SIZINTI SUYUNUN TERS OSMOS

YÖNTEMİYLE ARITIMI

Prof. Dr. Mustafa ÖZTÜRK

TBMM Çevre Komisyonu Başkanvekili

ANKARA-2010

1. ÇÖP SIZINTI SUYU

Çöp depolama alanlarında oluşan sızıntı suları, kirlilik yükü çok yüksek atık

sulardır. Ülkemizde çöp sızıntı suları arıtılmadan, İstanbul hariç, dere, gölet,

göl, deniz ve yer altı suyu gibi yüzeysel su ortamlarına doğrudan verilmektedir.

Arıtılmayan çöp sızıntı suları yüzeysel ve yer altı su kaynaklarını ve toprağı ciddi

şekilde kirletmektedirler.

Çöp depolama alanlarında oluşan sızıntı suları miktarı, genel olarak çöp içindeki

neme ve çöp depolama alanına düşen yağmur suları miktarına bağlı olarak

değişir. Çöp depolama alanı sızıntı suları özellikleri depolanan katı atığın

nitelliği yanında içerdikleri yüksek organik kirletici miktarına, azotlu kirleticilere,

toksik ağır metallere, organik ve inorganik tuzlara bağlı olarak değişir. Yüksek

kirlilik yüküne sahip sızıntı suları yeraltı ve yüzeysel su kaynaklarını

kirletilmesinin yanında toprak kirlenmesine de neden olmaktadır. Çöp sızıntı

suyunda bulunan çeşitli kirleticilerin konsatrasyon aralıkları Tablo 1’de

verilmiştir.

Tablo 1. Çöp Sızıntı Suyundaki Çeşitli Kirleticilerin Konsantrasyonu

Parametre Derişim Aralığı (mg/L)

Kimyasal Oksijen ihtiyacı 20000-60000 pH 4,5-8,5 Biyokimyasal oksijen ihtiyacı 20000-40000 Toplam organik karbon 1500-20000 Alkalinite 1000-10000 Amonyak azotu 150-2040 TKN 375-2600 Sülfat 50-1000 Fosfat 5-100 Klorür 200-3000 Demir 50-1200 Kadmiyum 0,5-140 Kurşun 8-1020 Bakır 4-1400 Toplam krom 30-1600 Nikel 0,1-140 çinko 0,1-1,5

Türkiye şartlarında genel olarak çöp depolama alanı birim alanında günde

oluşan sızıntı suyu miktarı; 5 m3/ha.gün olduğu kabul edilmektedir. Buna göre

10 ha’lık bir alana sahip çöp depolama alanından günlük oluşacak sızıntı suyu

miktarı yaklaşık 56 m3/d olmaktadır.

Literatür çalışmalarında oluşan sızıntı suyu miktarı bölgedeki yağmur ve

buharlaşma miktarına, çöp sıkıştırma oranına bağlı olarak 2 ila 5 m3/ha/gün

arasında değişmektedir. Uygulama çalışmasında çöp depolama alanında oluşan

sızıntı suyu miktarının 15-35 m3/ha/gün olarak değiştiği; depolama alanında

çöp kaldıkça sızıntı suyunun arttığı ve çöpler sıkıştırıldıkça da azaldığı ifade

edilmiştir.

İstanbul’da açığa çıkması muhtemel sızıntı suyu miktarı için planlama çalışması

yapılırken ilk 5 yıl için 2 m3/ha/gün ve daha sonraki yıllar için ise 5

m3/ha/gün değeri esas alınmıştır.

Çöp depolama sızıntı sularının özellikleri mevsimlere ve çöpün özelliğine göre

değişmektedir. Kirlilik yükü çok yüksek olan sızıntı suyunun klasik arıtma

yöntemleri ile arıtılması oldukça zordur. Sızıntı suyu arıtımında kullanılan

yöntemler ve bu yöntemlerin sızıntı suyu yaşına göre uygulanabilirlikleri Tablo

2’de verilmiştir.

