AKTİF ÇAMUR SÜRECİNİN İŞLETİLMESİ Prof. Dr. Hikmet TOPRAK Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Çevre Mühendisliği Bölümü 1. Giriş Aktif çamur süreci, arıtımı gerçekleştiren mikroorganizmaların askıda büyüme özelliklerine sahip olduğu bir aerobik biyolojik arıtma yöntemidir. Arıtım olgusu, oksijen ihtiyacına sahip olan maddelerin mikroorganizmaların metabolik faaliyetleri ile son ürünlere dönüştürülmesi ve yüksek kalitede çıkış suyunun eldesine yöneliktir. İkincil arıtım amacı ile kullanılan bu arıtma yöntemi, azot ve fosfor giderimi sağlayabilmesi nedeni ile, aynı zamanda bir ileri (üçüncül) arıtım süreci olma özelliklerini de taşır. Aktif çamur süreçleri genellikle kendisinden önce yer alan bir on çökeltme havuzuna sahiptir, fakat atıksuyun özelliklerine ve süreç tasarımına bağlı olarak, ön çökeltme havuzu kullanılmayabilir. Bu durumda, uzun havalandırmalı aktif çamur süreci özelliğini taşıdığından, yukarıdaki N ve P giderim işlevlerini yerine getirebilmektedir. Aktif çamur süreci ilk defa 1900'lü yılların başında İngiltere'nin Manchester kentinin atıksularının arıtılması amacı ile uygulanmıştır. Yaygın olarak kullanılması ise 19401ı yıllara dayanmaktadır. Aktif çamur süreci, atıksuyun bünyesindeki çözünmüş, partiküler ve kolloidal yapıdaki organik maddelerin arıtılmasında en yaygın kullanılan yöntem olma özelliğine sahiptir. Sürecin temel tasarım parametreleri oldukça iyi bilinmektedir, fakat uygun olmayan işletme koşulları süreç verimini etkilemektedir. Aktif çamur sürecinin bir modifikasyonu (uzun havalandırmalı), günümüzde, atıksuyun bünyesindeki amonyak konsantrasyonunun azaltılması amacı ile bir nitrifikasyon süreci olarak da uygulanmaktadır. Amonyak, yüksek konsantrasyonlarda sucul yaşam için toksik özellikler sergileyen ve alıcı ortamda oksijen ihtiyacına neden olan bir kirleticidir. 2. Sürecin Temel Amaçlan 2.1. Karbonlu Organik Maddelerin Giderimi Karbonlu organik maddelerin konsantrasyonlarının saptanmasında en yaygın olarak kullanılan yöntem beş günlük BOİ deneyidir. Sadece karbonlu maddelerin oksijen ihtiyacı saptanacaksa, deney şişesine ilave edilen kimyasal maddeler ile nitrifikasyon inhibe edilir. Evsel nitelikli atıksuların arıtılmasında kullanılan iyi tasarımlanmış bir aktif çamur sürecinin çıkış suyunun çözünmüş biyokimyasal oksijen ihtiyacı (BOİ) konsantrasyonu 5 mg/L'den azdır. Benzer olarak, pik debilerde maksimum katı çökelimi sağlayacak şekilde tasarımlanmış çökeltme havuzunun çıkış AKM konsantrasyonu 15 mg/L'den daha düşüktür. Pratik anlamda iyi işletilen bir aktif çamur sürecinin çıkış suyu BOİ5 ve AKM konsantrasyonları 20'şer mg/L mertebesindedir. Alıcı ortam standartlarının çok katı olması durumunda, bu değerlerin altına inmek istenirse, ileri arıtma yöntemlerinin kullanılması gerekir. a) Hidrolik alıkonma süresi b) ÇO konsantrasyonu, nutrientler, alkalinite, pH, sıcaklık gibi çevresel faktörler ve toksik maddelerin varlığı, c) Karışım, çamur geri çevrimi ve fazla çamur atımı için gerekli mekanik aksamın yeterliliği ve kapasitesi d) Tesisteki ekipmanın bakım ve onarımı e) Laboratuar, bakım, işletme ve idari personelin eğitim düzeyi
3. Karbon Giderimi İçin Süreç Kontrolü Aktif çamur sürecinin başarılı bir şekilde işletilmesi süreçteki canlı mikroorganizmalara bağlı olduğundan, arıtma verimi mikroorganizmaları etkileyen çevresel koşullar tarafından yönetilir. İyi bir işletim, tesisi işleten operatörün sistem değişikliklerini algılama ve olası eğilimi belirleme yeteneğine ve bu değişimler karşısında uygun karan verebilme özelliğine bağlıdır. Bu tecrübe, teorik esaslar ile belirlenen katı kurallara bağlı olmayıp operatörün tesis hakkındaki daha önceki uygulamaları ile gelişir. Aktif çamur süreç kontrolü, geçmişteki ve mevcut işletme verilerini ve en düşük işletme gideri sağlayacak şekilde laboratuarda elde edilmiş özgün deney sonuçlarını içerir. Bunlar, F:M oranı, SRT, MLSS ve MLVSS konsantrasyonları, ÇO, çamur hacim indeksi, solunum hızı, mikroskobik muayene ve çamur kalitesidir. Bu parametrelerin izlenmesi ile, hava debisi, çamur geri çevrim oranı ve atım hızı, gerekliyse klor, polielektrolit, azot ve fosfor gibi kimyasal maddeler dozları kolaylıkla kontrol edilebilir. Nitrifikasyonun gerçekleştiği sistemlerde, ayrıca, nitrifikasyon hızı, toplam Kjeldahl azotu (TKN) yüklemesi ve BOİ:TKN oranı da izlenmelidir. Aktif çamur sürecinin işletim biçimi tüm tesisin arıtma giderlerini belirleyecektir. Bu nedenle, çıkış suyu kalitesinin sağlanması zorunluluğu, elektrik enerjisi sarfiyatı ve çamur oluşum hızı da dikkatle izlenmesi gereken unsurlardır. Aktif çamur süreci uygun bir şekilde işletildiğinde, istenen arıtma veriminin sağlanmaması için hiçbir neden yoktur. Ayrıca, tam karışımlı sürecin şok yüklemeleri sönümleme yeteneğine sahip olduğunun da unutulmaması gerekir. Bununla beraber, örneğin bir damlatmalı filtre ile kıyaslandığında, izlenmesi ve kontrol edilmesi gereken parametre sayısı daha fazladır. İyi bir işletim için aşağıdaki esaslara dikkat edilmelidir: a) b) c) d) e) f)
İyi bir işletme ve bakım programı Laboratuvar deneyleri kadar diğer görsel ve fiziksel kontrol sistemleri ile kontrolü Sürecin eğilimini içeren doğru ve güncel verilerin kaydedilmesi İşletme verileri ile laboratuar verilerinin birlikte değerlendirilmesi Elde edilen veriler ile sürecin "ayarlanması" Olası süreç başarısızlıklarına karşı zamanında müdahale
Her süreç kendine özgü işletim özelliklerine sahiptir. Her sürecin aynı şekilde işletilmesini öngören herhangi bir katı kural ve uygulama yoktur. 3.1. Havalandırma ve Çözünmüş Oksijen Kontrolü Havalandırma işlemi iki amaca yöneliktir: a) O2 arıtımı sağlayan aktif kitlenin yaşamını devam ettirebilecek seviyede olmalıdır b) Sürece havalandırma sistemi ile verilen güç, tüm mikroorganizmaları askıda tutabilecek seviyede olmalıdır. Sisteme verilmesi gereken oksijen miktarı, teorik olarak, mikroorganizmaların organik maddeyi ayrıştırabilmesi için gerekli oksijen miktarına eşittir. Bununla birlikte, biyolojik yumakların merkezinde belirli bir oksijen konsantrasyonu sağlamak üzere, teorik değerin üzerinde bir girdi sağlanmalıdır. Genel kural olarak, eğer gerekli oksijen sisteme veriliyorsa karışım için gerekli güç de veriliyor demektir. Havalandırma havuzundaki ÇO konsantrasyonu, havalandırma havuzunda, son çökeltme havuzunda ve çamur geri çevrim hattında sadece istenen mikroorganizmaların bulunmasını sağlayacak düzeyde olmalıdır. Oksijenin mikroorganizmaların büyümesini sınırlaması durumunda, süreçte ipliksi bakterilerin gelişebileceği, baskın hale geçebileceği ve çamurun çökelme özelliklerini olumsuz yönde etkileyebileceği asla unutulmamalıdır. Diğer taraftan,
aşırı havalandırma aşırı enerji tüketimine neden olurken, yaratılan aşırı türbülans ile biyolojik yumaklar parçalanabilir. Bu durumda, çamurun çökelmesi güçleşir ve çıkış suyu bol miktarda askıda katı madde içerir. Bu nedenlerle, aktif çamur havalandırma havuzunda sürekli bir ÇO ölçümü yapılmalı ve hava debisi bu sonuçlara göre ayarlanmalıdır. Pratikte, mikroorganizmaların aktivitelerini sürdürebilmeleri için, havalandırma havuzundaki günlük ortalama ÇO konsantrasyonunu temsil eden ve değişik zamanlarda, havalandırma havuzunun değişik yerlerinde ve derinliklerinde ölçülen oksijen konsantrasyonlarının ortalaması 2 ila 3 mg/L arasında olmalıdır. Daha düşük değerler istenmeyen mikroorganizma tiplerinin baskın hale gelmesine, normal biyolojik aktivitenin engellenmesine ve sonuçta çıkış suyunun kalitesinin azalmasına neden olur. Bununla birlikte, fosfor ve nitrat giderimine yönelik süreçlerde (anaerobik ve/veya anoksik) veya normal süreçlerde ipliksi bakterilerin kontrolüne yönelik sistemlerde ilgili kademelerde sıfıra yakın ÇO değerleri uygulanmaktadır. Düşük çökelme özelliklerine sahip çamurun oluşmasının nedeni 1 mg/L' den daha az ÇO konsantrasyonudur. 3 mg/L' den daha yüksek değerler ise arıtma veriminde önemli bir artış yaratmaz, aksine aşın elektrik enerjisi sarfiyatına neden olur. Bununla beraber, F:M oranı ve özgül oksijen alım hızı emniyetli minimum ÇO seviyesini etkiler. Yüksek F:M oranı nedeni ile özgül oksijen alım hızının artması durumunda daha yüksek ÇO değerleri gerekli olabilir. 