1. GİRİŞ
Nüfusun yoğun olduğu yörelerde, kirletici miktarının daha fazla olması, kirlenmenin öncelikle büyük yerleşim bölgelerinde hissedilmesine yol açmıştır. Bundan dolayı, atıksu bertarafı çalışmaları hemen hemen tamamıyla büyük yerleşim bölgeleri üzerinde yoğunlaşmıştır. Literatürde, büyük yerleşim yerleri için arıtma tesislerinin dizayn, yapım ve işletmeleri ile ilgili olarak yeteri kadar çalışmaya rastlanmakta iken, özellikle küçük yerleşim yerleri için bu bilgiler yetersiz kalmaktadır.
Yakın geçmişe kadar kırsal alanlardaki yerleşim bölgelerinde öncelikli olarak su temini problemleriyle uğraşılmış, atıksu yönetimi ile ilgili herhangi bir planlama ve teknoloji geliştirme çalışmaları yapılmamıştır.
Fakat son yıllarda kirlenme boyutunun artması, hayat standardının yükselmesi ve benzeri etkiler dolayısıyla insanların daha sağlıklı bir çevrede yaşama isteği, küçük yerleşimlerin atıksularının bertarafı yönünde de çalışmaların yapılmasına yol açmıştır. Bu eğilim, özellikle gelişmiş ülkelerde görülmüştür. Türkiye gibi gelişmekte olan ülkelerde ise bu konudaki çalışmalar ilk olarak tatil sitelerinin atıksularının bertarafı ile başlamıştır.
Arıtma çamurlarının önemli bir kısmının su olması nedeniyle kapladıkları hacim oldukça fazladır. Özellikle biyolojik arıtma işleminden oluşan arıtma çamurlarının organik madde içeriği çok yüksek olduğu için bu tip çamurlar bozunma ve kokuşma eğilimindedir.
Arıtma tesislerinin çeşitli kademelerinde oluşan, arıtma prosesine ve atıksu tipine bağlı olarak farklı özelliklere sahip olan arıtma çamurlarının nihai olarak bertaraf edilmesinden önce suyunun alınması esastır. Arıtma çamurlarının su verme özellikleri, çamurun tipine ve uygulanan prosese göre değişim göstermektedir. Mekanik su alma işlemleri öncesinde çamura uygulanan şartlandırma, su alma veriminin arttırılması açısından son derece önemli bir işlemdir.
Çıkan çamur hacimce büyük olup, işlenmesi ve bertarafı atıksu arıtma alanında oldukça karmaşık bir problem olarak karşımıza çıkmaktadır. Çamur probleminin karmaşık olmasının başlıca sebepleri:
• Arıtılmamış atıksu içindeki önemli miktarlarda koku veren maddeler,
• Biyolojik arıtmada oluşan ve uzaklaştırılması gereken çamurun, ham atıksu içerisindeki organik maddelerden farklı bir yapıda, bozunma ve kokuşma eğiliminde olması,
• Çamurun sadece küçük bir kısmının sudan oluşması, bu yüzden büyük hacimler işgal etmesi
olarak özetlenebilir.
Su ve atıksu arıtma tesislerinde oluşan çamurların, uygun arıtma işlemlerinden geçirilip, gerekli çevre sağlığı kriterlerini yerine getirerek bertaraf edilmesi esastır. Arıtma çamurlarının ekonomik ve verimli bir şekilde işlenmesi, fiziksel ve kimyasal yapılarının uygun analiz yöntemleriyle belirlenmesine dayalıdır. Bu çalışma ile biyolojik arıtma sistemine dayalı evsel ve endüstriyel atıksu arıtma tesislerinin arıtma çamurlarının laboratuar şartlarında çökelme özellikleri, kimyasal yöntemlerle susuzlaştırılması ve şartlandırılması amaçlanmıştır.
Bu amaçla, Başarakavak (Konya), Beyşehir evsel atıksu arıtma tesislerinden ve Beyteks endüstriyel atıksu arıtma tesisinden belirli aralıklarla alınan çamur numunelerinin üzerinde kimyasal şartlandırma yöntemi uygulanarak, su verme özelliklerinin iyileştirilmesi amacıyla laboratuar koşullarında denemeler yapılmıştır.
2. KAYNAK ARAŞTIRMASI
Filibeli ve Ayol (2002), evsel ve endüstriyel atıksu arıtma tesislerinden alınan çamur örnekleri üzerinde kimyasal şartlandırma yöntemi uygulayarak, çamurların su verme özelliklerinin geliştirilmesini amaçlamışlardır. Çalışmalarında FeCl3.6H2O,
Al2(SO4)3.18H2O, Ca(OH)2 ve katyonik polimer ile bunların kombinasyonlarını
denemişlerdir. En iyi flok formu için Buchner Hunisi testi uygulanarak özgül filtre direnci (ÖFD), kapiler emme süresi (KES) ve santrifüjlenebilir çökebilirlik indeksi (SÇİ) belirlenmiş; bu parametreler ile çamur katı madde içeriği, su içeriği ve organik madde muhtevaları arasındaki ilişkiler belirlenmiştir. Çalışmada; karışık ham çamur numunesi için optimum FeCl3.H2O dozu 250 mg/L olarak bulunmuştur. Bu değerde
SÇİ %50 ve çamur hacim indeksi (ÇHİ) 100 mL/g belirlenmiştir. FeCl3.H2O-polimer
için optimum doz 150 mg/L+100 mg/L ve SÇI %40, ÇHİ 90 mL/g; Al2(SO4)3.18H2O
için optimum doz 300 mg/L; Al2(SO4)3.18H2O-polimer için 400 mg/L+100 mg/L
olarak belirlenmiştir.