Tablo 2 incelendiği zaman depolanan çöpün yaşına bağlı olarak çöp sızıntı suyu

arıtımında en etkin ve uygun yöntemlerin iyon değiştirme, nanofiltrasyon ve

ters osmos yöntemleri olduğu anlaşılmaktadır. Bu tür arıtma yöntemlerinde çöp

sızıntı suyu ön arıtmaya tabii tutulmalıdır. Çöp sızıntı sularındaki çökebilen ve

akıda katı maddeler önceden mutlaka giderilmelidir.

Tablo 2. Sızıntı Suyu Arıtımında Kullanılan Yöntemler ve Çöp Yaşına Göre

Uygulanabilirlikleri.

ÇÖP YAŞI

<1 yıl 1-5 yıl >5 yıl Evsel atıksu ile beraber arıtma

Uygun Orta Uygun değil

Biyolojik arıtma Aerobik sistemler Uygun Orta Uygun değil Anaerobik sistemler Uygun Orta Uygun değil

Fizikokimyasal arıtma Koagülasyon/flokülasyon Uygun değil Orta Orta Kimyasal çöktürme Uygun değil Orta Uygun değil Adsorbsiyon Uygun değil Orta Uygun Oksidasyon Uygun değil Orta Orta Stripping Uygun değil Orta Orta İyon değiştirme Uygun Uygun Uygun

Membran filtrasyon Mikrofiltrasyon Uygun değil - - Ultrafiltrasyon Uygun değil - - Nano filtrasyon Uygun Uygun Uygun Ters Osmos Uygun Uygun Uygun

Çöp sızıntı suyu arıtımında son yıllarda membran teknolojisi ciddi şekilde

geliştirilmiş ve tüm dünyada yaygın olarak uygulanmaktadır. Ülkemizde ise

sadece İstanbul, Erzurum ve Kuşadası’nda çöp sızıntı suları ters ozmos

yöntemiyle arıtılmaktadır. Bazı sanayilerde ve laboratuarlarda kullanılan suların

arıtımında ters osmos yöntemi yaygın olarak uygulanmaktadır. Dolayısıyla ters

osmos yöntemi bilenen bir arıtma yöntemidir.

2. SIZINTI SUYU ARITMA TESİSİ (SSAT)

Membran yöntemi ile çöp sızıntı suyu arıtımı iki aşamadan oluşmaktadır. Sızıntı

suyu bu aşamalardan önce ön çöktürme, kum filtre ve kartuş filtreden

geçirilerek, sızıntı suyu içerisindeki çökebilen ve askıda katı maddeler giderilir.

Çökebilen ve askıda katı maddeleri giderilmiş sızıntı suyu ters osmos arıtma

aşamasına verilir ve bu aşamadan çıkan arıtılmış su kalitesinin iyileştirilmesi

amacıyla permeat arıtma aşamasına verilir. Tesiste arıtılan sızıntı suyunun pH’ı,

deşarj limit şartlarını sağlayacak şekilde ayarlandıktan sonra alıcı ortama deşarj

edilir.

Sızıntı suyu arıtma tesisi kademelerini oluşturan aşamalar ve işlevleri Şekil

1’de ve aşağıdaki bölümlerde detaylı olarak verilmiştir.

Şekil 1. Çöp Sızıntı Suyu Arıtma Tesisi Akım Şeması

Sızıntı suyu arıtma tesisi (SSAT) genel olarak aşağıdaki ünitelerden

oluşmaktadır. Sızıntı suyunun genel akım şeması Şekil 1’de verilmiştir.

