir veya birkaç faktörbüyümeyi sınırlamakta olup, büyüme sonsuza kadar devam etmemektedir.
Kesikli bir reaktörde bakteri büyüme eğrisi aşağıda veriliş olup, büyüme evreleri lag fazı,logaritmik büyüme fazı, durağan faz ve ölüm fazı olarak ayrılır.
-
8/18/2019 Atiksularin Artimi Ders Notlari-24.11.2010
36/103
Şekil 5.7. Kesikli reaktörde bakteri büyüme evreleri
Bakteri büyümesi ve dönüşüm katsayısı (biomass yield)
Dönüşüm katsayısı = (g üretilen biyokütle) / (g substrat tüketilen)
Aerobik bakteriler için: g SS veya VSS/g substrate; g SS veya VSS/g COD veya; g CODbiyokütle/g COD substrat
Ototrofik nitrifikasyon bakterileri için: g SS veya VSS/NH4-N oksitlenen.
Atıksu arıtımında, birçok organik madde suda bulunabileceği için organikleri tek tekbelirlemek imkânsızdır. Bu nedenle tüm organiklerin toplamı için bir ölçüt olan KOİ veyaBOİ kullanılır.
Biyokütle büyümesinin ölçülmesi
Biyokütle çoğunlukla organik maddelerden meydana geldiği için toplam bakteri miktarıuçucu katı madde veya partikül KOİ ölçülerek belirlenebilir. Fakat bu ölçümlerde canlı vecanlı olmayan bakteriler ayırt edilemez. Ayrıca, partikül halinde organik madde miktarı çok
fazla olan sularda bu ölçümler gerçek bakteri konsantrasyonunu vermeyecek olup, hücre
proteini, DNA ve enerji transferi amacıyla kullanılan ATP bakteri konsantrasyonunu
belirlemek amacıyla kullanılabilir. Genellikle kuru bakteri ağırlığının %50’sinin proteinolduğu kabul edilebilir. Düşük biyokütle içeren sularda bakteri konsantrasyonu bulanıklıkölçülerek de belirlenebilir. Bazen sadece canlı bakterilerin ölçülmesi istenir. Bu durumda,
seyreltilen bakteri karışımı agar üzerine sürülerek ekim yapılır ve inkübasyon sonucunda
oluşan koloniler sayılır. Fakat unutmamak gerekir ki bütün bakteriler agar üzerindebüyütülemeyebilir.
-
8/18/2019 Atiksularin Artimi Ders Notlari-24.11.2010
37/103
-
8/18/2019 Atiksularin Artimi Ders Notlari-24.11.2010
38/103
Dolayısıyla yukarıda verilen glikoz oksidasyonu için gereken oksijen aşağıdaki şekildebulunabilir.
oksitlenen substrat, gerekli oksijene eşit olup;
Oksijen ihtiyacı = Kullanılan KOİ – Hücre KOİ değeri
= (1.07 g O2 /g glikoz).(3 mole x 180 g glikoz/mole) – (1,42 g O2 /g hücre)(2x113 g
hücre/mole) = 577,8-320,9 = 256,9 g O2.
Dolayısıyla, kullanılan KOİ başına gerekli oksijen miktarı;
Kullanılan oksijen/glikoz = 256,9 g oksijen / [(3 mole x 1,07 g KO İ /g glikoz x 180 gglikoz/mol)] = 0,44 g O2 /g KOİ kullanılan.
Veya denklem kullanılarak gerekli oksijen miktarı aşağıdaki şekilde de hesaplanabilir.
Örnek 7.1. Gözlenen Biyokütle Dönüşüm Katsayısı ve Oksijen Kullanımı. Aşağıdaverilen geri devirsiz bir aktif çamur ünitesi 500 g/m3 konsantrasyonuna sahip çözünmüş biyolojik ayrışabilir KOİ (bsKOİ) içermektedir. Debi 1000 m3 /gün ve reaktör çıkışındakibsKOİ ve VSS konsantrasyonları sırasıyla 10 ve 200 g/m3 dür. Buna göre;
a) Gözlenen dönüşüm katsayısını g VSS/g KOİ b) Gerekli olan oksijeni gO2 /g KOİ ve g/gün olarak hesaplayın.
-
8/18/2019 Atiksularin Artimi Ders Notlari-24.11.2010
39/103
Çözüm:
1. Dönüşüm katsayısının hesaplanması
Aşağıda verilen genel denklemin geçerli olduğunu düşünerek
2. Giderilen her gram bsKOİ için gerekli oksijen ise;a. İlk olarak KOİ kütle dengesi yazılır. Buna göre;
Birikim = giren – çıkan - kullanılan
0 = KOİgiren – KOİçıkış – kullanılan oksijen
Kullanılan oksijen = KOİgiren – KOİçıkan
KOİgiren = 500 g/m3. (1000 m3 /gün) = 500.000 g KOİ /gün
KOİçıkan = çözünmüş KOİ + biyokütle KOİ
bsKOİçıkan = 10 g/m3 (1000 m3 /gün) = 10.000 g KOİ /gün
Çıkışta biyokütle KOİ = 200.000 g VSS/gün (1,42 g KOİ /gVSS) = 284.000 gKOİ /gün.