3.2. Çamur Geri Çevrim Yöntemleri iyi bir süreç işletimi için, çökelme özellikleri iyi olan bir karışık sıvının eldesi ve bunun korunması son derece önemlidir. MLSS son çökeltme havuzunda çöktürülür ve büyük bir kısmı havalandırma havuzuna "geri çevrim çamuru" olarak devrettirilir. Bu işlem ile havalandırma havuzundaki MLSS konsantrasyonu istenen değerde tutulur. Çamur geri çevrim işlemi süreç kontrolünde anahtar parametredir. Çökeltme havuzunun iki temel fonksiyonu vardır; (a) Katı-sıvı ayırımı ile duru bir çıkış suyu sağlamak ; (b) Çökelen çamuru hızlı bir şekilde toplamak ve tabanda yoğunlaşmasını sağlamak; Çamur geri çevrim oranı (R), havalandırma ve son çökeltme havuzları arasındaki katı dengesini etkiler. Katılar çökeltme havuzunun tabanında bir "örtü" şeklinde birikmelidir. Bu örtünün kontrol edilmesi ve izlenmesi tüm sürecin verimi ve başarısı için oldukça önemlidir. Çamurun havalandırma havuzuna geri çevrimi aşağıdaki uygulamalar ile gerçekleştirilebilir: a) Son çökeltme havuzu giriş debisinden bağımsız olarak sabit debide b) Son çökeltme havuzu giriş debisine bağımlı olarak sabit bir oranda c) Son çökeltme havuzundaki katıların konsantrasyonunu ve alıkonma süresini optimize etmek üzere değişken debide Tesisin tasarımı, günlük debi salınımları ve çamur çökelme özellikleri tesisin sahip olduğu koşullan belirler. 8u nedenle, operatör için, çamur geri çevrim oranı ile MLSS, çamur örtüsü kalınlığı ve günlük debi salınımları arasındaki ilişkinin anlaşılması ve izlenmesi son derece önemlidir. Geri çevrimin son çökeltme havuzuna giren debiden bağımsız olarak sabit bir debide yapılması MLSS' in sürekli olarak değişmesine neden olur. Bu değişim, maksimum debide minimum, minimum debide ise maksimum olacaktır. Havalandırma havuzu ve son çökeltme havuzu, minimum debinin geldiği süreç içerisinde havalandırma havuzunda MLSS depolayan bir sistem olarak fonksiyon görürken, debinin artması ile MLSS' si son çökeltme havuzuna transfer eden bir sistem olarak işlev görür. Son çökeltme havuzu, maksimum debi durumunda MLSS'İ depolayan bir ünite olarak hizmet eder. Bu nedenle, çökeltme havuzundaki çamur örtüsünün kalınlığı, MLSS havalandırma havuzundan transfer edildikçe değişir. Yüksek debide kalın bir örtü daha yoğun bir geri çevrim çamuru üretir. Diğer yöntem ise, havalandırma havuzuna giren debinin sabit bir yüzdesi olarak çamur geri çevrimidir. Bu işlem ya otomatik olarak ya da sık kontrol edilen bir uygulamayla el ile yapılır.
Böylece, debi değiştikçe sabit bir MLSS ve çamur örtü kalınlığı elde edilir. Ayrıca F:M oranının ve SRT’ nin sabit kalması da sağlanır. Üçüncü yaklaşım, çamur kalitesi alt bölümünde detaylı olarak incelenecektir. Çamur geri çevrim oranının kontrolü yaklaşımı için, istenen geri çevrim oranını saptamak amacı ile değişik yöntemler uygulanabilir. Temel olarak, geri çevrim debisi, F:M oranı ile kurulan bir denge MLSS konsantrasyonunun korunmasına yardımcı olacaktır. Ayrıca, geri devrettirilmesi ve atılması gereken çamur konsantrasyonlarını optimize edecektir. F:M oranı fazla çamurun sistemden uzaklaştırılması ile kontrol edilir. Çamur gen çevrim işleminin temel amacı, istenen bir örtü kalınlığını ve MLSS konsantrasyonunu sağlamaktır. Yaygın kullanılan yöntemler aşağıdaki gibi sıralanabilir: a) b) c) d) e)
Çamur örtü kalınlığının doğrudan ölçümü Çökelebilirlik testi Son çökeltme havuzu çevresinde kurulan kütle dengesi Havalandırma havuzu çevresinde kurulan kütle dengesi Çamur kalitesi
Tüm bu teknikler ile, anormal şartlar altında sistemde korunması gereken katı miktarı ve kritik şartlarda nasıl bir süreç kontrolünün uygulanması gerektiği saptanabilir. 3.2.1. Çamur Örtü Seviyesinin Kontrolü Bu yöntem ile çökeltme havuzunda optimum çamur örtü seviyesi sağlanır. Bu seviye deneyim ile belirlenir. Çökeltme verimini azaltmadan uygulanacak maksimum çamur depolama işlemi ile gerçekleştirilir. Böylelikle sisteme gönderilecek gen çevrim çamuru daha yoğun bir halde tutulur. Çamur örtüsü, genelde, 0.3 ila 0.9 m kalınlığında bir tabaka halinde korunur. Kenar duvar yüksekliğinin en fazla % 75'i kadar bir mesafeye yükselmesine izin verilir. Bununla beraber, çamur örtü seviyesi, çamurun çökelme özellikleri, günlük debi salınımları ve örtü genleşme Özelliklerine bağlıdır. Sığ dikdörtgen planlı havuzlarda örtünün kalınlığı oldukça azdır. Derin dairesel havuzlarda ise oldukça fazladır. Kalın bir çamur örtüsü, çökelen çamurun havuzdan çok yavaş bir şekilde uzaklaştırıldığını gösterir. Bu durumda, çamurdaki katı konsantrasyonu normal olarak çok yüksek olacaktır. İnce bir örtü ise, çamurun çok hızlı bir şekilde çekildiğinin göstergesidir. Bu durumda, katı miktarı çok düşük olacaktır. Kalın bir Örtüdeki katı konsantrasyonu çok düşük ise, bunun nedeni disperse olmuş iyi çökelmeyen çamurdur. Bu durum oldukça önemlidir ve acilen bazı önlemlerin alınmasını gerektirir. Çamur geri çevrim hızını kontrol etmek amacı ile çamur örtü seviyesinden yararlanıyorsa, operatör her gün seviyeyi ve birkaç gün önceki geri çevrim oranlarını kontrol etmelidir. Böylece, geri çevrim oranını nispeten sabit bir değerde tutabilir. Geri çevrim oranındaki günlük değişimler genelde düşüktür ve % 10 mertebesindedir. Örneğin, çamur Örtü seviyesi artma eğilimi gösteriyor ve % 40'lık bir geri çevrime işaret ediyorsa, geri çevrim oranı % 45 oranında arttırılabilir. Eğer süreçte çökelen katıların çökelme hızlarını ölçen alet mevcutsa ve bu aletin sonuçları, karışık sıvıdaki katıların çökelme hızının arttığını, geri çevrim çamurundakilerin ise azaldığını gösteriyorsa, geri çevrim çamuru % 50 oranında arttırılmalıdır. İyi bir işletim için operatörün geçmişteki deneyimi büyük rol oynar. Çamur geri çevrim oranı arttırılırsa, çamur örtü seviyesi ve katı konsantrasyonu azalacaktır. Bunun tersi de doğrudur. Fakat, şişkin çamur durumunda geri çevrim oranındaki artış çamur örtü seviyesini yükseltecektir. Ayrıca, artan geri çevrim son çökeltme havuzunda aşırı türbülansa neden olacak ve çökelme verimini düşürecektir. Çamur örtü seviyesi, atıksuyun nicelik ve niteliği gündüz saatlerinde değişim gösterdiğinden oldukça salınacaktır. Seviyenin ölçülmesi gereken en iyi zaman aralığı maksimum debinin tesise geldiği aralıktır, çünkü çökeltme havuzu maksimum hidrolik yükleme koşulları altında çalışmaktadır. Toplayıcı kollarının konumu ölçüm sırasında 90° açı yapacak şekilde
olmalıdır. Herhangi bir numune alma veya izleme programında dikkat edilmesi gereken unsur tutarlılıktır. Konum, saat ve seviye ölçüm yöntemi günden güne değişim göstermemeli, hep aynı yerde aynı zamanda ve aynı yöntem uygulanarak seviye ölçümü yapılmalıdır. Çamur örtü seviyesinin tespiti otomatik ölçüm aletleri ile de yapılabilmektedir. 3.2.2. Çökelebilirlik İstenen çamur geri çevrim oranının kestirimi için uygulanan çökelme testi, belirli bir hacme sahip çamurun 30 dakika süre ile sakin çökelmeye bırakılması, çamur ve üst yüzeydeki duru sıvı hacimlerinin ölçülmesi esasına dayanır. Bu durumda aşağıdaki denklem uygulanabilir: (1)
R SSV = Q (1000 − SSV ) R/Q : Çamur geri çevrim debisinin son çökeltme havuzuna giren debiye olan oranı ve SSV : 30 dakikada çökelen çamur hacmi (mL/L). 3.2.3. Son Çökeltme Havuzu Kütle Dengesi Bu yöntem çamur geri çevrim oranının saptanmasında oldukça iyi bir uygulama olmasına rağmen, son çökeltme havuzundaki çamur örtüsü seviyesinin sabit kaldığı esasına yöneliktir. Bununla beraber, eğer tesiste geri çamur çevrim debisini ölçen bir debi-metre yoksa, geri çevrim oranı, karışık sıvı-geri çevrim çamuru katı konsantrasyonları arasındaki ilişkiden saptanabilir. Kütle dengesi hesaplamaları, son çökeltme havuzuna giren ve çıkan askıda katı madde konsantrasyonları bazında yürütülür. Giren katılar, çamur örtü seviyesinin değişmediği kabulü ile çıkan katılara eşit olmalıdır. Eğer çıkış suyundaki askıda katı madde konsantrasyonu ihmal edilebilir mertebede ise aşağıdaki denklem kullanılabilir: (2)
MLSS WASS RASS Q W R
R=
( MLSS )(Q) − (WASS )(W ) RASSS − MLSS
: Karışık sıvı askıda katı madde (AKM) konsantrasyonu (mg/L), : Sistemden uzaklaştırılan çamurdaki AKM konsantrasyonu (mg/L), : Geri dönüş çamurundaki AKM konsantrasyonu (mg/L), : Tesise giren atıksu debisi (m3/gün), : Fazla çamur debisi (m3/gün) : Çamur geri çevrim debisi (m3/gün).