1. Sızıntı suyu dengeleme havuzu

2. Sızıntı suyunun hazırlanması

3. Kum filtre

4. Kartuş filtre

5. Sızıntı suyu arıtma aşaması (RO1)

6. Permeat arıtma aşaması (RO2)

7. Permeat deşarj standartları ayarlama (nötralizasyon)

8. Membran temizleme çözelti tankları

2.1. SIZINTI SUYU DENGELEME HAVUZU

Düzenli çöp depolama alanından gelen sızıntı suyu, ilk olarak, sızıntı suyu

içerisindeki çökebilen ve kaba askıda katı maddelerin çökelmesi için hazırlanmış

dengeleme havuzlarına verilir. Dengeleme havuzunda sızıntı suyunun hidrolik

bekleme süresi yaklaşık olarak bir aydır. Havuzların boyutlandırılması ve inşası

buna göre yapılır. Bu havuzlarda herhangi bir fiziksel ve kimyasal işlem

yapılmamaktadır. Sızıntı suyu içinde bulunan çökebilen ve askıda katı maddeler

yerçekimi etkisiyle çökelerek sızıntı suyundan uzaklaştırılır. Dengeleme havuzu

dibinde çökelen katı maddeler, yani çamur, yıllık olarak temizlenir. Çamur

depolama alanı üzerine kademe kademe geri verilir.

Sıcak iklim bölgelerinde dengeleme havuzlarının üzerleri membran ile örtülerek

bu havuzlar, anaerobik havuzlar haline dönüştürülebilir. Böylece hem anaerobik

arıtma sonucu oluşan biyogazdan elektrik enerjisi üretilebilir hem de havuzdan

çevreye koku yayılması önlenir.

Dengeleme havuzu çıkışında sızıntı suyunun pH’ı yaklaşık olarak 8 civarındadır.

2.2. SIZINTI SUYU HAZIRLANMASI

Dengeleme havuzundaki duru fazdaki sızıntı suyu, dalgıç pompa yardımı ile

sızıntı suyu tankına pompalanır. Pompalama işlemi esnasında tabandaki

çamurun karışmamasına dikkat edilmelidir. Aksi durumda askıda katı maddeler

duru faza karışabilir. Sızıntı suyu tankında, sızıntı suyu giriş pH sına bağlı olarak

otomatik olarak asit dozajı yapılır. Sızıntı suyunun pH’ı yaklaşık olarak 6,5

civarına getirilir.

2.3. KUM FİLTRE

pH’ı 6,5 civarına ayarlanmış sızıntı suyu otomatik multimedya kum filtreden

geçirilerek sızıntı suyu içindeki kaba askıda katı maddeler kum filtre üzerinde

tutulur. Kum filtre giriş basıncı yaklaşık olarak 4 bar civarındadır. Kum filtre

giriş ve çıkış basınçları otomatik olarak kontrol edilmektedir. Giriş ve çıkış

basınçları arasındaki fark artınca kum filtre otomatik olarak arıtılmış sızıntı suyu

kullanılarak temizlenir ve temizleme suyu sızıntı suyu toplama havuzuna geri

gönderilir. Kum filtrenin yıkanması manuel olarak da yapılabilmektedir.

Resim 1. Kum Filtre Genel Resim 2. Kartuş Filtreler Genel

Görünümü Görünümü

Geri yıkama süresi kum filtre üzerindeki basınç farkının yanında belli bir çalışma

süresine göre de ayarlanabilmektedir.

2.4. KARTUŞ FİLTRE

Kum filtreden kaba maddeleri ayrılmış sızıntı suyu içerisindeki daha küçük çaplı

askıda katı maddelerin giderimi için kartuş filtreye verilir. Burada gözenek

çapları 25 µm olan kartuş filtreler kullanılmaktadır. Kartuş filtreler ile çapları 25

µm üzerinde olan askıda katı maddeler giderilir. İki paralel sistem halinde

tasarlanmış kartuş filtreler içerisinde 7’şer adet kartuş filtre bulunmaktadır ve

giriş ve çıkış filtre basınç farkının yükselmesi durumunda değiştirilmektedir.

Her hangi bir zamanda filtrelerden herhangi birinin tıkanması halinde tesis

durdurulmadan, filtrelerden temiz olan açılır ve kirli olanın kartuşları değiştirilir.

Bu değiştirme işlemi yılda bir veya iki defa yapılmaktadır.

Kartuş filtre sisteminde filtreler değiştirilirken sistemin durdurulmasına gerek

yoktur.