Çıkıştaki toplam KOİ = 10.000 g/gün + 284.000 g/gün = 294.000 g KOİ /gün
b. Gerekli olan oksijen ise;
500.000 g KOİ /gün – 294.000 g KOİ /gün = 206.000 g KOİ /gün = 206.000 g O2 /gün.
c. Kullanılan her gram KOİ başına gerekli oksijen ise;
-
8/18/2019 Atiksularin Artimi Ders Notlari-24.11.2010
40/103
oksijen/KOİ = (206.000 g/gün)/(490.000 g/gün) = 0,42 g O2 /g KOİ.
MİKROBİYAL BÜYÜME KİNETİĞİ
Evsel ve endüstriyel atıksular birçok farklı maddeler içerdikleri için organik bileşenlerin
konsantrasyonu genellikle biyolojik olarak parçalanabilir (biodegradable) KOİ (bKOİ veyabCOD) yada UBOİ (UBOD) şeklinde verilir. bCOD ve UBOD, çözünmüş, koloidal vepartikül halindeki biyolojik parçalanabilir bileşenleri kapsar. Bu bölümde kolaylık açısındançözünmüş haldeki biyolojik parçalanabilir KOİ (bsCOD) kullanılacaktır. bsCOD ikibileşenden oluşmaktadır; hızlı (veya kolay) ve yavaş parçalanabilir COD.
Aktif çamur reaktörü içerisindeki biyokütle genellikle MLSS (karışık sıvıda askıda katımadde) veya MLVSS (karışık sıvıda askıda uçucu katı madde) olarak ifade edilir.Biyoreaktördeki MLSS’in üç bileşeni vardır; biyokütle, biyolojik olarak parçalanmayan uçucukatı madde (nbVSS) ve inert inorganik toplam askıda katılar (iTSS). nbVSS giriş atıksuyunda
olabileceği gibi, biyokütlenin içsel solunumu sırasında da üretilebilmektedir. iTSS ise giriş atıksuyundan dolayı oluşmaktadır.
Atıksu arıtımının amacı substrat tüketmektir. Ototrofik bakteriler için substrat veya elektron
verici genellikle organik maddeler iken, ototrofik bakterilerin kullanıldığı arıtmasistemlerinde genellikle amonyak ve nitrittir.
Biyolojik sistemlerde substrat giderim hızı aşağıdaki denklemle ifade edilir (MonodDenklemi (Monod, 1942, 1949)).
= − + Burada,
rsu = substrat tüketim hızı, g/(m3.gün)
k= maksimum spesifik substrat kullanım hızı, gsubstrat/gmikrrorganizma.gün (veya sadece
1/gün)
X= biyokütle konsantrasyonu, g/m3.
S= büyümeyi sınırlayan substrat konsantrasyonu, g/m3.
Ks= yarı doygunluk katsayısı. Büyüme hızı maksimum spesifik büyüme hızının yarısındayken
substrat konsantrasyonu Ks ye eşittir.
Monod Denklemine göre substrat kullanım hızı, substrat konsantrasyonuna bağlı olupaşağıdaki Şekil 5.8’de bu değişim gösterilmiştir.
-
8/18/2019 Atiksularin Artimi Ders Notlari-24.11.2010
41/103
Şekil 5.8. Monod denklemine göre substrat kullanım hızı ile substrat konsantrasyonundeğişimi
Substratın maksimum hızda kullanıldığı durumda, bakteri de maksimum hızda büyüyecektir.Bu durumda maksimum büyüme hızı;
= ve
=
Burada, µ m = maksimum spesifik bakteri büyüme hızı, g hücre/g hücre.gün veya sadece
(1/gün)
Y = gerçek (true) dönüşüm katsayısı (g hücre/g substrat, veya birimsiz).
Bu tanımlara göre, substrat tüketim hızı ayrıca aşağıdaki denklemle de ifade edilebilir.
= − ( + ) Çözünmüş Substrat Kullanımı İçin Diğer Hız İfadelerirsu = -k
rsu = -kS
rsu = -kXS
= − Biyolojik prosesin düşük substrat konsantrasyonlarında işletildiği sistemlerde genelliklebirinci dereden hız ifadeleri iyi sonuç verebilir.
-
8/18/2019 Atiksularin Artimi Ders Notlari-24.11.2010
42/103
-
8/18/2019 Atiksularin Artimi Ders Notlari-24.11.2010
43/103
Eğer denklemin her iki tarafı X’e bölünürse, spesifik büyüme hızı aşağıdaki şekilde ifadeedilebilir.
Burada µ = spesifik biyokütle büyüme hızı, gVSS/gVSS.gün
Dolayısıyla spesifik büyüme hızı, toplam biyokütle konsantrasyonuna oranla biyokütle
miktarındaki günlük değişim olarak tanımlanır.
İçsel solunum katsayısı ise; hücre içi materyallerin oksidasyonu, hücre ölümü ve predasyonolaylarını kapsar. Bu katsayı hücre yaşı ile değişim göstermektedir. Biyokütlekonsantrasyonundaki azalma içsel solunum olarak adlandırılır. Alternatif bir yaklaşım iselysis-regrowth (çürüme ve tekrar büyüme) modelidir.