3.2.4. Havalandırma Havuzu Kütle Dengesi İstenen çamur geri çevrim oranının saptanması için, havalandırma havuzu çevresinde kurulan bir kütle dengesi de uygulanabilir. Eğer havalandırma havuzundaki yeni hücre büyümesi ihmal edilebilir olarak dikkate alınırsa, havalandırma havuzuna giren ve havuzdan çıkan katı miktarları birbirine eşit olmalıdır. Yüksek organik yükleme hızlarında bu kabulün gerçekçi olmadığı açıktır. Giriş suyundaki askıda katı madde konsantrasyonu ihmal edilecek olursa, aşağıdaki denklem kullanılabilir: (3)
R MLSS = Q RASS − MLSS
3.2.5. Çamur Kalitesi Çamur kalitesi kontrol yaklaşımının amacı, son çökeltme havuzundaki geri çevrim çamur konsantrasyonunu ve çamur alıkonma süresini optimize etmektir. Optimum alıkonma sürelerinin seçimi, zamana karşı çizilen çökeltilmiş çamur konsantrasyonları eğrisi bazındadır. Hızlı ve normal çökelen çamurlar için optimum çökelme süreleri eğrilerin düzleşmeye başladığı noktalardır. Yavaş çökelen çamur için optimum çökelme süresi, konsantrasyondaki artışın azalmaya başladığı yer olan noktadır. Normal ve hızlı çökelen çamurlar için ise, optimum süre kırılma noktalarıdır. Uzun çökelme süresi (düşük geri çevrim oranı) çıkış suyu kalitesinin azalmasına neden olacaktır. Hızlı çökelen, "yaşlı", aşırı okside olmuş çamurlar için 15 ila 30 dakika gibi kısa alıkonma süreleri seçilebilir. 40 ila 60 dakika gibi orta değerler normal çamurlar için seçilir. 100 ila 140 dakika gibi yüksek değerler ise yavaş çökelen, "genç", tam oksitlenmemiş çamurlar için uygulanmalıdır. 3.3. Fazla Çamur Kontrol Yöntemleri Aktif çamur sürecinin kontrolünde kullanılan en önemli tekniklerden birisi, sistemdeki katı dengesini korumak amacı ile yapılan fazla çamur atma işlemidir. Çamurun atılması diğer kontrol işlemlerinden daha büyük etkiye sahiptir. Süreçten atılan çamur aşağıdaki unsurları etkiler: a) b) c) d) e) f) g)
Çıkış suyu kalitesi Mikroorganizmaların büyüme hızı ve tipleri Oksijen tüketimi Karışık sıvının çökelebilirliği Gerekli nutrient miktarı Köpüklenmenin oluşumu Nitrifikasyon olasılığı
Atılan fazla çamur, mikroorganizmalar ve BOİ veya KOİ olarak tanımlanan organik madde miktarı arasında bir denge oluşturur. Mikroorganizmalar atıksudan BOI giderdiklerinde, aktif çamur miktarı artar. Bu mikroorganizmaların büyüdüğü hız "büyüme hızı" olarak tanımlanır ve aktif çamur miktarında bir günde oluşan artış miktarı olarak ifade edilir. Fazla çamurun atılmasının tek nedeni, sabit F:M ve SRT sağlamaktır. İyi bir işletim için bu kararlı şartlara gerek vardır. Bununla birlikte, tesiste tam kararlı şartlara ancak yaklaşılabilir, çünkü organik maddenin ve mikroorganizmaların nicelik ve niteliği sürekli değişmektedir. Aktif çamur sürecinden çamur uzaklaştırılması, sistem kararlı şartlardan uzaklaştığında onu düzeltmek için değil, sistem özelliklerindeki değişimi elimine etmek için uygulanır. Aktif çamurun atılması işlemi, genelde, geri çevrim hattından yapılır. Diğer bir yöntem de havalandırma havuzundan karışık sıvının alınmasıdır. Geri çevrim hattındaki katı konsantrasyonu havalandırma havuzundakinden daha fazla olduğundan, son çökeltme havuzunun çökeltme ve yoğunlaştırma özelliklerinden yararlanılmalıdır. Aktif çamur sürecinin optimizasyonu, sistemdeki aktif mikroorganizmaların kütlesinin uygun bir şekilde kontrolü ile gerçekleştirilir. Fazla katıların atılması mikroorganizma kütlesinin nihai kontrolünü sağlar. Atılan çamur miktarının kontrolünde kullanılan yöntemler; (a) (b) (c) (d)
sabit SRT, sabit F:M oranı, sabit MLSS ve çamur kalitesi olarak sıralanabilir.