Hacıhanefioğlu ve Bayat (1979) yaptıkları çalışmada, atık aktif çamurların susuzlaştırması üzerine, kimyasal şartlandırıcıların (FeCl3, kireç ve anyonik
polielektrolit) etkisini incelemişlerdir. Bu amaçla özgül filtre direnci ölçümleri yapmışlardır. Ham çamurun özgül filtre direnci (ÖFD) 10.4x106 m/kg bulunmuştur. %19 kireç, %0.1 PE ve FeCl3’ün farklı kombinasyonları denenmiş ve kimyasal
şartlandırıcıların optimum dozuna 100 mL numuneye %19’luk 0.855 mL kireç + %6’lık 0.27 mL FeCl3 + %1’lik 0.1 mL anyonik PE özgül filtre direncin 0.16 x 106
m/kg de ulaşmışlardır.
Kaynak ve Filibeli (2005)’in yaptıkları çalışmada, şartlandırma işleminin arıtma tesisi çamurlarının su verme kapasitesi üzerindeki etkisi incelenmiştir. Biyolojik ham çamur farklı dozlardaki katyonik (KWD-3500, 5980SB, SNF 5980), noniyonik (KWD-20LT) ve anyonik (KWD A-0055) polimerler ile klasik jar testi metodu kullanılarak şartlandırılmış ve çalışmalar şartlandırılan çamur örneklerinin su verme özellikleri belirlenmiştir. Uygun şartlandırıcı ve dozunun belirlenmesinde özgül filtre direnci, kapiler emme süresi ve zeta potansiyeli ölçümleri temel parametreler olarak kullanılmıştır. Sonuçta; minimum özgül filtre direnci ve kapiler emme süresi,
KWD-3500 için 22-25 mg/L, 5980 SB için 20 SNF 5980 için 26 mg/L doz aralığında bulunmuştur. KWD A-0055 ve KWD-20LT için ile yapılmış şartlandırma işleminin çamur örneklerinin su verme kapasitesinin geliştirilmesi üzerinde olumlu bir etkiye sahip olmadığı belirlenmiştir. Katyonik polimer ile yapılan şartlandırma işleminin arıtma çamurlarının su verme özelliklerinin geliştirilmesinde önemli bir rol oynadığı belirlenmiştir.
Seka ve Verstraete (2003) yaptıkları çalışmada, aktif çamur floklarının kesmeye karşı duyarlılıklarını araştırmışlardır. Bu testin konusunu oluşturan çamur numuneleri kesme uygulanan SV30S ile kontrol numunesi SV30C değerleri
kullanılarak bir % oran bulmuşlardır. Bu bulunan % değer 100’den küçükse kesmeye karşı direnç göstermediğini ifade eder.
Berktay (1998) yaptığı çalışmada, atıksuyun biyolojik arıtımında basınç kullanımının, çamurun çökelme ve filtreden geçirilme özellikleri üzerine etkisini araştırmıştır. Çalışmada çamur çökelme ve filtrasyon özelliklerini belirlemek amacıyla özgül filtre direnci, çamur özgül direnci parametreleri kullanılmıştır. Araştırıcı basınçlı üniteden alınan çamur için bir ön havalandırma ve karıştırma işlemi uyguladıktan sonra spesifik çamur hacim indeksinin 217 mL/g’dan 60 mL/g’a kadar düştüğünü ve spesifik özgül direnç değerinin 51.9 x 1013 m/kg olduğunu belirlemiştir. Sonuçta, basınçlı üniteden alınan çamurun iyi çökelme özellikler gösterebilmesi ancak bir ön havalandırma ve karıştırma işleminden sonra olabilmektedir. Çamur susuzlaştırma deneylerinin sonucunda ise, basınçlı üniteden alınan çamurun referans üniteden alınan çamura göre daha kolay susuzlaşabildiğini gözlemlemiştir.
Küçükhemek ve Berktay (2005)’ın yaptıkları çalışmada, bir evsel atıksu arıtma tesisinin uzun havalandırmalı aktif çamur prosesinde oluşan çamurların stabilizasyonu incelenmiştir. Bu çamurların karakterizasyonunu belirlemek için mikrobiyolojik, fiziksel ve kimyasal analizler yapılmıştır. Tesisten çıkan arıtma çamurunun USEPA’ya göre “B Sınıfı”, Avrupa Birliği taslak yönetmeliğine göre ise “Geleneksel Standart” arıtma çamuru niteliğinde olduğu tespit edilmiştir. Buna göre arıtma çamurunun mikrobiyolojik özellikler açısından belli şartlar ve kısıtlamalarla arazide kullanılabileceği, fiziko-kimyasal özellikleri ile bitki gelişimi ve toprak ıslahı için uygun bir organik materyal olabileceği kanaatine varılmıştır.
Ubay (1995) yaptığı çalışmada, birincil çamurların suyunu verebilme özelliğini belirlemiş ve sistemde yer alan yatay bant filtrelerin veriminin artırılması amacıyla Aluminyum sülfat ve Zetag-57, C100, Praestol polielektrolitler kullanmıştır. Çalışmada özgül filtre direnci metodu uygulanmış ve sonuçta; ön çöktürme çıkışından alınan çamurlar üzerine 150 mg/L alum ilave edildiğinde özgül filtre direncinin 0.78 x 1012 m/kg’a (ham çamur ÖFD 1.56 x 1012 m/kg) ve 15 mg/L Zetag–57 PE ilave edildiğinde özgül filtre direnci 0.84 x 1012 m/kg’a düştüğü gözlenmiştir. 15 mg/L C100 PE ilave edildiğinde ÖFD 2.1 x 1012 m/kg ve 2.5 mg/L praestol PE ilave edildiğinde ÖFD 18 x 1012 m/kg belirlenmiştir.Kimyasal madde
ilave edilmeden önceki duruma göre özgül direncin arttığı, dolayısıyla çamur özelliklerinin bozulduğu belirlenmiştir.