Biyolojik büyüme sistemlerinde teorik olarak bir çok nütrient yada büyüme faktörü büyümeyi
limitleyebilmektedir. Fakat genellikle elektron verici limitleyen faktör olup diğerlerifazlasıyla ortamda mevcuttur. Dolayısıyla, büyüme kinetiğinde kullanılan substrat terimigenellikle elektron vericiye refer etmektedir.
Substrat Kullanımı ve Biyokütle Kullanımı için Kinetik Katsayılar
Substrat kullanımı ve biyokütle büyümesi için kullanılan k, Ks, Y ve kd gibi katsayılar
atıksuya, biyokütle popülasyonuna ve sıcaklığa bağlı olarak değişmektedir. Bu katsayılarlaboratuar veya gerçek ölçekli reaktör çalışmalarıyla elde edilir. Evsel atıksu da BOİ giderimiiçin tipik katsayılar Tablo 5.7’de verilmiştir.
Tablo 5.7. Evsel atıksuların aktif çamur prosesi ile arıtılmasında kullanılabilecek kinetikkatsayılar
Oksijen kullanım hızı
Oksijen tüketim hızı substrat tüketim ve bakteri büyüme hızıyla orantılıdır. Dolayısıyla
oksijen kullanım hızı aşağıdaki şekilde verilebilir;
-
8/18/2019 Atiksularin Artimi Ders Notlari-24.11.2010
44/103
= − −1,42 Burada r0 = oksijen kullanım hızı gO2 /m
3.d
1,42 = hücrenin KOİ sidir. bsCOD/gVSS
Sıcaklığın Etkisi
Biyolojik proseslerin verimlerinin belirlenmesinde sıcaklığın proses kinetiğini üzerineetkisinin belirlenmesi oldukça önemlidir. Sıcaklık sadece biyolojik reaksiyon hızını etkilemez
aynı zamanda, gaz transfer hızını ve çökme hızını da etkilemektedir. Sıcaklığın biyokinetikkatsayılar üzerine etkisi aşağıdaki denklem ile ifade edilebilir.
= () Burada kT ve k20 sırasıyla T ve 20
oC’de ki kinetik katsayı değerlerini vermektedir.
θ = sıcaklık-aktivite katsayısı (1,02-1,25).
Toplam askıda uçucu katı madde ve aktif biyokütle
Biyolojik kinetiklerde kullanılan X aktif biyokütle konsantrasyonudur. Gerçekte bir
reaktördeki VSS aktif biyokütle dışında maddeleri de içermekte olup, aktif biyokütle oranıatıksu karakteristikleri ve reaktör işletme koşullarına bağlı olarak değişmektedir. Aktif kütledışında VSS konsantrasyonuna katkıda bulunan diğer bileşenler ise; hücrenin decay indenkaynaklanan hücre atıkları ve giriş atıksuyunda bulunan ve biyolojik olarak parçalanmayan
uçucu askıda katılardır.Bakteri ölümü sırasında hücrenin parçalanması meydana gelir ve hücre materyalleri sıvı
içerinse salgılanır. Bu hücre materyaller üzerinden diğer bakteriler gelişebilmektedir.Hücrenin bir kısmı (hücre duvarı) çözünmez ve biyolojik olarak parçalanamayan organik
madde olarak kalır. Oluşan bu artık maddeye hücre atık malzemesi denilir ve tüm hücreağırlığının %10 ile 15 ini oluşturmaktadır. Hücre atık malzemesi de VSS olarak ölçülür vekarışık sıvıda ölçülen VSS konsantrasyonuna katkıda bulunur. Hücre atık malzeme oluşumhızı direk olarak hücre içsel solunum hızı ile orantılıdır.
= () Burada rxd = hücre atık oluşturma hızı, g VSS/m3.df d = hücrenin atık olarak kalan kısmı, 0.1-0.15 g VSS/gVSS
Havalandırma havuzundaki VSS’in bir kısmı giriş atıksuyundan gelen nbVSS olup evselatıksularda bu değer 60-100 mg/L olup, ön çöktürmeden sonra bu değer 10-40 mg/L’yedüşmektedir.
-
8/18/2019 Atiksularin Artimi Ders Notlari-24.11.2010
45/103
Toplam askıda katı madde
Havalandırma havuzunda VSS oluşum hızı bulunurken, biyokütle oluşum hızı, hücre atığınınoluşum hızı ve girişteki nbVSS birikme hızı dikkate alınmalıdır.
Burada rXT,VSS = toplam VSS üretim hızı, g/m3.d
Q = Giriş debisi, m3 /gün
X0,i = girişte nbVSS konsantrasyonu, g/m3
V = reaktör hacmi, m3.
Aktif biyokütle: üretilen net biyokütlenin toplam VSS’e oranı olarak ifade edilebilir.
FX,act = (-Yrsu – kdX)/rX,VSS
Burada FX,VSS = aktif biyokütle oranı olarak ifade edilir.