Herhangi bir zamanda değişik yöntemler ile hesaplanan fazla çamur hacimleri, doğal olarak birbirine eşit olmayacaktır. Eğer operatör, aynı yöntemi uygulayarak tesisi tutarlı bir şekilde kontrol ederse, normal şartlar altında, tesis diğer bir yöntem ile kontrol edilen özellikler ile aynı şartlara yaklaşacaktır. Yöntemler arasındaki farklar; optimuma yaklaşım hızı, değişen şartlara tepki, operatör için uygulama kolaylığı ve tesisin ince ayarındaki etkinlik olarak sıralanabilir. Hangi yöntem seçilirse seçilsin, dikkat edilmesi gereken unsurlar, yöntemin aksatılmadan uygulanması ve numune alma işlemi ile kontrolüdür. Bir yöntemin uygulama ve kontrol özelliklerinin laboratuar deneyleri ile kolayca ve kısa zamanda saptanabilmesi diğerlerine karşı bir üstünlüktür. Aktif çamur süreci, gece saatlerinde bile, ÇO konsantrasyon unda ki değişimlerden oldukça hızlı etkilenir. Bununla birlikte, MLSS, F:M oranı ve SRT' deki küçük değişimlerde bile süreci kararlı halde tutmak için en az 2 ila 3 SRT' ye eşdeğer olan bir periyot gereklidir. Bu nedenle, operatör sürece tepki gösterebilmesi için yeterli süre tanımalıdır. Tüm yöntemler MLSS ve RASSS ölçümlerini içermektedir. Bu değerler santrifüj ile saptanabilir. Askıda katı madde deneyine kıyasla daha hızlı sonuç verdiği ve kolay olduğu için santrifüj testi tercih edilmektedir. Bununla birlikte ikisinin birlikte yürütülmesi önerilmektedir. Ne mikrodalga fırınında 10 dakika içerisinde yürütülen yöntem ne de santrifüj yöntemi NPDES analizinde kullanılmamalıdır. Mevcut organizmaların ağırlığı bazen MLVSS konsantrasyonu olarak saptanır. MLVSS tayini için gerekli sure MLSS' e kıyasla daha uzundur. Bununla birlikte, MLVSS yaşayan bakterilerin yaklaşık bir ölçüsüdür. Ancak ölü organizmaların da ölçüldüğü unutulmamalıdır. Eğer bir tesiste MLVSS ve MLSS oranı nispeten sabitse, hücre kütlesi bazen MLSS' nin bir kesin yüzdesi olarak saptanabilir. Hücre kütlesinin bir indikatörü olarak MLSS izleniyorsa, operatör MLVSS ve MLSS arasındaki oranı hemen kontrol etmelidir. Eğer şiddetli bir değişim söz konusu ise, kütleyi temsil etmek için MLVSS saptanmalıdır. MLVSS ile MLSS arasındaki oran % 70 ila 80 arasında değişir. Debi, havalandırma havuzuna giren BOİ veya KOİ, MLVSS, geri dönüş çamurundaki MLVSS, F:M oranı ve fazla çamur miktarı gibi parametreler, tipik değerlerin eliminasyonu amacı ile en az 7 günlük bir süre ile ölçülmeli ve 7 günlük hareketli ortalamaları kullanılmalıdır. Eğer süreç, ortalama değerlerden ziyade tipik değerlere göre işletiliyorsa süreç başarısızlığı yakın demektir. 3.3.1. Sabit Katı Alıkonma Süresi Oldukça güvenilir olan SRT kontrol yöntemi yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Bu, çamurun çökelebilirliği, solunum hızı ve mikroskobik muayenesi gibi süreç kontrol parametrelerinin en iyi SRT' nin seçiminde kullanılması durumunda kısmen doğrudur. SRT ve MCRT terimleri birbirleri ile dönüşümlü olarak kullanılır. SRT sadece havalandırma havuzundaki katılan hesaba katarken, MCRT ise hem havalandırma hem de son çökeltme havuzundakileri dikkate alır. SRT, mikroorganizmaların atılmadan önce aktif çamur sürecinde korunma günlerinin ortalama sayısıdır. SRT VSS bazında tanımlanabileceği gibi daha hızlı bir şekilde TSS olarak da ifade edilebilir. SRT, aktif çamur sürecindeki katıların toplam ağırlığının sistemden bir günde atılan katıların toplam ağırlığına oranı olarak tanımlanmaktadır. Bir günde sistemi terk eden katıların ağırlığı aşağıdaki denklem ile tanımlanmaktadır: (4)
WASd
WAS d = 10 −3 [(WASSS )(W ) + ( ESS )(Q)] : bir günde sistemden atılan katı miktarı (kg/gün),
WASSS W ESS Q
: fazla çamurdaki AKM konsantrasyonu (mg/L), : fazla çamur debisi (m3/gün), : çıkış suyu AKM konsantrasyonu (mg/L), : son çökeltme havuzu çıkış debisi (m3/gün).
Süreçteki askıda katıların ağırlığı dört değişik şekilde tanımlanabilir ve hesaplanabilir. Her yöntem kullanılabilir, fakat anahtar unsur aynı yöntemin tutarlı bir şekilde uygulanmasıdır. Yöntemler aşağıda sunulmuştur: (1) Havalandırma ve son çökeltme havuzundaki askıda katıların ağırlığı bazındadır Çökeltme havuzundaki askıda katılar, havuzun değişik noktalarından bir kolon numune alma cihazı ile örneklenir ve analizlenir. (5)
WSS MLSS Va CCSS Vc
WSS = 10 −3 [( MLSS )(Va ) + (CCSS )(VC )] : süreçteki katı miktarı (kg), : havalandırma havuzundaki askıda katı madde konsantrasyonu (mg/L), : havalandırma havuzu hacmi (m3), : son çökeltme havuzunda uygulanan su kolonu numunesinde analizlenen askıda katı madde konsantrasyonlarının ortalaması (mg/L), : son çökeltme havuzu hacmi (m3).
(2) Havalandırma ve son çökeltme havuzundaki askıda katıların ağırlığı bazındadır Bu yöntemde son çökeltme havuzundaki çamur örtüsündeki askıda katılar analizlenmez, tahmin edilir. Örtünün üstündeki katı konsantrasyonunun MLSS'e, altındakilerin ise RASSS'e eşit olduğu kabul edilir.
(6)
MLSS + RASS WSS = 10 −3 ( MLSS )(Va ) + (Vsb ) 2
Burada, RASSS :Geri çevrim AKM derişimi (mg/L) ve Çamur örtüsü hacmi (m3). Vsb :
Çamur örtüsü hacmi aşağıdaki denklem uyarınca hesaplanır: (7)
Vsb = (hsb )( Ac )
Burada, hsb :Çamur Örtüsü kalınlığı (m) Ac :Son çökeltme havuzu yüzey alanı (m2)
(3) Havalandırma ve son çökelme havuzundaki askıda katıların ağırlığı bazındadır Bu yöntemde son çökeltme havuzundaki askıda katılar analizlenmez, tahmin edilir. Son çökeltme havuzundaki ortalama askıda katı madde konsantrasyonu MLSS'e eşittir. (8)
WSS=10-3(MLSS)(Va+Vc)
(4) Sadece havalandırma havuzundaki askıda katıların ağırlığı bazındadır (9)
WSS=10-3(MLSS)(Va)
İlk yöntem kullanılarak, aktif çamur sürecinin katı alıkonma süresi (SRT) aşağıdaki gibi tanımlanabilir: (10)
SRT( gün ) =
( MLSS )(Va ) + (CCSS )(VC ) (WASS )(W ) + ( ESS )(Q)
SRT' yi ayarlamanın en kolay yolu fazla çamur debisini günlük olarak ayarlamaktır. Herhangi bir parametre günlük bazda % 10'dan daha fazla değiştirilemez. Bu kural fazla çamur atma hızı için de doğrudur. Bununla birlikte bazı olağanüstü şartlarda daha yüksek değiştirme oranları gerekebilir. Çamur atma hızının hesaplanmasında aşağıda sunulan ve SRT' yi yeniden ifade eden basit bir denklem de kullanılabilir: (11)
SRT ( gün) =
WSS WASS + SS eff
Burada, Wss : süreçteki katı miktarı (kg), WASSS : sistemden atılan katı miktarı (kg/gün) ve SSeff : çıkış suyu ile sistemden çıkan katı miktarı (kg/gün). Bu denklemin WASSS için çözülmesi ile aşağıdaki ifade elde edilebilir: (12)
WASSS =
WSS − SSeff SRT
Bu denklemde kullanılan SRT belirli bir tesis için en iyi sonucu verir ve "hedef SRT" olarak tanımlanır. Hedef SRT, sürecin izlenmesi, eğilimlerin gözlenmesi ve mevsimsel etkilerin dikkate alınması ile aylık bazda seçilmelidir. Örneğin, yaz aylarında yüksek sıcaklık nedeni ile aktif biyokütlenin organik maddeyi ayrıştırma hızı yükseleceğinden, havalandırma havuzunda kış aylarına kıyasla daha az mikroorganizma bulundurulabilir. Sonuç olarak daha düşük bir SRT' ye gerek duyulacaktır. Tesisin "ince ayarda", SRT hafta boyunca, giriş organik yüklemesine ve çamur bertaraf işlemi kısıtlamalarına göre yavaşça değiştirilebilir. Örneğin, eğer hedef SRT 8 gün ise, pazartesi ve cuma günleri arasında 7 günlük, cumartesi ve pazar günleri ise 10 günlük SRT değerleri uygulanabilir. Hafta sonları azalan yükleme nedeni ile cumartesi ve pazar günleri daha düşük çamur atılması işlemi gerçekleştirilebilir. Bununla beraber, bu değişikliklerin hedef SRT değerinden aşırı miktarda uzaklaşmaya meydan vermemesine dikkat edilmelidir. Her ayın
sonunda, aylık çamur atım miktarı gözden geçirilmeli ve gerçek SRT değeri hesaplanmalıdır. Gerçek SRT hedef değerin % 10 ila 20'si mertebesinde olmalıdır. WASSS değeri bir kez saptandıktan sonra, gerçek çamur atım hızı aşağıdaki denklem ile hesaplanmalıdır:
WASSS m W = 103 c WASSS
(13)
Burada, W WASSSm WASSSC
: sistemden uzaklaştırılan çamur debisi (m3/gün), : atılan çamur miktarı (kg/gün) ve : çamur konsantrasyonu (mg/L).