Hacıhanefioğlu ve Barlas (1994)’ın yaptıkları çalışmada, bir aerobik yukarı akışlı reaktörde çamura spesifik direnç ölçümleri yapılmış ve çamurun suyunu verme özelliği incelenmiştir. Özgül filtre direnci (r) ölçümleri, kimyasal şartlandırma uygulanmadan ve FeCl3 ile kimyasal şartlandırma sonrası yapılmıştır. Şartlandırma
yapılan numunede optimum doz 0.2 g FeCl3/100 mL, r = 87.49 x 109 s2/g,
şartlandırma yapılmayan numunede r = 10.4 x 106 s2/g olarak belirlenmiştir. Sonuçta, spesifik direncin proses performansına bağlı olarak değiştiği, kimyasal şartlandırmayla spesifik direncin azaltılabildiği, çamur katı konsantrasyonu ve katıların boyut dağılımının çamur susuzlaştırmada önemli olduğu saptanmıştır.
Öztürk ve ark., (1994) endüstriyel atıksuların arıtıldığı iki kademeli (anaerobik-aerobik) atıksu arıtma tesisinin biyolojik çamurlarına kimyasal şartlandırma uygulamışlardır. Şartlandırıcı olarak Alum ve Zetag-57 polielektrolit kullanılmıştır. Çalışmada özgül filtre direnci (ÖFD) ve kapiler emme süresi (KES) parametreleri optimum doz belirlemede kullanılmış ve alüm içim optimum doz 200 mg/L, polielektrolit için optimum doz 15 mg/L olarak tesbit edilmiştir.
Kocakulak ve ark. (2005) yaptıkları tekli ve ikili şartlandırma çalışmalarında polielektrolitlerle alum çamurlarını şartlandırarak susuzlaşabilirliklerini araştırmışlardır. Çalışmada farklı PE (anyonik, katyonik, noniyonik) dozlarının şartlandırmaya etkileri araştırılmış ve optimum şartlandırıcı dozu belirlenmiştir. Aynı zamanda çamur yumak direnci ve zeta potansiyeli ölçülerek susuzlaşabilirlik üzerine etkileri incelenmiştir. Sonuçta; ikili şartlandırmada tekli şartlandırmaya göre daha iyi
susuzlaşabilirlik sağlanmış, daha düşük polielektrolit dozu ile minimum kapiler emme süresi değerine ulaşılmış ve daha güçlü yumak elde edilmiştir. Alum çamuru kullanarak yapılan ikili şartlandırmada, anyonik PE üzerine katyonik PE ilave edildiğinde 3 mgPE/g KM dozunda KES değeri 10.20 s elde edilmiştir. Katyonik PE üzerine anyonik PE ilave edilerek elde edilen susuzlaşabilirliğin daha iyi olduğu görülmüştür. Tekli şartlandırmada katyonik PE daha iyi uyum sağlamış olup optimum doz olan 3 mg PE/g KM’yi veren KES değeri 11.10 s bulunmuştur.
3. ATIKSU ARITMA TESİSLERİNDE OLUŞAN ÇAMURLAR
3.1. Arıtma Çamurlarının Kaynakları ve Özellikleri
Arıtma çamurları su ve atıksu arıtma tesislerinin işletilmesi sırasında veya sonrasında oluşan, genellikle sıvı veya yarı katı formda olup kullanılan prosese ve işletmeye bağlı olarak %0.25-12 oranında katı içeren bir yan üründür. (Filibeli, 2002; Öztürk ve ark., 2005).
Atıksu arıtma tesislerinde çamur, ızgaralar, kum/yağ tutucular, ön çökeltim tankları, kimyasal çökeltim tankları ve fazla biyolojik çamurlardan kaynaklanmaktadır (Kestioğlu, 2001).
Çamur işleme, arıtma ve bertaraf sistemlerini tasarlayabilmek için arıtma sisteminde oluşan çamurun kaynağı, özellikleri ve miktarının bilinmesi gerekmektedir. Arıtma çamurlarının bazı fiziksel özellikleri Çizelge 3.1.’de verilmiştir (Filibeli, 2002; Kestioğlu, 2001).
Çamurun fiziksel parametreleri, arıtma çamuru hakkındaki işlenebilirlik bilgilerini; kimyasal parametreleri, çamurun içinde bulunan besinlerin (nutrient) ve toksik/tehlikeli maddelerin varlığını ve dolayısıyla tarım için kullanılıp kullanılamayacağını; biyolojik parametreler ise atıksu çamuru içindeki mikrobiyolojik faaliyetleri ve organik madde/patojenlerin varlığını ve böylelikle çamurun emniyetli bir şekilde kullanılıp kullanılamayacağını belirler.