Net ve gözlenen dönüşüm katsayısı
Gerçek (true) dönüşüm katsayısı önceki bölümlerde hücre sentezi sırasında tüketilen substratakıyasla üretilen biyokütle olarak tanımlanmıştı. Biyolojik arıtım sistemlerinin dizayn veanalizinde iki önemli dönüşüm katsayısı daha kullanılmaktadır. Bunlar; (1) net biyokütleüretim katsayısı (2) gözlenen katı üretim katsayısı. Bu tanımlardan birincisi sistemdeki aktif
biyokütlenin üretimini tahmin etmek için kullanılır. İkincisi ise çamur üretimindekullanılmaktadır.
Net Biyokütle üretim katsayısı. Net biyokütle üretim katsayısı net biyokütle üretim hızı ilesubstrat tüketim hızının oranı olup aşağıda verilmiştir.
= −/ Gözlenen dönüşüm (üretim) katsayısı. Sistemde ölçülen gerçek katı madde üretiminibulmada kullanılır.
= −,/ Örnek 7.5. Biyokütle ve çamur üretiminin hesaplanması. Endüstriyel atıksularınarıtımında kullanılan bir aktif çamur tesisinde giriş atıksuyundaki bsCOD konsantrasyonu 300g/m3 ve nbVSS konsantrasyonu ise 50 g/m3 dür. Giriş atıksu debisi 1000 m3 /gün dür. Aktifçamur havuzundaki biyokütle konsantrasyonu 2000 g/m3 ve bsCOD konsantrasyonu 15 g/m3
dür. Havalandırma havuzu hacmi 105 m3 dür. Hücre kalıntı üretim katsayısı f d; 0,1 ise net
-
8/18/2019 Atiksularin Artimi Ders Notlari-24.11.2010
46/103
biyokütle üretimi katsayısını, gözlenen çamur üretim katsayı değerini ve toplam MLVSSiçerisindeki biyokütle oranını hesaplayın. Tablo 5.7’de verilen kinetik katsayılar
kullanılacaktır.
Çözüm.
1. Net biyokütle üretim katsayısını bulalım.
Ybio = -rg /rsu bu durumda ilk olarak rsu hesaplanabilir.
Daha sonra rg aşağıdaki şekilde hesaplanabilir.
Son olarak;
2. Yobs hesaplanacaktır. = −,/. Formülde ilk olarak VSS üretim hızıhesaplancaktır.
Son olarak,
-
8/18/2019 Atiksularin Artimi Ders Notlari-24.11.2010
47/103
3. Aktif biyokütle oranının hesaplanması
Görüldüğü üzere, hücre kalıntı üretimi ve giriş suyundaki parçalanamayan organikten dolayıaktif biyokütle oranı %64’e düşmüştür.
-
8/18/2019 Atiksularin Artimi Ders Notlari-24.11.2010
48/103
BÖLÜM 6. ASKIDA BÜYÜME PROSESLERİNİN MODELLENMESİ VE AKTİFÇAMUR PROSESİNİN DİZAYNI
Askıda büyümeli proseslerin (örnek: aktif çamur prosesi) tanıtılmasıGeri devirli ve tam karışımlı askıda büyümeli aktif çamur prosesi model olarak alınarak kütledengesi kurulacaktır. Şekil 6.1’de bu tip bir reaktör verilmiş olup her bir sembolün ne ifadeettiği belirtilmiştir.
Şekil 6.1. Kütle dengesi analizlerinde kullanılacak olan aktif çamur prosesi (a) fazla çamurungeri devir hattından atılması durumu (b) fazla çamurun reaktörün içinden atılması durumu
Biyokütle İçin Kütle Dengesi
Kütle dengeleri hesaplamalarında artan bir madde için “+”, eksilen veya azalan bir madde için
ise “-“ kullanılır. Biyolojik arıtım sonucunda hücre veya biyokütle arıtışında net bir artış meydana gelmektedir.
1. Genel kütle dengesi kurulumu
3. Sembolik gösterim
= − ( − ) − +
-
8/18/2019 Atiksularin Artimi Ders Notlari-24.11.2010
49/103
Burada,
dX/dt = Reaktördeki biyokütle konsantrasyonun değişimi, gVSS/m3.d
Q = Giriş debisi, m3 /gün
X0 = girişteki biyokütle konsantrasyonu, g VSS/m3
Xe = çıkıştaki biyokütle konsantrasyonu, g VSS/m3
Qw = atık çamur debisi, m3 /gün
XR = Geri devir hattındaki çamur konsantrasyonu, g VSS/m3
rg = Net biyokütle üretim hızı, gVSS/m3.d.
Eğer girişteki biyokütle konsantrasyonu ihmal edilir ve steady-state koşulların varlığı kabul
edilirse, denklem aşağıdaki hali alır; = ( − ) − Net büyüme yerine uygun formül yapılarak sadeleştirme yapılırsa aşağıdaki denklem eldeedilir;( − ) + = − − Burada X biyokütle (aktif bioyokütle) konsantrasyonudur.
Denklemin sol tarafındaki eşitlik çamur yaşı (SRT)’nın tersi dir. Çamur yaşı; bir gündesistemden atılan çamurun reaktördeki toplam çamur miktarına oranı olarak tanımlanır. Bu
durumda çamur yaşı;
= ( − ) + Bu durumda yukarıdaki denklem aşağıdaki şekilde yazılabilir.