Çamur atma sisteminde bulunan pompaların uzaklaştırdığı çamur debisinin doğru bir şekilde ölçülmesi gerekir. % 5 ila 10 mertebesindeki bir hata payı tüm sürecin verimini olumsuz yönde etkileyecektir. Çamur atımı, süreçte mümkün mertebe bir şok yaratmayacak mertebede gerçekleştirilmelidir. Bununla birlikte, atım hızı, fazla çamur debisini ölçen debi-metrenin minimum kapasitesinden veya çamur uzaklaştırma pompalarının minimum kapasitesinden daha fazla olmalıdır. Atma süresi aşağıdaki denklem ile hesaplanabilir:
(14)
tW =
VW QWp
Burada, tw : çamur atma süresi (dakika), Vw : atılan çamur hacmi (m3) ve Qwp : pompa kapasitesi (m3/dakika). SRT ile hesaplanan atılan çamur hacmi, diğer yöntemlerle hesaplanan hacme eşit olmayacaktır. Bu nedenle, SRT kontrolü en güvenilir yöntemdir. SRT kontrolünün en önemli avantajı, operatörü sürekli bir MLSS ayarına zorunlu kılmamasıdır. Çamur uzaklaştırma denklemi (Denklem 15), artan MLSS nedeni ile askıda katı miktarı arttıkça hesaplanan atım debisinin artacağını gösterir. Tersine, MLSS azalmaya başladığında daha az çamur atılmalıdır. Sonuç olarak, SRT bir kez seçildiğinde, yöntem sanki kendi kendini kararlı hale getiren bir mekanizma işlevini görür. 3.3.2. Sabit F : M Oranı Katıları atmak için diğer bir kontrol yöntemi süreçte sabit F:M oranının sağlanmasıdır. Bu kontrol yöntemi, aktif çamur sürecinin, mikroorganizmaların atıksuyun içerisindeki organik maddenin hemen hemen tamamını kullanmalarını sağlayacak bir yüklemede çalıştırılmasına olanak tanır. F:M oranının kontrolü için dört anahtar nokta vardır: (a) Uygulanan organik madde miktarı F:M oranının hesaplanabilmesi için bilinmelidir. Bu miktar BOİ veya KOİ deneyi ile saptanır. (b) Mikroorganizma miktarı MLVSS olarak ifade edilebilir. İdeal olarak, yaşayan organizmaların sayılması gerekir, ancak bu fizibil değildir. (c) F:M oranını hesaplamak için elde edilen verilen 7 ila 28 günlük hareketli ortalama bazında olmalıdır.
(d) Uygun F:M sıcaklık ile değişir, bu nedenle bu oran son çökeltme havuzu giriş suyundaki salınımlara göre ayarlanmalıdır. Bu kontrol yöntemi, son çökeltme havuzu giriş besin yükü önemli ölçüde değişse bile kullanılabilir. Sonuç olarak, bu yöntem, özellikle giriş suyu organik madde miktarı çok değişken olan endüstriyel atıksuların arıtımında kullanılan süreçlerde çok etkindir. Yöntem, çökelme özellikleri iyi olan çamur üretmeli ve iyi bir çıkış suyu kalitesi sağlamalıdır. Bu yöntem, gelen atıksuyun organik madde yükünün saptanması gereğinden dolayı laboratuar-yoğun iş gerektirir. BOİ deneyi 5 gün gerektirdiğinden, operatör, BOİ., ila KOİ veya toplam organik karbon (TOK) arasındaki ilişkiden hareketle gerekli bilgiyi sağlayabilir. Kayıtlar, haftanın belirli günlerinde normal BOİS yükünden daha büyük kirlilik yükünün geldiğini gösteriyorsa, gelen yükü karşılamak için bir gün önceden daha az miktarda çamur atılmalı ve sistemde yeteri kadar aktif biyokütle korunmalıdır. Ertesi gün daha fazla çamur atılabilir, ancak hedef F:M oranı fazla aşılmamalıdır. Eğer sistemden fazla çamur atılmışsa (istenen F:M oranı çok azaltılmışsa), bunların tekrar yetiştirilmesi zaman alacağından çıkış suyu kalitesi düşecektir. Bu yöntemde, hızla artan veya azalan çamur atımından kaynaklanacak sistem başarısızlıklarını önlemek için, istenen F:M oranı belirli bir aralıkta kurulmalıdır. Örneğin, uzun havalandırmalı süreçler için ± 0.02, alışılagelen süreçler için ise ± 0.05 uç değerler olarak dikkate alınmalıdır. Süreç çok küçük değişimlere günler sonra cevap verdiği için, gerçek F:M oranının hesaplanmasında kullanılan veriler 7 ila 28 günlük hareketli ortalama bazında olmalıdır. Düşük, alışılagelen ve yüksek organik yükleme aralıkları iyi çökelen çamur üretmektedirler. F:M oranı, uygulanan günlük BOİ (veya BOİ:KOİ ilişkisi kurulmuşsa KOI) miktarının havalandırma havuzundaki katı miktarına oranlanması ile saptanır: (15)
L F = BOİ M WSS , a
Burada, LBOİ : aktif çamur sürecine gelen kirlilik yükü (kg BOİ/gün) ve WSS,a : havalandırma havuzundaki uçucu askıda kah madde miktarı (kg MLVSS). F:M oram, istenen MLVSS değerinin saptanması ile istenen çamur atma hızının hesaplanmasında da kullanılabilir. 3.3.3. Sabit MLSS Konsantrasyonu Süreç kontrolünde kullanılan bu yöntem, anlaşılması kolay ve laboratuar işi az olduğu için birçok operatör tarafından tercih edilmektedir. Gelen atıksuyun hidrolik ve organik yükleri değişken olsa bile oldukça iyi kalitede bir çıkış suyu sağlanabilir. "Yürek çarpıntısının geçmesi" olarak da adlandırılan bu yöntem, gelen organik kirliliğin arıtılması için havalandırma havuzunda sabit bir MLSS değerinin tutulmasına yöneliktir. 2,000 mg/L' lik bir MLSS konsantrasyonu iyi bir çıkış suyu verir. Sistemden uzaklaştırılması gereken çamur miktarı, bu değerin korunmasını sağlayacak mertebede olmalıdır. İlk işlem hedef MLSS değerinin saptanmasıdır. Önerilen F:M oranı ile işletime başlanır ve biyolojik arıtıma gelen ve doğal olarak değişen BOİ değerlerine karşı sistem izlenir. Her F:M oranı birkaç hafta korunur ve çıkış suyu kalitesi belirlenir. Hangi oran iyi bir çıkış suyu ve iyi çökelen çamur verdiyse, bu sürede kaydedilen ortalama MLSS konsantrasyonları hedef değer olarak alınır.
Bu yöntem F:M oranını ihmal ettiği için, yüklemeleri günden güne, haftadan haftaya ve hatta aydan aya değişen arıtma tesisleri için uygun bir süreç kontrolü sağlamaz. Bu nedenle, gerçek F:M oranı her hafta kontrol edilmelidir. Bu yöntemin olumsuz yanı, iki önemli kontrol unsuru olan F:M ve SRT' nin ikinci planda bırakılmasıdır. Bu nedenle, organik yükü şiddetli salınan tesislerde çok dikkatli olunmalıdır. Örneğin, havalandırma havuzuna gelen BOİS konsantrasyonu aniden % 50 oranında artacak olursa, fazla besin fazla mikroorganizma üremesine neden olacak ve sistemdeki MLSS değeri artacaktır. Bunu gözlemleyen operatör çamur atma hızını arttıracak ve artan MLSS' i hedef değere çekmeye çalışacaktır. Operatör, MLSS'İ normal değerine çekerken F:M oranını normal değerinin % 50'si kadar arttırmış olacaktır. Bu durum, eğer normal F:M oranı yüksekse çok ciddi sorunlar yaratabilecektir. Sorun oluşmasa dahi, F:M oranındaki çok büyük değişimler çıkış suyu kalitesini olumsuz yönde etkileyecektir. 3.3.4. Çamur Kalitesi Bu yöntem tek başına veya başta SRT yöntemi olmak üzere diğer yöntemlerle birlikte kullanılabilir. Ölçümlerde santrifüj kullanıldığından diğer yöntemlere kıyasla daha hızlı ve basit sonuçlar alınabilir. Yöntem kısa aralıklarla çok sayıda tekrarlanabileceği için sürecin kontrolü daha sıkıdır, Yöntem aşağıda sunulan laboratuar deneylerini ve gözlemleri içermektedir: (a) Son çökeltme havuzu çıkış suyunun duruluğu (b) Karışık sıvı ÇO değeri (c) Oksijen alım veya solunum hızı (d) MLSS' in mikroskobik muayenesi (e) Havalandırma havuzu gözlemleri (f) Son çökeltme havuzu gözlemleri (g) Havalandırma havuzu konsantrasyonu (ATC) (h) Geri çevrim çamuru konsantrasyonu (RSC) (i) Fazla çamur konsantrasyonu (WSC) (j) Havalandırma havuzu hacmi (AVG) (k) Son çökeltme havuzundaki çamur örtüsü derinliği (DOB) (l) Son çökeltme havuzu hacmi (CVG) (m) Sistemdeki toplam çamur birimi (TSU), (havalandırma havuzundaki, ASU ve son çökeltme havuzundaki, CSU toplamı) (n) Çökeltilmiş çamur konsantrasyonu (SSCt)
Yöntemde, çamurun sıkışabilirliğinin bir ölçüsü olan çamur birimi kullanılır. Çamur birimi, laboratuardaki santrifüj cihazında 15 dakika santrifüjleşen çamurun sıkışmış hacminin oranının belirlenmesi ile saptanır. (16)
ÇB=
(VÇ )(VH ) 100
Burada; ÇB : Çamur birimi (%), VÇ : çökelek hacmi (%) VH : Havuz hacmi (m3). Çamur biriminin hesaplanmasında diğer yöntemler de kullanılmaktadır. Ancak, bir tesiste hep aynı yöntem uygulanmalıdır. Havalandırma ve çökeltme havuzu çamur birimleri;
(17)
ASU=
(18)
CSU=
( ATC )( AVG ) 100
(CSC )(CSV ) 100
denklemleri ile tanımlanmaktadır. ATC : Havalandırma havuzu konsantrasyonu (% hacim), AVG : Havalandırma havuzu hacmi (m3), CSC : santrifüj sonrası örtüdeki çamur konsantrasyonu (%) CSV : çökeltme havuzundaki çamur hacmi (m3).