Çi ze lge 3.1. Ar ıtm a sistem
lerinden kaynaklanan çam
ur ve kat
ı at
ıklar
ın özellikleri (Filibeli, 2002; Kestio
ğlu, 2001). Ka tı m adde veya çam u r Öz elli kl eri Kat ı m adde veya ça m u r Öz elli kl eri Kat ı m adde veya çam u r Öz elli kl eri Iz gara At ıkl ar ı Iz gar a çubuklar ı aras ında tutulabilecek büy üklükteki b üt ün or ganik ve inor ganik m addeler i kapsar. Or ganik m adde içer iğ i at ıksu topl am a s is tem i t ür ü ve m evsim lere gör e de ği şir . Bu m addeler do ğr udan do ğru ya siste m de n uzakla şt ır ılar ak kat ı at ık depolam a alanlar ında bertara f edilirler. Kö pü k, Ya ğ ve Gres Köpük, ön ve son çöke ltim havuzu y üzey inden sı yr
ılan yüzebilir nitelikli m
addelerden olu şur . Gres, bitkisel ve m ineral ya ğlar, hayvansal ya ğlar, sabun, y iyecek at ıklar ı, m eyve ve sebze at ıklar ı, saç k ağ ıt, paçavra, siga ra i zm ar itleri , plastik vb. m addel er içe rebilir. Köpü ğün özgü l ağ ırl ığ ı 1.0’den küçüktür, gene llikle 0.95 civar ındad ır. Ku m /y ağ tutucunun y üzey inden al ınan y ağ lı m add eler sı yı rı cı la rla al ınar ak özel bölgelere iletilirle r. Ku m T u tucu At ıkl ar ı Yüksek h ızlar da çökebilen in içer ikli olm akla ber aber havaland ku m /y ağ
tutucu gibi ünitelerde ya
gibi m addeler de tutulduklar ından do üniteler in y üzey in den s ıyr ılan ça or ganik m adde içer iğ i de olabilm ektedir . B u çam ur lar her iş le me ma ru z bı ra kı lm adan çöp de sahalar
ına gönderilerek berta
raf e Ayr ıca bu üniteler in y üzey inden toplanan ya ğl ı m addele r de varillerde uy gun bir ş
ekilde bertaraf edilir.
Ön Çö ke lti m Ça m u ru Ön çökelti m tank lar
ında elde edilen çam
ur
lar
1.5 – 2 saatlik süreler içe
risinde çökebilen or ganik ve inor ga nik içer ikli kat ı m addelerdir. Bu çam ur lar büy ük or anda or ga nik m adde içeri ğinden ve b oz un m ay a, koku şm aya m eyilli olduklar ın da n do lay ı bertar af edil m eden at ılm al ar ı sak ıncal ıd ır bu y üzden biy olojik ar ıt m a ça m ur lar ıyl
a birlikte bertaraf edil
m eleri m üm kündür. Bu ça m urla
r genellikle gri – kahve
re nkli ve kötü kokul udur . Uy gun i şlet m e ko şullar ında kola yca çürütülebilir. Ayr ıca, ön çökeltim havuzlar ın ın yü ze ylerin de ya ğ ve köpü k benzer i çam ur lar ın bir ikim i de söz konus udur . Aktif Çam u r Aktif ça m ur ge
nellikle kahverengi, flokl
u gör ünüm dedir. Rengi koy uy sa septik ko şullar ba şla m ış dem ektir . Renk aç ıksa y eter ince havalan m am ış ola bilir. İyi k oş ullardaki ça m ur, topr ak kok usu nd ad ır. H ızla sep tik ol m a eğ ili m indedir ve isten m ey en kokular y ay abilir. T ek ba şı na veya ön çökeltim çam ur u ile kar ış tı rı larak çürütülebilir. K om p ost lanm ış Ça m u r Rengi koy
u kahve ile siyah ar
as ko m postla şt ırm a i şle m i s ıras ko m post ve odun tala şı kullan ılm de ği şebilir. İy i ko m postlan m kokus u r ahats ız edici de
ğildir, bahçe tipi
topr ak şartland ır ıc ıs ı ol ar ak t kullan ılabilir. Da m lat m al ı Filtre Çam u ru D aml at ma lı filtre hu m
usu, floklu yap
ıda, taze oldu ğu za m an kokusuz dur. Genellikle di ğer çam ur lar a gör e daha y ava ş bozunur. Filtre hu m usunda kur tç uklar
fazla ise çabucak
zarars ız hale gelir . Da m lat m al ı f ilt re ça m uru kolay çürür. Aerobi k Çürü m ü ş Ça m u r Aer obik olar ak çür üm üş ça m ur un re ngi aç ık kahver enginde n k oy u kahvey e do ğru d eğ iş ir ve flokl u gör ünüm dedir . Aer obik çür üm üş ça m urla rı n kokus u r ahats ız edici de ğildir, küf kokus u ile tan ın ır. İyi çü rü m üş aero bik ça m ur , kur utm a y ataklar ın da kolay ca suy unu ver ir . At ık A lu m Ça m u r Gri – sa rı re nkte, kokusuzdur yatak lar ında suy un u alm ak zor dur yatak lar ında suy un u alm ak zor dur
Çi ze lge 3.1. Deva m ı (Filibeli, 2002; Kestio ğlu, 2001). Ka tı m adde veya çam u r Öz elli kl eri Kat ı m adde veya ça m u r Öz elli kl eri Kat ı m adde veya çam u r Öz elli kl eri K im yasal Ç ök elt im Ça m u rlar ı Ki m yasal çökelt im tanklar ında, kim yasal m addeler in ilav esiy le gider ilen toksik m addelerin öz
elliklerine göre ça