2.5. SIZINTI SUYUNU TERS OSMOZ METODU İLE ARITMA

AŞAMASI (RO1)

İnce filtreleme işleminden sonra atıksu birinci arıtım aşaması olan sızıntı suyu

arıtma aşamasına verilir. Bu aşama iki adet yüksek basınç pompası ve DT

modüllerden oluşmaktadır. DT modül sayısı debiye göre değişmektedir. Yüksek

basınç pompası tarafından basınçlandırılan sızıntı suyu Resim 3’de görülen

modüllere pompalanmaktadır.

Sızıntı suyunun modüllere yeterli basınç ve debide pompalanması ise ikinci bir

booster pompası tarafından sağlanmaktadır.

Sızıntı suyu yüksek basınç pompası ile basınçlandırılarak membranlardan

geçirilir. Ters osmos yöntemi ile sızıntı suyu arıtımında uygulanan maksimum

işletme basıncı 70 bardır.

Resim 4.’de içyapısı verilen DT modüller, üst üste yerleştirilmiş poliamidlerden

yapılmış membran bloklarından oluşmaktadır. Bu membran blokları iki plastik

plaka arasına yerleştirilen sızıntı suyu membranlarından oluşmaktadır.

Bu poliyamitlerden yapılmış membranların ara tabaka ise polyesterlerden

yapılmıştır. Tabakaların birleştirilmesinde ultrasonik kaynak teknolojisi

kullanıldığından, membranlar sızıntı suyunda bulunan diğer maddeler ile

etkileşime girmemektedir.

Sızıntı suyu arıtma aşamasında, sistem basıncı, PLC tarafından otomatik olarak

ölçülen arıtılmış su, çıkış debisine bağlı olarak çalışan motorlu vana tarafından

ayarlanmaktadır. Motorlu vana çıkış suyu debisi sabit kalacak şekilde açılıp

kapanarak sistem basıncını otomatik olarak düzenlemektedir. Sızıntı suyu

arıtma aşamasından çıkan arıtılmış su ikinci bir arıtma aşaması olan permeat

arıtma aşamasına gönderilmektedir.

Sızıntı suyu arıtma aşamasında oluşan ve toplam giriş suyunun ortalama %25-

30 arası bir hacme sahip olan konsantrat ya biyolojik olarak parçalanabilir

organik maddelerin biyogaza dönüşmesi sağlamak üzere anaerobik reaktöre

veya deponi alanındaki çöpün üzerine geri devir sistemi yapılmak üzere

konsantrat toplama havuzuna gönderilebilir. Anaerobik arıtma sonucu oluşan

arıtılmış sızıntı suyu ya çöp üzerine geri devir yapılır veya membran arıtma

sisteminin başına verilir.

Resim 3. DT Modül Genel Görünümü Resim 4. DT Modül İç Yapısı

Resim 5. Plastik Tabaka Resim 6. Sızıntı Suyu Membranı

2.6. PERMEAT ARITMA AŞAMASI (RO2)

Sızıntı suyu arıtma işleminin ikinci aşamasında ise arıtılmış su ikinci bir arıtmaya

tabi tutulur. Bu aşamada da bir adet yüksek basınç pompası bulunmaktadır.

İkinci aşama arıtma ünitesi birinci aşamaya benzer usulde çalışmaktadır.

Arıtılmış suyun tekrar arıtılmasının amacı çıkış suyu kalitesini biraz daha

iyileştirmektir. Örneğin ilk aşamada arıtılmış sızıntı suyunun KOI değeri 300

mg/L iken ikinci aşamada bu değer 30 mg/L indirilebilmektedir.

İkinci kademe arıtmada oluşan konsantrat sızıntı suyu giriş tankına geri

gönderilir ve sızıntı suyu ile birlikte tekrar arıtma işlemine tabi tutulur.

2.7. PERMEAT NÖTRALİZASYON AŞAMASI

İki aşamalı ters osmos arıtma işlemlerinden geçen arıtılmış su, pH de

iletkenliğinin otomatik olarak kontrol edildiği permeat toplama tankına

gelmektedir.