1 = − − Olarak yazılır. 1/SRT terimi aynı zamanda spesifik büyüme hızı, µ, olarak da tanımlanabilir.Çünkü sistemden her gün atılan çamur o gün büyüyen fazla çamur olup, sistemden günlük
atılan çamurun toplam çamur miktarına bölümü spesifik büyüme hızını vermektedir.
= SRT sistemden atılan çamur miktarıyla kontrol edilmektedir. Sistemden atılan çamur miktarı
azaltıldıkça SRT artmakta bu durumda spesifik büyüme hızı azalmaktadır.
-
8/18/2019 Atiksularin Artimi Ders Notlari-24.11.2010
50/103
Spesifik büyüme hızına benzer olarak spesifik substrat kullanım hızı tanımlanmıştır. Spesifiksubstrat kullanım hızı ise; -rsu /X olarak tanımlanır. Bu terim U veya q ile gösterilir.
= = = ( − ) = − Olarak tanımlanır. Burada;
U veya q = spesifik substrat kullanım hızı g BOİ yada COD/gVSS.gün
S0 = girişteki çözünmüş substrat konsantrasyonu, g BOİ veya bsCOD/m3
S = Çıkıştaki çözünmüş substrat konsantrasyonu, g BOİ veya bsCOD/m3
V = havalandırma tankı hacmi, m3
τ = hidrolik bekleme zamanı (V/Q), gün
Bu denklemlerin kullanılmasıyla aşağıdaki denklem elde edilir;1 = + − Çamur yaşı aktif çamur tesislerinin dizayn ve operasyonunda önemli bir parametredir. SRT
aktifleştirilmiş çamurun sistemde ortalama kalış süresidir. Yumaklaşma ve çökelmenin iyiolduğu aktif çamur tesislerinde çıkışta VSS konsantrasyonu genellikle 15 mg/L (veya 15g/m3)’den küçüktür. Fazla çamur çökeltme tankından havalandırma tankına gönderilen geri-
devir çamur hattından veya havalandırma tankından atılır.
Yukarıdaki denklemleri uygun şekilde çözülmesiyle aşağıdaki denklem elde edilir. Budenklem kullanılarak bir aktif çamur prosesi çıkışındaki çözünmüş substrat konsantrasyonutahmin edilebilir.
= 1 + ()( − ) − 1 Görüldüğü üzere aktif çamur prosesi çıkış substrat konsantrasyonu kinetik katsayılar ile SRTnin bir foksiyonudur. Denkleme göre çıkış substrat konsantrasyonu, giriş substratkonsantrasyonundan bağımsızdır. Fakat ileride gösterileceği üzere, giriş substratkonsantrasyonu bakteri konsantrasyonunu etkilemekte ve bu durum da çıkış substratkonsantrasyonunu etkileyebilmektedir.
Substrat kütle dengesi.
Substrat tüketimi için havalandırma tankı etrafında kütle dengesi yazılırsa;
-
8/18/2019 Atiksularin Artimi Ders Notlari-24.11.2010
51/103
Birikim = giren-çıkan±üretilen/tüketilen
Burada rsu yerine yazılır ve styeady-state kabulü yapılırsa;
s/(Ks + S) yerine uygun terim yazılırsa;
= ( − )1 + Denklemden görüldüğü üzere, biyokütle konsantrasyonu SRT, hidrolik bekleme zamanı, Y vegiderilen substrast konsantrasyonun bir fonksiyonudur.
Aynı denklemler, geri devirsiz aktif çamur prosesi içinde kullanılabilir. Geri devirsiz
sistemlerde katı ile sıvı bekleme zamanları birbirine eşit olup, SRT = τ olacaktır. Bu durumda;
= = Elde edilen denklemler incelendiğinde, SRT’nin hem çıkıştaki çözünmüş substratkonsantrasyonunu hem de havalandırma tankındaki biyokütle konsantrasyonunu önemli
derecede etkilediği ortaya çıkacaktır. Belli bir SRT seçildiğinde Qw belirlenir ve bir gündesistemden atılan çamur kontrol edilerek sistem işletilir.
Havalandırma havuzunda katı konsantrasyonu ve katı (veya çamur) üretimi
Biyolojik bir reaktörde üretilen çamur prosesi devam ettirmek için her gün atılması gereken
madde miktarını göstermektedir. Üretilen çamur TSS, VSS ve biyokütle olarak belirlenir.
SRT kullanılarak aktif çamur prosesinde üretilen fazla çamur miktarı hesaplanabilir.
Buarada, PXT,VSS = günlük atılan toplam katı miktarı, gVSS/gün.
XT = tanktaki toplam MLVSS konsantrasyonu, g/m3.