m ur olu şma kt ad ır. Metal tuzlar ın ın kim yasal çökelm esi sonucu olu şan ça m url ar, genellikle koy u r enklidir . Hatta çok m iktar da dem ir içeri yorsa yüze yi k ırm ız ımt ırak tı r. Kire ç ça m urla rı gr i – kahve r engidir . Kim yasal ça m urla rı
n hissedilebilir bir kokus
u ol m akla birlikte ön çökeltim ça m uru kadar k ötü de ğildir. Bu çam ur sü m üksü y ap ıdad ır, d em ir v e alü m inyu m hid rat lar ça m ura jelati ni m si yap ı ver ir ler. Çam ur tank içinde uzu n sü re kal ırsa, ön çökeltim ça m uruna benzer ş
ekilde fakat daha
yav aş bozun m ay a ba şlar. Öne m li m ikt arla rda gaz ç ık ış
ı olabilir, uzun depola
m a süresine ba ğl ı olarak ça m ur yo ğunlu ğu ar tar Anaerobik Çürü m ü ş Ça m u r Rengi koy u kahv e r enktensiy aha do ğr udur v e önem li m iktar da gaz içer ir . T am am en çür üdü ğü nde r aha ts ız edici de ğildi r, kokus u belirsizdir, yan ık lastik ve s ıcak katr an koku su hissedilir. Ku m
yatak üzerine ince bir tabaka
halinde ser ildi ğinde, kat ı m addeler ger ide te m iz bir su b ırak arak ç
ıkan gaz ile birlikte ku
m yatak üzerine ta şı nı r. Çam ur kur ur ken gaz aç ığ a ç ıkar , bahçe topr ağ ı kok usunda çok k ır ılga n bir yüzey olu şur . F lot asyon Ça m u rlar ı Bu ça m urla r; ya ğ; gr es ve AKM yo ğunlu ğu suy un özgül a ğı rl ığ ve or ganik içer iğ i yüksek olan m addelerdir. Bu ça m urla r ekseriye ça m ur yo ğunla yo ğunla şt ır ıld
ıktan sonra varillerle
toplanarak ayr ı olarak bertaraf edilm ra ğm en, baz ı dur um lar da biy olojik ar ça m urla rı yl a birlikte bertaraf edilebil m ektedir.
Izgaralarda, havalandırmalı kum/yağ tutucularda, ön çökeltim havuzlarında ve flotasyon havuzlarında oluşan çamurların fiziksel özellikleri Çizelge 3.2.’de verilmektedir. Kimyasal arıtım ve biyolojik arıtım sonucu oluşan çamurların özellikleride Çizelge 3.3.’de verilmektedir.
Çizelge 3.2. Arıtma ünitelerinde oluşan çamurlar ve özellikleri (Kestioğlu, 2001).
Parametre Izgara Çamurları Kum Tutucu Çamurları Yağ Tutucu Çamurları Ön Çökeltim Çamurları Flotasyon Çamurları Su Muhtevası (%) 95 95 97 98–99 97–98 Katı Madde Miktarı (%) 5 5 3 1–2 2–3 Yoğunluk (kg/m3) 2100 1200 700 1010-1020 700–950
Çizelge 3.3. Alum kullanarak oluşan çamurların ve biyolojik arıtma çamurlarının fiziksel özellikleri (Kestioğlu, 2001).
Parametre Alum Çamurları Biyolojik Çamurlar
Su Muhtevası (%) 95 99.2-99.6
Katı Madde Miktarı (%) 5 0.4-0.8
Yoğunluk (kg/m3) 1250 1010-1020
Kimyasal pıhtılaştırma, yumaklaştırma ve çökeltim işlemleri ile atıksudan uzaklaştırılan arıtma çamurları, giderilen askıda katı maddelerin yanı sıra koagülant olarak kullanılan kimyasal maddelerin reaksiyonu sonucu oluşan Al(OH)3 veya
3.2. Arıtma Çamurlarının Fiziksel Özellikleri
Evsel nitelikli atıksuların arıtıldığı arıtma tesislerinde oluşan arıtma çamurlarının özellikleri birbirine benzemekle beraber, endüstriyel kaynaklı arıtma çamurlarının özellikleri endüstriden endüstriye büyük farklılıklar göstermektedir. Her endüstri için oluşacak çamur karakterizasyonu ayrı ayrı yapılmalıdır.
3.2.1. Yoğunluk
Birim hacimdeki çamur kütlesine yoğunluk, aynı hacimdeki suyun kütlesine oranı ise izafi yoğunluk olarak tanımlanır. Birçok çamur numunesi için izafi yoğunluk yaklaşık 1.010 – 1.020’dır.
3.3.2. Çamur katı madde içeriği
Arıtma çamurlarındaki katı maddeler, süspanse ve çözünmüş katı maddeler olmak üzere iki kısımda incelenir (Şekil 3.1.).
Arıtma Çamurlarında Bulunan Katı Maddeler
Çözünmüş Katı Maddeler Askıda Katı Maddeler
Şekil 3.1. Arıtma çamurlarının katı maddeler açısından sınıflandırılması (Kestioğlu, 2001).
İnorganik Organik Organik Çözünmüş Çözünmüş Uçucu Katı Katı Katı Maddeler Maddeler Maddeler
İnorganik Organik Organik Askıda Askıda Uçucu Katı Katı Askıda Maddeler Maddeler Katı
Çamurun katı ve sulu kısımları arasındaki ilişki katı madde konsantrasyonu olarak tanımlanır ve mg/L veya % Katı Madde (%KM) olarak belirtilir.
Konsantre atıklar için mg/L olarak bulunan değer %KM’ye çevrilemez. Bunun için darası alınmış buharlaştırma kapları içine belli miktarda numune alınır, yaş çamurla birlikte kabı tartılır ve etüvde buharlaştıktan sonra tekrar tartım yapılır. Aradaki fark giderilen nem miktarıdır ve katı madde %KM olarak hesaplanır. Ağırlık/ağırlık olarak ifade edilir.