CSC, ATC ve RSC' nin ortalamalarının alınması ile de hesaplanabilir:
(19)
CSC =
ATC + RSC 2
CSV, son çökeltme havuzunda uygulanan kolon numune alma yöntemi ile ya da DOB (çökeltme havuzundaki çamur örtüsü derinliği) detektörü tarafından doğrudan ölçüm ile saptanır. Çökeltme havuzu daire planlı ise, ölçümler yarıçapın 1/3'lük dış duvara yakın kısmında yapılmalıdır. (20)
Burada,
CSV =
(CWD − DOB)(CVG ) CWD
CWD : Çökeltme havuzunun ortalama derinliği (m), DOB : örtü yüksekliği (m) ve CVG: son çökeltme havuzu hacmi (m3).
CSU' nun saptanmasında kullanılan diğer bir alternatif yöntem de, son çökeltme havuzunun tüm derinliği boyunca (çamur örtüsü) kolon numunenin alınması ve bu kolondaki katıların karıştırılarak ortalama konsantrasyonun saptanmasına yöneliktir. Bu yöntem en doğru sonucu verir. Toplam çamur birimi aşağıdaki denklem ile ifade edilebilir: (21
)
TSU = ASU + CSU
Atılması gereken çamur biriminin saptanmasında aşağıdaki esaslara dikkat edilmelidir: a) Çamur atma hızı, çökelme deneyi sonucunda elde edilen iyi çökelme özelliğine sahip çamur ve havalandırma ve çökeltme havuzlarının görsel muayenesi bazında saptanmalıdır b) Sistemde sabit bir çamur birimi korunmalıdır c) Sabit bir SRT korunmalıdır Çamur atma hızı tedricen değiştirilmelidir (% 10 / gün veya % 20 / hafta). Çamur atımı aşağıdaki koşullar oluştuğunda yapılmalı veya hızlandırılmalıdır:
a) b) c) d)
Çamur çok hızlı bir şekilde çökeliyorsa ve SSC60 % 20'yi aşıyorsa Külümsü çamur partikülleri çökeltme havuzu yüzeyinde yüzüyorsa Havalandırma havuzu yüzeyinde koyu kahverengi köpük oluşuyorsa Normal, iyi çökelebilir çamurdan oluşan çamur örtüsü hızla yüzeye yükseliyorsa Çamur atim hızı aşağıdaki koşullar meydana geliyorsa azaltılmalıdır: a) Karışık sıvı çok yavaş bir şekilde çökeliyorsa ve SSC60 % 10'un altına iniyorsa b) Havalandırma havuzu yüzeyinde kalın ve beyaz köpük oluşuyorsa
Aktif çamur havalandırma havuzunda sabit bir çamur birimi değeri bazında yürütülen çamur atımı sabit MLSS yaklaşımına benzerdir. Bu yaklaşım da F:M oranını ve SRT' yi ihmal eder. Havalandırma havuzunda sabit bir çamur birimi tesis etmek için gerekli fazla çamur birimi (WSU) aşağıdaki denklem ile hesaplanabilir: (22)
WSU=TSU-TSUHEDEF
Sabit SRT koruma bazında fazla çamur atımı, çökeltme havuzu çıkış çamuru biriminin (ESU) bilinmesini gerektirir: (23)
WSU = WSUT0PLAM-ESU Toplam fazla çamur birimi (TWSU) aşağıdaki ifade ile hesaplanır: (24)
TWSU=TSU/SRT
ESU değerleri, çökeltme havuzu çıkış suyu AKM konsantrasyonunun ve çıkış suyu debisinin (CFO) kullanılması ile hesaplanabilir (WCR: ağırlık: konsantrasyon oranı): (25)
ESU=(Sseff)(CFO)/100WCR
WCR, çamurun yaşı ve uçucu madde içeriği ile değişen yoğunluk indeksidir. WCR, santrifüj ile rutin olarak toplanan verilerin (% hacim olarak) mg/L bazında MLSS' e dönüştürülmesinde kullanılır: (26)
WCR=MLSS/ATC
4. Aktif Çamur Sürecinin İşletim Esasları Aktif çamur sürecinden fazla çamur atımı, çamur geri çevrimi ve çözünmüş oksijen konsantrasyonu kontrolü için temel günlük kontrol işlemlerine ilave olarak, normal işletme koşulların/ sağlamak amacı ile uygulanabilecek çok değişik yöntemler de vardır. Bu işlemler, arıtma tesisi tasarımında dikkate alınan "sistem elastikiyetine bağlıdır ve genelde, havalandırma havuzuna verilecek debinin besleme biçiminin değiştirilmesi veya işletmedeki ünite sayısının değiştirilmesi ile ilgilidir. Bu alternatif işlemler aşağıda sıralanmıştır: a) b)
İşletmedeki son çökeltme havuzu sayısının değiştirilmesi İşletmedeki havalandırma havuzu sayısının değiştirilmesi
c) Sürecin işletim modunun (piston akımlı, kademeli beslemeli veya temas (stabilizasyon) değiştirilmesi işletimle ilgili bu değişiklikler, genelde, rutin ayarlamalardan daha zordur ve genel bir ilke olarak işletimle ilgili rutin ayarlamaların hepsinin sonuç vermemesi durumunda en son çare olarak sürecin kurtarılması amacı ile uygulanırlar. Ayrıca, ilave arıtma ünitelerinin işletmeye alınması, sadece tesis kapasitesinin yetersiz kalması durumunda ilave inşaatların yapılacağı dönemlerde gerçekleştirilebilir. Tesisin işletim modunun değiştirilmesi daha büyük olanaklar sağlar. 4.1. Sürecin İşletim Modunun Değiştirilmesi Süreç işletim modunun değiştirilmesi, atıksuyun aktif çamur havalandırma havuzuna veriliş biçiminin değiştirilmesi ile gerçekleştirilir. Atıksu arıtımında genelde üç tip işletme modu uygulanmaktadır; piston akım, kademeli besleme ve temas stabilizasyonu. Bu modlardan herhangi birinin uygulanabilmesi tesisin ilk tasarımına bağlıdır. Atıksuyun havalandırma havuzuna veriliş biçiminin değiştirilmesi yükün dağıtımının değiştirilmesi ile ilgilidir ve rutin ayarlama işlemleri ile gerçekleştirilemez. Genel bir kural olarak, piston akım modu genelde düşük organik yükleme hızlarında uygulanır. Aktif çamur sürecine gelen organik ve hidrolik yük arttıkça kademeli beslemeli moda geçilir. Pik değerler için temas stabilizasyonun uygulanması önerilmektedir. 4.1.1. Piston Akımın Kademeli Beslemeye - Kademeli Beslemenin Stabilizasyonuna Piston Akımın Temas Stabilizasyonuna Dönüştürülmesi
Temas
Piston akımın kademeli beslemeye - kademeli beslemenin temas Stabilizasyonuna piston akımın temas Stabilizasyonuna dönüştürülmesi ile, biyomasın son çökeltme havuzundan havalandırma havuzuna yeniden dağıtımında bir "değişiklik" yaratılır. Bu tür bir değişiklik, çökeltme havuzundaki fazla çamur örtüsü derinliğinin etkin kontrolünü sağlar. Girişin kademeli besleme veya temas stabilizasyon şeklinde düzenlenmesi ile son çökeltme havuzundaki çamur örtüsü kalınlığı hızla azaltılır. Bu tür bir katı transferi fiziksel bir olgudur ve nispeten kısa sürelidir. Temas Stabilizasyonuna dönüşüm, hem yüksek çamur örtüsünün kontrolü hem de pik debi durumunda aktif biyokütlenin yıkanmasının önlenmesi için gerekli potansiyel kontrolü sağlar. Çökeltme havuzundaki aşırı katı konsantrasyonu sorununu çözmek için atım hızının eş zamanlı olarak arttırılması gibi diğer bir kontrol yöntemine uzun vadeli bir çözüm için gerek duyulur. Aşırı çamur örtüsü seviyesi sorununu çözmeye yardımcı olacak diğer bir yöntem olan kademeli beslemeden temas Stabilizasyonuna dönüşüm, aynı zamanda, katıların pik debi durumunda son çökeltme havuzundan yıkanmasını da önler. Bu dönüşüm pik debinin söz konusu olduğu periyotta hızlı bir şekilde yapılırsa, çökeltme havuzundan aşın katı kaçmasını önler. Bununla beraber, pik debi koşullarının ortadan kalkmasından sonra normal moda en kısa sürede dönüşüm sağlanmalıdır. Sözü edilen mod değişimlerinin geri dönüş çamuru ve aktif çamur havalandırma havuzundaki karışık sıvının nispi hacimlerini etkileyeceği unutulmamalı ve bu değişimler tesis kayıtlarına geçirilerek gelecekteki hesaplamalara dahil edilmelidir. Bu tür mod değişiklerinin gerçekleştirilebilmesi için, havalandırma havuzu, giriş yapısı havuz uzunluğu boyunca girişi sağlayacak bir dağıtım sistemine sahip olmalıdır. Mod dönüşümleri, normal olarak, artan yükleme etkilerine veya düşük sıcaklık nedeni ile azalan mikrobiyolojik aktiviteye karşı olduğundan, çamur atım hızı gelecekteki olası birasın yüklemenin olumsuz etkisini ortadan kaldırmak ve gerekli biyoması korumak amacı ile kontrollü bir şekilde gerçekleştirilmelidir. Eğer mod dönüşümünün asıl hedefi, son çökeltme havuzundaki çamur örtü seviyesini düzeltmek amacı ile katı transferi ise, fazla çamur atım hızındaki bu azaltma uygun olmayabilir.