Eğer günlük olarak atılan biyokütle konsantrasyonu bulunmak istenirse aynı denklemde XT yerine X kullanılır. Yani;
-
8/18/2019 Atiksularin Artimi Ders Notlari-24.11.2010
52/103
Havalandırma havuzunda toplam katı konsantrasyonu
Havalandırma havuzundaki toplam katı konsantrasyonu biyokütle konsnatrasyonu ile nbVSS
konsantrasyonlarının toplamına eşittir. Bu durumda;
Burada bahsedilen nbVSS konsantrasyonu; girişte nbVSS konsantrasyonuna, üretilen hücreatığına ve sistemden her gün atılan çamur miktarına bağlıdır. Eğer nbVSS için kütle dengesiyazılırsa;
= , − + , Burada;
X0,i = Girişteki nbVSS konsantrasyonu, g/m3.
Xi = havalandırma tankındaki nbVSS, g/m3.
rX,i = hücre içsel solunumu nedeniyle üretilen hücre kalıntısı, g/( g/m3).
Eğer steady-state koşullar kabul edilirse ve rX,i yerine yazılırsa;
Denklemler birleştirilirse, aşağıdaki önemli denklem elde edilir.
Katı (çamur) üretimi.
Bahsedildiği üzere; .
Bu denklemden PXT,VSS hesaplanırsa;
Eğer yukarıdaki denklemde X yeride yukarıda bulunan denklem yazılırsa;
-
8/18/2019 Atiksularin Artimi Ders Notlari-24.11.2010
53/103
SRT’nin sistem performansı üzerine etkisi Şekil 6.2’de sunulmuştur.
Şekil 6.2. Tam katışımlı aktif çamur prosesinde SRT’nin çıkış çözünmüş substrat, biyokütleve MLVSS üzerine etkisi
SRT arttıkça daha çok hücre parçalanacak ve daha fazla hücre kalıntısı oluşacaktır.Dolayısıyla SRT arttıkça MLVSS ve biyokütleye ait VSS konsantrasyonu arasındaki fark
artacaktır. Şekilden görüldüğü üzere, SRT değeri 2 günün üzerinde olduğu zaman çıkıştakiçözünmüş bsCOD değeri çok düşük değerlere kadar düşürülmekte olup, aktif çamurprosesinin evsel Atıksuların arıtımında ne kadar etkili olduğunu göstermektedir. Fakat ilerikibölümlerde gösterileceği üzere, SRT seçiminde sadece substrat tüketimi göz önüne alınmaz.Aynı zamanda biyokütlenin yumak oluşturması için SRT’nin en az 4-5 gün olmasıgerekmektedir.
Günlük atılan toplam kuru katı miktarı TSS olarak ifade edilir. TSS; VSS ve inorganik katılarıiçermektedir. İnorganik katılar giriş arıksuyunda bulunabileceği gibi, biyokütlenin ağırlıkolarak %10-15’i de inorganik maddelerdir. Girişteki inorganik katılar çözünmemiş halde olup,havalandırma havuzundaki katılar tarafından adsorbe edildiği ve çamur ile beraber atıldığıkabul edilir. Daha önce bulunan XT,VSS formülüne girişteki inorganik katılar ve biyokütledengelen inorganiklerde eklenerek TSS değeri bulunur. Tipik olarak biyokütle VSS/TSS değeri0,85 olup; 0,8-0,9 arasında değişmektedir.
-
8/18/2019 Atiksularin Artimi Ders Notlari-24.11.2010
54/103
PX,TSS= toplam katı madde olarak günlük atılması gereken çamur miktarı
TSS0 = Giriş atıksuyundaki toplam TSS konsantrasyonu, g/m3
VSS0 = Giriş atıksuyundaki VSS konsantrasyonu, g/m3
Toplam MLVSS ve MLSS miktarı (kg olarak) aşağıdaki formüller kullanılarak hesaplanabilir.
ı = = , ı = = , Önce toplam MLVSS miktarı bulunur ve daha sonra MLVSS (veya MLSS) konsantrasyonu
seçilirse havalandırma tankı hacmi hesaplanabilir. Aktif çamur prosesinde MLSS
konsantrasyonu 2000-4000 mg/L arasında seçilebilir.
Gözlenen dönüşüm katsayısı
Yobs giderilen organik madde başına oluşan toplam çamur miktarının VSS veya TSScinsinden ifadesidir. Arıtma tesisinde yapılan deneyler neticesinde hesaplanabilir ve gTSS/g
bsCOD, gTSS/gBOD veya gVSS/g bsCOD, gVSS/gBOD şeklinde ifade edilebilir.
VSS cinsinden gözlenen dönüşüm katsayısı aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanabilir. Buformül PX,VSS formülünün Q(S0-S) değerine bölünmesiyle elde edilir.
Atıksu girişinde nbVSS yok ise Yobs değerinin hesaplanmasında aşağıdaki formül kullanılır.
nbVSS varlığında denklemdeki Xo,i /(S0-S) giriş atıksuyundan gelmektedir. Genellikleçıkıştaki substrat konsantrasyonu girişe nazaran çok düşük olup bu terim X0,i /S0 şeklindesadeleştirilebilir. Bu değer; ön çöktürme uygulanmış evsel atıksular için 0.1-0.3 g/g arasındaolup, ön arıtım uygulanmamış evsel atıksular için ise 0.3-0.5 arasındadır.