Resim 7. Arıtılmış Su Tankı Resim 8. Arıtılmış Su Deşarjı Görüntüsü

Bu tankta, arıtılmış suyun pH’ı deşarj standartlarına uygun değerde olacak

şekilde otomatik olarak ilave edilen sodyum hidroksit çözeltisi (NaOH) ile

ayarlanarak, “Su Kirliliği Kontrolü Yönetmeliği” hükümlerini sağlayacak

şekilde deşarj edilir.

Bizatihi uygulama sonucu arıtılmış sızıntı suyunun Su Kirliliği Kontrolü

Yönetmeliğinde “Tablo 20.6.“ (Tablo 3)’de verilen deşarj sınır değerlerini

sağlamak zorundadır.

Tablo 3. Arıtılmış Sızıntı Suyunun Su Kirliliği Kontrolü Yönetmeliğine Göre

Deşarj Sınır değerleri

PARAMETRE

BİRİM

KOMPOZİT NUMUNE 2 SAATLİK

KOMPOZİT NUMUNE

24 SAATLİK KİMYASAL OKSİJEN İHTİYACI (KOİ)

(mg/L) 700 500

TOPLAM KJELDAHL-AZOTU (mg/L) 20 15 ASKIDA KATI MADDE (AKM) (mg/L) 200 100 YAĞ VE GRES (mg/L) 20 10 TOPLAM FOSFOR (P) (mg/L) 2 1 TOPLAM KROM (mg/L) 2 1 KROM (Cr+6) (mg/L) 0.5 0.5 KURŞUN (Pb) (mg/L) 2 1

TOPLAM SİYANÜR (CN¯) (mg/L) 1 0.5 KADMİYUM (Cd) (mg/L) 0.1 - DEMİR (Fe) (mg/L) 10 - FLORÜR (F¯) (mg/L) 15 - BAKIR (Cu) (mg/L) 3 - ÇİNKO (Zn) (mg/L) 5 - BALIK BİYODENEYİ (ZSF) - 10 pH - 6-9 6-9

2.8. MEMBRAN TEMİZLEME ÇÖZELTİ TANKLARI

Membranların temizlenmesinde iki adet çözelti kullanılmaktadır. Bunlardan biri

organik maddelerin temizliği için kullanılan alkali özellikteki çözelti, diğeri ise

inorganik maddelerin temizliğinde kullanılan asidik çözeltilerdir. Membran

temizliği sızıntı suyu kirliliğine bağlı olarak belirli aralıklarla yapılmaktadır.

Membranların temizliği oldukça önemlidir. Aksi durumda işletme maliyeti

yükselir ve arıtma verimliliği düşer

Membran temizleme işlemi, manuel olarak başlatılabildiği gibi, otomatik olarak

belli işletme sürelerinde ve sistem basıncının çok yükselmesi durumunda da

başlatılabilmektedir.

3. İŞLETME GİDERLERİ

Sızıntı suyu arıtma tesisinde kullanılan kimyasal maddeler ve bunların arıtılan

birim sızıntı suyu başına kullanım miktarları Tablo 4’de verilmiştir.

Tablo 4. Sızıntı Suyu Arıtma Tesisinde Kullanılan Kimyasal Maddeler ve

Bunların Kullanım Miktarları

Sarfiyat (birim/ m3

sızıntı

suyu)

Birim

ELEKTRİK 15 kWh/m3sızıntı suyu

ASİT 3 kg/m3sızıntı suyu

NaOH 1 kg/m3sızıntı suyu

TEMİZLEME ÇÖZELTİSİ 1 0,25 kg/m3sızıntı suyu

TEMİZLEME ÇÖZELTİSİ 3 0,07 kg/m3sızıntı suyu

PERSONEL Kişi

Sızıntı suyu arıtma tesisinin birim sızıntı suyu başına kimyasal madde ve enerji

dışında, iki yılda bir birinci ünite membranları, üç yılda birde ikinci ünite

membranları değiştirilmektedir. Bu membranların fiyatları her geçen yıl,

membran teknolojilerindeki gelişmelere paralel olarak azalmakta ve üretimleri

artmaktadır. Bu membranlar piyasada kolay olarak temin edilebilmektedir.