4.1.2. Temas Stabilizasyonun Kademeli Beslemeye - Kademeli Beslemenin Piston Akıma - Temas Stabilizasyonun Piston Akıma Dönüştürülmesi Bu mod dönüşümlerinin etkisi, yukarıda sözü edilen dönüşümlerin etkilerinin tersidir. Bu dönüşümler, biyokütlenin havalandırma havuzundan çökeltme havuzuna yeniden dağıtımı ile ilgilidir. Tesis yükündeki azalma, çıkış suyu kalitesindeki düşme veya sıcaklık artışı nedeni ile biyolojik aktivitedeki artma, bu tür bir dönüşümü gerektirir. Katılar havalandırma havuzunda yeniden dağıtılacağı ve çökeltme havuzuna öteleneceği için, bu mod dönüşümleri daha hızlı bir şekilde gerçekleştirilmelidir. Sistemden katı uzaklaştırmak için atım hızının arttırılması da uygun bir çözümdür. Bu ayrıca, katıların aşırı oksidasyonunu da önleyecektir. Bu mod değişimleri geri dönüş çamuru ve aktif çamur havalandırma havuzundaki karışık sıvının nispi hacimlerini etkileyeceği için, dönüşümler kayda geçirilmeli ve toplam havalandırma süresinin ve katı dengesinin hesaplanmasında dikkate alınmalıdır. Bu tip mod dönüşümü uygulanırken, son çökeltme havuzunun aşın katı yüküne maruz kalıp kalmadığı izlenmelidir. Eğer çamur örtü seviyesi artıyorsa, sorun çözülmelidir. Bu, çamur geri çevrim oranının arttırılması veya havalandırma havuzuna girişi sağlayan kapakların konumlarının değiştirilmesi ile sağlanır. 4.2. Sisteme Verilen Hava Miktarının Ayarlanması Süreç dönüşümü, havalandırma havuzundaki oksijen alım profilini etkiler. Bu, oksijen transfer veriminde, enerji kullanımında ve sürecin performansında önemli bir etkiye sahiptir. Süreç dönüşümü, havalandırma havuzunda bazı bölgelerin aşırı çözünmüş oksijen seviyesine sahip olmasına neden olur. Bunu önlemek için, aktif çamur havalandırma havuzu uzunluğu boyunca azalan havalandırma uygulanabilir. Genel bir kural olarak, hava beslemesi, santrifüj "blower" ların kontrol vanaları ile donatılması, pozitif yer değiştirmeli "blower" ların ise kasnak boyutunun azaltılması sayesinde düzenlenebilir. Bununla birlikte, pozitif yer değiştirmeli "blower" ların çıkış boğazlarının 35ın sıkılmasının "blower" a zarar verebileceği göz ardı edilmemelidir. 4.3. Mevsimlik Ayarlamalar Mevsimsel değişimler atıksu arıtma tesislerindeki işletme şartlarını etkiler. Mevsimsel değişimler, düşük etkiye sahip sıcaklık değişimleri ve yüksek etkiye sahip hidrolik ve organik yüklemelerdeki değişimler (konserve sanayi gibi mevsimsel üretim yapan endüstri tesislerinin atıksuları, tatil beldelerinde yaz mevsiminde oluşan atıksular ve diğer mevsimsel aktivitelerden kaynaklanan atıksular) olmak üzere iki uç nokta olarak sıralanabilir. Ayrıca, bazı tesisler, mevsime bağlı olarak, normal karbonlu madde oksidasyon modundan nitrifikasyon moduna dönüştürülmek zorundadırlar. Birçok durumda, sıcaklık değişimlerinin mikrobiyolojik aktivite üzerindeki etkisi, F:M oranı ve SRT gibi süreç kontrol parametrelerinin ayarlanması ile ortadan kaldırılabilir. Tesisi yaz mevsiminde daha yüksek F:M oranı ve daha düşük SRT değerinde çalıştırmak olasıdır. Bununla birlikte, süreç modunun değiştirilmesi veya işletmedeki ünite sayısının değiştirilmesi gerekebilir. Mevsimsel yükleme değişimi söz konusu ise, mod değişiminin yapılması önerilmektedir. Bu amaçla aşağıda açıklanan yöntemler uygulanabilir. 4.3.1. Nitrifikasyon Sistemleri Karbonlu madde giderim ve azotlu madde giderim modları arasındaki dönüşüm kullanılan sisteme bağlıdır. Daha önce de değinildiği gibi, nitrifikasyon ya karbonlu ve azotlu maddelerin birlikte oksitlendiği tek kademede ya da ayrı ayrı oksitlendikleri iki kademede gerçekleştirilir. Her iki sistemde de sağlanması gereken unsur, yavaş büyüyen nitrifikasyon bakterileri için gerekli yüksek SRT' dir. SRT veya F:M oranı sıcaklığa bağlıdır. Tek kademeli sistemler için,
SRT, atıksu sıcaklığının 16 ila 21 °C arasında olduğu yaz şartlarında 8 ila 10 gün arasında olmalıdır. SRT, azalan sıcaklık ile 12 ila 20 güne çıkarılabilir. Atıksu sıcaklığı 10 °C' nin altına indiği zaman, eğer nitrifikasyon bakterileri kaybedilmiş ise onların tekrar geliştirilmesi olanaksızdır. Nitrifikasyon sistemlerinin düşük sıcaklıklarda işletilmeleri çok zordur ve çoğu zaman ilave havalandırma havuzu hacimleri gerektirirler. Nitrifikasyon sistemlerindeki ÇO seviyesi, nitrifikasyon organizmalarının aerobik doğası gereği, karbonlu maddelerin oksidasyonunu sağlayan sistemlerdeki değerinden daha fazla olmalıdır. 2.0 mg/L' nin üzerindeki ÇO değen nitrifikasyon bakterilerinin inhibisyonunu önleyecektir. Nitrifikasyon bakterileri düşük ÇO değerlerinde yaşamlarını sürdürebilirler fakat aktiviteleri oldukça azalır. Anoksik ortamlarda izole edilebilmektedirler. Nitrifikasyon sistemlerinin işletmeye alınması ve işletmeden çıkarılması sistemin bir veya iki kademeli oluşuna bağlıdır. Tek Kademeli Sistemler : Bu yöntem karbonlu madde gideriminin azotlu madde giderimi sağlayacak yapıya dönüştürülmesi ile ilgilidir. Eğer gerekli havalandırma süresini sağlamak için ilave üniteler gerekiyorsa, bu üniteler işletmeye alınmalı ve aşağıdaki işlemler uygulanmalıdır; a) Havalandırma havuzunda 2.0 ila 3.0 mg/L' lik ÇO konsantrasyonu sağlanmalıdır. b) SRT' yi nitrifkasyon bakterileri için gerekli olan değere çıkarmak için geri Çevrim oranı azaltılmalıdır. SRT 10 °C' de 12 ila 20 gün, 20 °C' de ise 8 ila 10 gün arasında olmalıdır. c) Çamur atımı tamamen durdurulmamak ve istenen seviyeye tedricen azaltılmalıdır. d) Çıkış suyu pH değeri, MLSS, amonyak, nitrit ve nitrat konsantrasyonları izlenmelidir. Karışık sıvının pH değeri 7.0'ın üzerinde olacak şekilde ayarlanmalıdır. Sürecin karbon oksidasyonunundan nitrifkasyona geçişi çıkış suyu kalitesinin azalmasına ve çıkış suyundaki aşın nitrit birikimi sonucu aşırı klor tüketimine neden olur. Operatör bu geçiş süresini optimum şartları sağlayarak kısaltmalıdır. En önemli kontrol işlemi, ÇO değerinin her zaman 2.0 mg/L' nin üzerinde tutulmasıdır. Son çökeltme havuzundaki çamurun alıkonma süresinin 1 ila 1.5 saat arasında kalmasını sağlamak için çamur geri çevrimini dikkatle izlemeli ve ayarlamalıdır. Böylece, hızlı çamur giderimini sağlayabilir ve denitrifikasyon sonucu oluşacak çamur yüzmesini önleyebilir. Tek kademeli nitrifikasyon surecinde azot giderimi SRT 'nin arttırılması ile elimine edilebilir. Bunun için aşağıdaki işlemler uygulanmalıdır: a) b) c)
Kireç beslemesi azaltılarak kesilir Çamur atma hızı arttırılarak SRT azaltılır Nitrifikasyon gerçekleştirilen ünite devre dışı bırakılır
Geçiş süreci boyunca sistem izlenmelidir. Nitrifkasyondan sadece karbonlu madde oksidasyonuna geçiş boyunca çıkış suyu istenen standartları sağlamayacaktır. İki Kademeli Sistemler : İki kademeli nitrifikasyon sürecinin nitrifikasyon kademesinin işletmeye alınmasında aşağıdaki işlemler uygulanmalıdır: a) Nitrifkasyon un gerçekleştirileceği havalandırma havuzu ve onun çökeltme havuzu işletmeye alınır. Karbonlu madde oksidasyonunu sağlayan birinci kademenin tüm fazla çamuru, nitrifikasyon havuzunun 3/4'ü dolacak şekilde transfer edilir. Geri dönüş çamuru debisi çamur besleme debisine eşit kılınır ve sistemde en az 2.0 mg/L' lik ÇO sağlanır.