-
8/18/2019 Atiksularin Artimi Ders Notlari-24.11.2010
55/103
Oksijen İhtiyacı
Organik maddelerin arıtılması sırasında gerekli oksijen miktarı bulunurken arıtılan bCOD ve
üretilen ve günlük atılan fazla çamur arasında kütle dengesi kurarak hesaplanır. Eğer tümbCOD, CO2 ve H2O’ya oksitlenirse; oksijen ihtiyacı giderilen bCOD’ye eşit olacaktır. Fakat
bilindiği üzere, bakteri bCOD’nin sadece bir bölümünü enerji eldesi için kullanmakta olup,diğer kısmını ise bakteri üretiminde kullanmaktadır. Oksijen ayrıca, içsel solunum amacıylada kullanılmakta olup, bu proses için gerekli oksijen sistem SRT’sine bağlıdır. Her hangi birSRT’de giderilen bCOD harcanan oksijen ve sistemden atılan VSS’e eşit olarak kütle dengesiaşağıdaki şekilde kurulabilir.
Kullanılan oksijen = bCOD giderilen – Atılan çamurun COD si
= ( − ) −1,42, Burada
R0 = oksijen ihtiyacı, kg/gün
PX,bio = günlük atılan biyokütle kgVSS/gün
Buradaki PX,bio aktif biyokütle ile hücre atığının toplamını ifade etmekte olup, toplam atıkVSS formülündeki A ve B’yi içermekte olup aşağıdaki formül ile hesaplanabilir.
Örnek 7.6. Tam karışımlı askıda büyümeli bir sistemin (aktif çamur prosesi) Dizaynı.Tam karışımlı, geri devirli bir aktif çamur prosesi ön çöktürmeden geçirilmiş bir evsel atıksuarıtımında kullanılacaktır. Ön çöktürme sonrasında atıksu özellikleri ise; Debi: 1000 m3 /gün,
bsCOD = 192 g/m3, nbVSS = 30 g/m3 ve inert inorganik miktarı 10 g/m3. Havalandırma
tankında MLVSS = 2500 g/m3 olup, SRT = 6 günde tutulacaktır. Verilen datalar ile aşağıdaverilen kinetik katsayıları kullanarak aşağıdakileri hesaplayın.
1. Çıkış bsCOD konsantrasyonu nedir?2. MLVSS konsantrasyonunu istenen değerde tutmak için Hidrolik bekleme zamanı ne
olmalıdır?
3. MLVSS içindeki biyokütle fraksiyonu nedir?4. Oksijen ihtiyacını kg/gün cinsinden hesaplayın.
Kinetik katsayılar;
-
8/18/2019 Atiksularin Artimi Ders Notlari-24.11.2010
56/103
Çözüm
1. İlk olarak çıkıştaki bsCOD hesaplanacaktır.
2. HRT değerinin hesaplanması
Şeklini alır. Bu denklemi çözmek için aktif biyokütle konsantrasyonunun bilinmesigerekmektedir.
Bu denklem yukarıdaki denklemde yerine konursa;
Olarak bulunur. Havalandırma tankı hacmi ise;
-
8/18/2019 Atiksularin Artimi Ders Notlari-24.11.2010
57/103
= . = 0.197 ü.1000 = 197 . 3. Toplam çamur üretimi kg VSS/gün olarak hesaplanırsa;
4. Toplam çamur üretimi kg TSS/gün olarak hesaplanırsa;
5. Toplam çamur içerisindeki biyokütle fraksiyonun X T değerlerinden hesaplanması
X = (287,2 g
m gü
n)/τ
= (287,2 gm . g
ü
n)/ 0.197 gü
n = 1458gVSS/m
Biyokütle fraksiyonu = X/XT = 1458/2500 = 0,58
6. Gözlenen katı üretim katsayısının (Yobs) g VSS/g bsCOD ve gTSS/g bsCOD cinsindenhesabı.
Günlük atılan çamur = PX,T = 82.2 kg VSS/gün ve 101.4 kg TSS/gün
bsCOD giderilen = Q(S0-S) = (1000 m3 /gün)[(192-0.56)g/m3 /1000 g/kg] = 191440 gCOD/gün
= 191.4 kg COD/gün
VSS cinsinden Yobs = 82.2/191.4 = 0.43 g VSS/ g bsCOD
TSS cinsinden Yobs = 101.4/191.4 = 0.53 g TSS/g bsCOD.
7. Oksijen ihtiyacının hesaplanması
= ( − ) − 1.42, , = , − , = 82.2 ü − 1000 ü30 1 1000 = 52.2 /ü
-
8/18/2019 Atiksularin Artimi Ders Notlari-24.11.2010
58/103
= 1000 ü (192 −0.56) (1 1000 ) −1.4252.2 ü = 117.7 /ü Yorum Benzer bir yaklaşım partikül biyolojik ayrışabilir organik maddelerin arıtımında dakullanılabilir. Partikül biyolojik parçalanabilir KOİ’nin bsCOD’ye eşit olduğu kabuledilebilir. Normalde de SRT değeri 3 günden yüksek ise bütün biyolojik parçalanabilirpartikül KOİ, bsCOD’ye dönüştürülür.