Membran fiyatları her geçen yıl sürekli olarak düşmektedir. Membran fiyatı

düştükçe sızıntı suyu arıtma maliyeti o oranda düşecektir.

Tesiste tüketilen en önemli kalemlerden biriside elektrik enerjisi tüketimidir.

Çünkü ters osmos arıtım işlemi yüksek basınç şartlarında yapılabilmektedir.

Tesiste kullanılan tüm yedek parçalar, gerektiğinde çok kısa bir sürede ve

kolayca tedarik edilebilecek nitelikte ve kalitededir.

4. YATIRIM ve İŞLETME MALİYETİ

Sızıntı suyu arıtma tesisi yatırım maliyeti tesis arıtma kapasitesi ve tesis arıtma

tasarımına bağlı olarak değişmekle birlikte yaklaşık olarak;

İki aşamalı tesisler: 7500-10000 Euro/m3 sızıntı suyu ve üç aşamalı tesisler:

10000-13000 Euro/m3 sızıntı suyu arasında değişmektedir.

İşetme maliyeti depolama alanında oluşan sızıntı suyu miktarına bağlı olarak

değişmektedir. Ham sızıntı suyu miktarına bağlı olarak işletme maliyeti yaklaşık

olarak 9,5 ila 12 TL/ton sızıntı suyu olarak değişmektedir. Burada en yüksek

maliyeti elektrik enerjisi, membran değişimi, temizleme çözeltisi ve personel

gideri oluşturmaktadır.

5. ANALİZ SONUÇLARI

Sızıntı suyu arıtma tesisi giriş ve arıtılmış suyun analiz sonuçları Tablo 5’de

verilmiştir.

Tablo 5.Çöp Sızıntı Suyu, Arıtılmış Su ve Konsantrat Analiz Sonuçları, Sızıntı

Suyu Arıtma Verimi ile SKKY Deşarj Sınır Değerler

Sızıntı suyu (mg/L)

Konsantrat (mg/L)

Permeat (mg/L)

Arıtma verimi (%)

SKKY deşarj limiti

(2 saat) (mg/L)

SKKY deşarj limiti

(24 saat) (mg/L)

TOPLAM SİYANÜR (CN¯)

0,6 1,4 0,05 91,67 1 0.5

FLORÜR (F¯) 110 64,2 0,9 99,18 15 - pH 7,6 7,6 7,4 6-9 6-9 ASKIDA KATI MADDE (AKM)

356 175 0,2 99,94 200 100

TOPLAM KJELDAHL-AZOTU

241 173 12 95,02 20 15

TOPLAM FOSFOR (P)

8,3 6,9 <0,02 99,76 2 1

KİMYASAL OKSİJEN İHTİYACI (KOİ)

4903 13425 20 99,59 700 500

YAĞ VE GRES

7,4 472 <2 97,30 20 10

ÇİNKO (Zn) 0,2 0,5 0,02 90,00 5 - KADMİYUM (Cd)

0,01 0,02 <0,002 98,00 0.1 -

TOPLAM KROM

0,2 0,4 <0,002 99,00 2 1

BAKIR (Cu) 0,03 0,07 0,003 90,00 3 - KURŞUN (Pb)

0,01 0,01 <0,008 90,00 2 1

DEMİR (Fe) 6,3 16,5 <0,001 99,98 10 - BALIK BİYODENEYİ (ZSF)

10 10

KROM (Cr+6) 0,2 0,1 <0,02 90,00 0.5 0.5

Çöp sızıntı suyunun ters osmos yöntemi ile arıtımı sonucu askıda katı madde

% 99,94, KOİ % 99,59, toplam azot % 95,02 oranında giderilebilmektedir.

Ayrıca ters osmos yöntemi ile ağır metaller oldukça başarılı şekilde

giderilmektedir. Ters osmos yöntemi ile ağır metaller % 90,00 ile % 99,98

oranında giderilmektedir.

Arıtılan sızıntı suyu dere, göl ve akarsu gibi alıcı ortama deşarj edilebilir

özelliktedir.