Katı madde ve su muhtevası arasındaki ilişki aşağıdaki gibidir: % KM = 100 - % Su Muhtevası
Çizelge 3.4.’de çeşitli arıtma işlemlerinde beklenen KM konsantrasyonları verilmektedir.
Çizelge 3.4. Çeşitli arıtma işlemlerinde beklenen çamur KM konsantrasyonları (Metcalf ve Eddy, 2004)
KAYNAK ÇAMUR KM KONSANTRASYONU% KM
Aralık Tipik
Ön çökeltim tankı
Ön çökeltim çamuru 4.0 - 10.0 5.00 Son çökeltim tankı
Atık aktif çamur
Ön çökeltim havuzu olan Ön çökeltim havuzu olmayan Damlatmalı filtre humusu
0.5 - 1.5 0.8 0.8 – 2.5 1.3 1.0 – 3.0 1.5 Gravite yoğunlaştırıcı
Sadece ön çökeltim çamuru
Ön çökeltim çamuru ve atık aktif çamur
Ön çökeltim çamuru ve damlatmalı filtre humusu
5.0 – 10.0 8.0 2.0 – 8.0 4.0 4.0 – 9.0 5.0 Santrifüj yoğunlaştırıcı
Sadece atık aktif çamur 4.0 – 8.0 5.0 Anaerobik çürütücü
Sadece ön çökeltim çamuru
Ön çökeltim çamuru ve atık aktif çamur 5.0 – 10.0 7.0 2.5 – 7.0 3.5 Aerobik çürütücü
Sadece ön çökeltim çamuru
3.3.3. Çamur hacim ilişkisi
Çamur, genellikle çökebilme özellikleriyle karakterize edilir. Belirli bir çamur numunesinin çökelme hızı çamur katı madde konsantrasyonunun bir fonksiyonudur. Çamurun çökebilme özelliği bir aktif çamur tesisinin işletilmesinde en önemli parametrelerden biridir. Çamur hacim indeksi (ÇHİ), çamurun çökebilme özelliğinin belirlenmesinde kullanılan ve basit bir parametredir.
ÇHİ, 1 g katı maddenin 30 dak çökelme sonucunda işgal ettiği hacimdir ve mL/g olarak ifade edilmektedir. Seyreltik çamurlar (ÇHİ<100) daha hızlı, konsantre çamurlar (ÇHİ >100) daha yavaş çökerler.
3.3.4. Çamurdaki suyun dağılımı
Çamurdaki suyun hangi formda olduğuna bağlı olarak su verme işlemlerinden hangisinin daha etkili olacağı değişmektedir. Çamurdaki suyu dört grup halinde incelemek mümkündür (Filibeli, 2002).
• Serbest Su: Çamur partiküllerine bağlı olmayan ve graviteli çökelme ile kolaylıkla ayrılabilen sudur.
• Flok Suyu: Çamur flokları içinde hapsedilmiş su olup, yumakla birlikte hareket eder ve mekanik su alma işlemleriyle giderilebilir.
• Kapiler Su: Partiküllerin üzerinde bağlı halde bulunur ve bu partiküllerin sıkıştırılarak deformasyonları sonucu uzaklaştırılabilirler.
3.3.5. Çamurun su verme özellikleri
Doğal ve mekanik su alma işlemleri, nihai bertaraf öncesinde çamur hacmini azaltmak ve çamurda yüksek katı madde içeriğine ulaşmak amacıyla kullanılmaktadır.
Çamur şartlandırma işlemi ise çamurun su verme özelliğini geliştirmek ve mekanik su alma işleminin verimini arttırmak amacıyla yaygın olarak uygulanmaktadır. Elutrasyon, termal şartlandırma, dondurma – çözme gibi pek çok şartlandırma yöntemi olmakla birlikte kimyasal şartlandırma bu yöntemler arasında en yaygın kullanılan yöntemdir (Chen ve diğ., 1996; Lee ve Liu., 2000; Lee ve Liu., 2001; Wu ve diğ., 2000).
Çamur susuzlaştırma metotlarının seçiminde, atıksuyun özellikleri ve biyolojik prosesin tipi en önemli belirleyici faktördür. Bu çalışmada göz önünde bulundurulması gereken bir diğer belirleyici faktör de, atıksu arıtma sistemlerinin çalışma şartlarının çamur susuzlaştırmaya etkisidir (Hacıhanefioğlu ve Barlas, 1994).
Çamurun işlenmesinin zorluğu ve ekonomisi, çamur susuzlaştırma ünitelerinden sonra oluşan son üründe kalan su miktarıyla direkt olarak ilgilidir. Bu nedenle, çamur yönetiminde daha yüksek kuru madde içeriğine sahip bir materyalin elde edilmesi önemli bir amaç olarak ortaya çıkmaktadır (Dentel ve diğ., 2000; Ayol ve diğ., 2004).
Literatüre geçmiş, çamur susuzlaştırmaya etki eden birçok faktör bulunmaktadır. Bu faktörler iki ana başlık altında toplanabilir. Bunlar; (1) Partikül boyutu ve pH ilişkisi, (2) Mikrobiyal yapı ve proses koşullarıdır.