Dizayn ve işletim parametreleri
Şimdiye kadar bahsedildiği üzere, aktif çamur tesislerinin arıtım performansını ve çamuroluşumunu etkileyen en önemli parametre çamur yaşı (SRT) dır. Aktif çamur tesislerinindizayn ve operasyonunda kullanılan diğer iki önemli parametre ise F/M(besin/mikroorganizma oranı) ve volumetrik yükleme hızı olup aşağıda tartışılmıştır.
Besin/mikroorganizma (F/M) oranı. Reaktöre beslenen BOİ veya KOİ’ninmikroorganizmaya oranını ifade eder ve aşağıdaki formülle hesaplanır. = ü ü = Veya
=
Burada, F/M = gBOİ veya bsCOD/gVSS.gün
Q=Atıksu debisi m3 /gün
S0 = giriş BOİ veya bsCOD, g/m3
V= havalandırma havuzu hacmi, m3
X= havalandırma havuzunda biyokütle konsantrasyonu, g/m3
τ = hidrolik bekleme zamanı, V/Q = gün,
Spesifik substrat kullanım hızı.
-
8/18/2019 Atiksularin Artimi Ders Notlari-24.11.2010
59/103
Burada,
E= BOİ yada bsCOD giderim verimi
Görüldüğü üzere, SRT ve F/M birbiriyle alakalı parametreler olup, SRT’nin 20-30 gün olduğu
aktif çamur sistemlerinde F/M oranı 0,1-0,05 gBOD/gVSS.gün arasında değişirken; SRT’nin5 ile 7 gün olduğu sistemlerde F/M oranı 0,3-0,5 gBOİ /gVSS.gün arasında değişmektedir.
Organik Hacimsel Yükleme hızı. Benzer olarak organik yükleme hızı COD veya BODolarak ifade edilebilir.
Burada Lorg = hacimsel organik yükleme hızı, kg BOD/m3.gün.
Proses Performansı ve Stabilite
Yukarıda bahsedilen kinetiğin performans üzerindeki etkileri Şekil 6.2’e gösterilmiştir.Şekilden görüldüğü üzere 1/SRT veya spesifik büyüme hızı (µ) direk olarak birbiriyleilişkilidir. Arıtma tesisi çıkışındaki substrat konsantrasyonu direk olarak SRT’nin birfonksiyonudur.
Şekilden görüldüğü üzere, belli bir SRT’nin altında atıksu arıtımı gerçekleşemez. Bu kritikSRT değeri minimum SRT olarak tanımlanmakta olup, SRTmin olarak gösterilmektedir.Dolayısıyla, fiziksel olarak SRTmin değerinin altında reaktördeki biyokütle atım hızı,
reaktördeki biyokütlenin büyüme hızından daha daha yüksektir. Bu durumda biyokütlebüyümesi olmaz ve bu durum washout olarak isimlendirilir.
Minimum SRT aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanabilir.1 = + − Çoğu durumda S0 değeri KS değerinden çok daha büyük olup, yukarıdaki denklem aşağıdakişekilde sadeleştirilebilir.
1 ≈ − veya1 ≈ −
-
8/18/2019 Atiksularin Artimi Ders Notlari-24.11.2010
60/103
Şekil 6.3. Tam karışımlı ve piston akımlı aktif çamur prosesinde performans ve çıkış substratkonsantrasyonunun SRT ile değişimi
Yukarıdaki denklemler kullanılarak SRTmin değeri hesaplanır. Bu değerin hesaplanmasındakullanılabilecek tipik kinetik katsayı değerleri ise Tablo 5.7’de sunulmuştur. Bahsedildiğiüzere, reaktörler SRTmindeğeri esas alınarak boyutlandırılamazlar çünkü minimum SRT’deçıkış substrat konsantrasyonu giriş substrat konsantrasyonuna eşittir. Bu nedenle, etkili birarıtımdan emin olmak amacıyla, genellikle seçilen SRT, minimum SRT değerinin 2-20
katıdır. Esas olarak, SRT/SRTmin güvenlik katsayısı olarak bilinir ve sistemin etkili bir şekildeişletildiğinin teminatı olarak düşünülür.
= Piston akımlı reaktörlerin modellenmesi
Geri devirli ve piston akımlı bir aktif çamur prosesi Şekil 6.4’de verilmiştir. İdeal bir pistonakımlı reaktörde, reaktöre giren her partikülün reaktörde eşit süre kaldığı kabul edilir. Normalolarak piston akımlı aktif çamur proseslerinin modellenmesi zordur. Fakat Lawrence ve
McCarty (1970) iki önemli kabul yaparak, piston akımlı reaktörlerin modellenmesini
kolaylaştırmışlardır.
1-Reaktöre girişinde ve reaktör çıkışında biyokütle konsantrasyonu eşittir. Bu kabul SRT/ τ>5olması durumunda geçerlidir. Bu durumda reaktördeki biyokütle konsantrasyonu için
ortalama değer olarak gösterilir.
2- Atık reaktörden geçerken substrat tüketim hızı aşağıdaki formül ile ifade edilir.
-
8/18/2019 Atiksularin Artimi Ders Notlari-24.11.2010
61/103
SRT ise aşağıdaki formüle g