b) Nitrifikasyon havuzu normal su seviyesine ulaşınca çökeltme havuzu devreye sokulur. Bu arada, birinci kademenin fazla çamurunun ikinci kademeye transferine, MLSS değeri 1,500 mg/L' ye ulaşana dek devam edilir. c) Birinci kademeden normal çamur atımına bırakıldığı yerden devam edilir. d) Birinci kademe çıkış suyu ikinci kademeye beslenir. Bu işlem başlatıldığı anda, ikinci kademede, SRT değeri 15 ila 100 gün olacak şekilde çamur atımı uygulanır. İkinci kademede pH kontrol ve ayar işlemi yapılır. e) Tek kademede olduğu gibi, denitrifikasyon sonucu oluşacak çamur yüzme olayını önlemek için, çökeltme havuzundaki çamurun alıkonma süresi 1 ila 1.5 saat arasında tutulur. İki kademeli nitrifikasyon sürecinin nitrifikasyon kademesinin devreden çıkarılmasında aşağıdaki işlemler uygulanmalıdır: a) İkinci kademeye giriş kapağı ve bunun çökeltme havuzunun çıkış kapağı kapatılarak sistem izole edilir. Sistemi aerobik şartlarda tutmak için havalandırmaya ve son çökeltme havuzundaki çamurun septik hale geçmesini önlemek için geri çevrime devam edilir. b) Son çökeltme havuzları devreden çıkarılır. c) Tüm çökeltme havuzlan boşaltıldıktan sonra, aktif çamur havalandırma havuzu drene edilir. d) Bu drene edilen biyokütle kesinlikle birinci kademeye transfer edilmemelidir. 4.3.2. Diğer Mevsimlik Ayarlamalar Artan Yükleme veya Daha Düşük Giriş Suyu Sıcaklıkları : Artan yükleme veya düşük giriş suyu sıcaklığı nedeni ile azalan biyolojik aktivite sorunu yukarıda tanımlanan mod değişimi ve normal kontrol işlemleri ile çözülebilir. Arıtma tesisi yetkilileri, en kısa zamanda, mevsimsel ayarlamaların yapılacağı dönemde arıtma tesisine endüstriyel nitelikli atıksu veren sanayi kuruluşlarına çağrıda bulunmalı ve onlardan bu geçici dönemde atık yüklerini azaltmalarını istemelidir. Biyolojik arıtıma gelen suyun sıcaklığının düşmesi nedeni ile azalan biyolojik aktivite sorununu çözmek için biyokütle miktarı arttırılır ve F:M oranı düşürülür. Bu tür değişim temas stabilizasyon moduna geçiş için tedricen yapılır. Bununla birlikte, yüksek derecede oksitlenmiş çamur söz konusu ise, bu kütlenin daha aktif kütle ile değiştirilmesini sağlamak için F:M oranının arttırılması gerekecektir. MLSS arttırılsın veya azaltılsın, her ikisi de sıcaklık değişimlerinden kaynaklanan sorunu çözmek için yeterlidir. Yapılacak tek şey, tüm işletme verilerinin kayda geçirilmesi ve hangisinin daha etkin ve iyi bir sonuç verdiğinin saptanmasıdır. Azalan Yükleme veya Daha Yüksek Giriş Suyu Sıcaklıkları : Bu şartlar meydana geldiğinde sorunu çözmek için yapılacak işlemler, bir önceki alt bölümde verilen işlemlerin tam tersidir. 4.4. Yüklemelerdeki Sık Değişimlere Sürecin Tepkisi Yüklemelerde kısa bir süre içinde sık salınımların oluşması en büyük sorundur. Örneğin, bir endüstri kuruluşu arıtma tesisine gelen toplam yükün önemli bir kısmına sahipse ve sadece hafta içi günlerde üretim yapıyorsa, mevcut süre çok az olduğundan, tesisi bir ileri bir geri almak pratik değildir. En kolay çözüm, endüstri kuruluşundan kaynaklanan debinin yedi günlük periyotta dengelenmesi ve üniform bir debide arıtma tesisine alınmasıdır.
4.5. Enerji Tasarrufu Birçok arıtma tesisi için, elektrik enerjisi maliyeti, tesisin yıllık işletme ve bakım giderleri içinde önemli bir rakamdır. Aktif çamur süreci tek başına toplam elektrik enerjisi maliyetinin % 30 ila 80'i gibi yüksek bir orana sahiptir. Bu nedenle, operatör tesis içi düzenlemeler ile işletme giderlerini azaltmalıdır. Bunun için, elektrik enerjisinin birim fiyatının ve tasarruf politikasının bilinmesi gerekir. Optimum süreç kontrol kararlarının alınması, ekipmanın uygun bir şekilde işletimi, otomatik sensörlerin kullanımı ve ekipmanın bakım ve onarımı ile tasarruf sağlanabilir. Ayrıca, tesisteki personelin eğitimi ve günlük enerji sarfiyatlarının kaydedilmesi de son derece önemlidir. 5. Aksaklıkların Saptanması ve Çözümü Bu bölüm, yaygın işletme sorunlarının giderilmesinde izlenmesi gereken aksaklık saptama prosedürünü içermektedir. Operatör olası nedeni saptamalı ve süreci tekrar eski verimine, çıkış suyu kalitesine en az zarar verecek şekilde ve en düşük maliyet ile çekmek için bir veya daha fazla düzeltici önlemi uygulamalıdır. Bunu yapmak için, süreç hakkında tüm bilgiye sahip olmalıdır ve bu düzeltme işleminin tüm tesis işletimine nasıl entegre edileceğini bilmelidir. Çamur atımında, süreç elastikiyetinde, sürecin kontrol edilebilirliğinde, son çökeltme havuzu tasarımında, çamur bertaraf kapasitesinde veya işletiminde, havalandırma kapasitesinde ve diğer tasarım faktörlerinde yapılabilecek bir hatanın, süreçteki sorunun ortadan kaldırılmasını etkileyeceği unutulmamalıdır. Bu nedenle, aksaklık saptama işleminden önce, tesisin kapasitesi ve handikapları belirlenmelidir. 5.1. Aksaklık Saptama Testleri 5.1.1. Karışık Sıvı Çökelebilirlik Testi Bu deneyde bir çökeltme konisine bırakılan karışık sıvının çökelebilirliği izlenir. Sazı operatörler 1 L' lik dereceli mezürleri kullanmakta ve bu da dar olan mezürün iç çeperlerinden kaynaklanan sürtünme ve kapilarite nedeni ile çökelebilirliği etkilemektedir. Kontrol edilen şartlar altında karışık sıvının çökelme özelliklerini gösteren bu test, süreçte neler öldüğünün anlaşılmasında en etkin yöntemdir. Çökelme testi süresince, yumakların yuvarlak veya köşeli olup olmadıkları da gözlenmeli ve biçimleri kaydedilmelidir. 5.1.2. Mikroskobik Muayene Karışık sıvının mikroskop altında muayenesi ile aktif çamur süreci hakkında bir çok özellik saptanabilir. Daha önce değinildiği üzere, karışık sıvı yumakları içerisindeki değişik mikroorganizmaların varlığı arıtımın iyi veya kötü olduğunu hemen tanımlar. Uzman bir mikrobiyologa gerek duyulmaz. Ayrıca, türlerin ayrı ayrı belirlenmesine ve sayılmasına da gerek yoktur. Operatör sadece aşağıda sıralanan önemli organizma gruplarını tanıyabilecek bilgiye sahip olmalıdır; (a) (b) (c)
Amipleri, kamçılıları ve "ciliate" ları içeren protozoalar, Rotiferler İpliksi bakteriler.
Karışık sıvı üzerinde yürütülecek mikroskopik muayene aynı zamanda, ipliksi bakterilerin nispi bulunma oranı, yumak özellikleri ve duru su Özellikleri gibi diğer önemli bilgilerin elde edilmesini de sağlar. İpliksi bakterilerin mikroskopik muayenesini kolaylaştırmak amacı ile, örnekte ipliksi bakterileri saymak ve tiplerini belirlemek için değişik yöntemler mevcuttur.
5.1.3. Çamur Örtü Seviyesi Çamur örtü seviyesi ölçümleri işletim ve aksaklık saptamada önemli bilgiler sağlar. Çökeltme havuzu boyunca yapılacak ölçümler ile akımlar belirlenebilir. Diğer veriler ile birlikte, eğilim kartına aktarılan sonuçlar tesisin durumu hakkında önemli ipuçları verir. 5.1.4. Karışık Sıvı Solunum Hızı SOUR olarak da tanımlanan solunum hızı, aktif çamur sürecindeki biyolojik aktiviteyi gösterir. 5.1.5. Nitrifkasyon Hızı Nitrifkasyon hızı, aktif çamur sürecindeki nitrifikasyon bakterilerinin biyolojik aktı vitesi m gösterir. 5.1.6. Amonyak Profili Bir nitrifikasyon sürecinin özel "probe" ile yapılan ölçümler sonucunda elde edilen amonyak profili süreç hakkında önemli bilgiler verecektir.