Partikül Boyutu ve pH İlişkisi: Partikül boyutu, çamur suyunun alınması üzerinde doğrudan etkisinin yanı sıra, çamur susuzlaştırmada etkili diğer faktörlerle de etkileşim içindedir (Cristensen ve Stule, 1979). Çamur susuzlaştırmada kullanılan organik ve inorganik yumaklaştırıcıların etkisi partiül boyut değişimi ile sağlanır. Isıl işlemlerin çamur susuzlaştırmadaki etkisi de partikül boyutu ile ilişkili olarak açıklanabilir. Bunlara ek olarak, mekanik karıştırma işlemlerinin çamur partikül boyutunda küçülmeye neden olduğu görülmüştür. Partikül boyutuna ve dolaylı olarak da susuzlaştırma özelliğine etki eden en önemli parametrelerden biri de,
pH’dır. Çamur susuzlaştırmada, depolama süresi de dikkat edilmesi gerekli bir faktördür.
Mikrobiyal Yapı ve Proses Koşulları: Çamur özelliklerinin çamur filtrasyonuna etkilerinin incelendiği bir çalışmada atık çamur susuzlaşma özelliğinin mikrobiyal yapı ile ilişkili olduğunu gözlemlemiş, çamur susuzlaşma hızının çamurun karbonhidrat ve protein içeriğinin değişimine bağlı olduğu sonucuna varmıştır (Hacıhanefioğlu ve Barlas, 1994). Bu konuda yapılan bir başka çalışmada ise, özgül direnç-çamur yaşı ilişkisi, partikül boyut dağılımına bağlı olarak açıklanmıştır. Yapılan çalışmada da dikkat çekici diğer bir konuda, susuzlaşma yeteneğinin çamurun flok oluşturabilme yeteneği ile ilişkili olduğu ve biyolojik çamurun floku büyük ve sağlam olduğu zaman, filtrasyon yeteneğinin mükemmel olduğudur.
Arıtma çamurlarının su verme özelliklerinin belirlenmesi ve uygulanacak olan şartlandırma işleminin etkisinin belirlenmesi amacıyla kullanılan pek çok laboratuar testi mevcuttur. Özgül filtre direnci (ÖFD), kapiler emme süresi (KES), çamur hacim indeksi (ÇHİ), kesme kuvveti, yer çekimi drenaj testi bu amaçla kullanılan en yaygın metotlardır. Zeta potansiyeli parametresi de en uygun şartlandırıcı ve dozunun aralığının belirlenmesi amacıyla çamur şartlandırma uygulamalarında kullanılmaya başlanmıştır.
3.3.5.1. Beher gözlem çalışması
Şartlandırıcı etkisinin görülmesinde, çeşitli dozlarda kimyasallar ham çamur örneklerine ilave edildiğinde oluşan çamur floklarının büyüklüğünün gözlenmesi optimum dozun belirlenmesinde kullanılan en basit yöntemdir. Ancak deney görsel incelemeye dayalı olduğundan sonuçlar sayısallaştırılamaz ve farklı kişiler tarafından farklı yorumlanabilir.
3.3.5.2. Özgül Filtre Direnci (ÖFD)
Bu test ile katı madde konsantrasyonundaki ve partikül boyutundaki değişimlerin spesifik dirence etkilerinin incelenmesi sağlanır. Bucher Huni testi her çamur numunesi için doğrudan ve kimyasal şartlandırma uygulandıktan sonra olmak üzere iki adımda gerçekleştirilir. Kimyasal şartlandırma işlemi olmadan yapılan testlerde, çamur numunesine, pH, O2, iletkenlik ve sıcaklık ölçüldükten sonra her hangi bir
kimyasal doz ilave edilmeden doğrudan filtrasyon testi uygulanır. Kimyasal şartlandırma işlemi uygulandıktan sonra yapılan testlerde, çamura farklı dozlarda kimyasal madde ilave edilerek şartlandırma uygulanır.
Çamur spesifik direncinin hesaplanması için, filtrasyon süresince kaydedilen, t süresi ve V filtrat hacmi değerleri arasında V – t/V standart lineer vakum filtrasyonu doğruları çizilerek, bu doğruların eğimleri (b) hesaplanır. Şekil 3.3.’de zaman filtrat hacmi ile filtrat hacmi arasındaki ilişki verilmektedir.
Çamur numunelerinin vakum filtrasyonu yolu ile spesifik direnç değerleri, Poiseuille ve Darcy kanunlarına göre matematiksel olarak formüllendirilmiş aşağıdaki ifadeden yararlanılarak hesaplanmaktadır.
r = [(2 x A2 x P) / (µ x c)] x b . . . Formül (3.1) r : özgül filtre direnci, m/kg
P : filtrasyon basıncı, N/m2 A : filtre alanı, m2
b : zaman/hacim – hacim eğrisinin eğimi, s/(m3)2 µ : filtrat viskozitesi, N.s/m2
c : birim süzüntü hacmi başına biriken katı madde miktarını(kekteki kuru madde konsantrasyonu), kg/m3
Formül 3.1 için, A: 1.59 m2, P: 5 N/m2, µ: 1.3 x 10-13 10 oC- 20 oC
Zaman/Hacim( s/mL)
Eğim = b = T/V2
Şekil 3.2. Zaman/filtrat hacmi ile filtrat hacmi arasındaki ilişki.
Buchner hunisi testi aparatı Şekil 3.4’de de görüldüğü gibi dereceli silindir, Buchner hunisi ve vakum pompadan oluşmaktadır.
Şekil 3.3. Buchner Hunisi Testi aparatı. x x x
3.3.5.3. Kapiler emme süresi (KES)
Belirli bir çamurun su verme özelliklerinin belirlenmesi amacıyla kullanılan Kapiler Emme Süresi (KES) testinin en önemli avantajları, basit ve çabuk sonuç veren bir test olmasıdır. Kapiler emme süresi, çamur içerisindeki suyun özel filtre kağıdında (Whatman # 17) 1 cm hareket etmesi için geçen süre (s) olarak tanımlanır. KES cihazı kuru filtre kağıdının kapiler emme basıncına maruz kaldığında bir çamurdan filtrelenen küçük bir hacim için gerekli olan zamanı otomatik olarak ölçer. KES değeri ne kadar küçükse çamur o kadar kolay suyunu verebiliyor demektir. Bu parametre pratik üstünlüklerine rağmen fazla bir teorik temeli olmayışı dolayısıyla ampirik bir deney yöntemi olarak kabul edilir. Bu parametreyi belirlemek amacıyla kullanılan deney düzeneği Şekil 3.5.’de verilmektedir. KES cihazı, 18 veya 10 mm çaplı metal silindirik bir çamur haznesine sahiptir. Çamurun hızlı filtrelenmesi için 10 mm çaplı hazne, yavaş filtrelenmesi için 18 mm çaplı hazne kullanılır. Cihazda iki adet dikdörtgen plastik cam blok bulunur. Üstte bulunan blok, çamur haznesinin yerini belirlemek için merkezi bir delikten oluşur. Üst blok içine gömülmüş üç elektriksel prob vardır. Bu problardan ikisinin konumu bloğun merkezinden aynı radyal uzaklıkta ve üçüncü prob ise merkezden en uzak radyal uzaklıktadır. Bu problar filtre kağıdının üzerinde durmaktadırlar ve mekanizma zamanlamasının başlayıp durmasında iletkenlik sensorları gibi kullanılır.
Şekil 3.4. Kapiler Emme Süresi Testi deney düzeneği (EPA 1987).
Zaman ölçer Elektrotlar
Çamur Test Kağıdı
3.3.5.4. Kesme kuvveti testi
Bu yöntem Seka ve Verstraete (2003) tarafından önerilen ve laboratuar şartlarında çamurların reolojik özelliklerini gösteren basit bir yöntemdir.
Kimyasal şartlandırma uygulanan çamur numuneleri imhoff konisinde çökelmesinden sonra, çökelen çamur tekrar havaya kaldırılmadan suyu bir şırınga yardımıyla çekilir. 200 mL çökelen çamurun 100 mL’si bir diğer imhoff konisine aktarılır ve üzerine 900 mL çeşme suyu ilave edildikten sonra tekrar çökelmeye bırakılır. Çökelen SV30 C bulunur. Diğer 100 mL çökelen çamur numunesine el
mikseri yardımıyla 10 dk süreyle kesme kuvveti uygulanır, ve üzerine 900 mL çeşme suyu ilave edildikten sonra tekrar çökelmeye bırakılır. Çökelen SV30 S bulunur. Daha
sonra aşağıdaki formülle eşitlik yardımı ile kesme kuvvetine karşı hassasiyet bulunur. Deney düzeneği Şekil 3.6.’da verilmektedir.
SV30 =100 x (SV 30 S / SV 30 C)
SV 30 > 100 ise kesme kuvvetine karşı direnç göstermez. SV 30 < 100 ise kesme kuvvetine karşı direnç gösterir.
100 ml 100 ml SV30 C 900 ml su 10 dk. karıştırma 900 ml su SV30 S SV30=100 x (SV 30 S/ SV 30 C) Boşaltma
3.3.5.5. Yerçekimi drenaj testi
Bu test yerçekimi altında filtrelenecek bir çamurun oran ve kapsamını ölçer ve kimyasal şartlandırıcının etkisinin nicel analizini verir. Çamurun kurutma yataklarında susuzlaştırıldığında drenaj tüpünün test için kullanılması ve belt filtre preste susuzlaştırıldığında düztabanlı filtre hunisinin kullanılması uygundur.
Drenaj tüpü toplam yüksekliği 500 - 1000 mL’lik plastik veya cam mezürden yapılabilen ve genelde en az 350 mm yüksekliğinde olan bir alettir. Drenaj tüpü şeklinde kullanılan silindirlerden birinin tabanı kesiktir ve lastik tıpayla bağlıdır. Tüpün çıkış noktası 8 mm’lik bir muslukla sağlanır. Bir diğer ölçme silindiri süzülen suyun toplanması için kullanılır. Bu drenaj tüp 50 mm’lik kumla doldurulduğu zaman iki dairesel diskin birbirine bağlanmasıyla tıpkı çamur kurutma yatakları halini alır. Şekil 3.7’de yerçekimi drenaj testi düzeneği verilmektedir.
Kum yatağını hazırlamak ve kum derecesini genişletmek için öncelikle tüpün içerisinden musluk suyu geçirilir. Suyun bu akışı durduktan sonra kumun yerleşmesine ve birleşmesine izin verilir, yatağın yüzeyinde seviye için tüpün yanındaki kol hafifçe düzeltilir. Tüpün içerisinden geçirilen su dreni sağlar ve kumun gözenekliliğinin elverişli olup olmadığını test eder.
Musluk açıldıktan sonra filtrelenen hacim belirli aralıklarla ölçülür. Filtredeki akış kesildiği zaman filtre kekinin katı madde içeriği derhal belirlenebilir ya da filtrede biriken hacimden daha öncesi ve başlangıçtaki katı içeriği tahmin edilebilir. Kimyasalın şartlandırmaya etkisi değişik konsantrasyonları ile arıtılmış çamurun filtrasyon oranı kıyaslanarak tahmin edilebilir.
Şekil 3.6. Yerçekimi Drenaj Testi Düzeneği
3.3.5.6. Santrifüjlenebilir çökebilirlik indeksi
Santrifüjlenebilir çökebilirlik indeksi (SÇİ) çamurun santrifüjleme ile su verme işlemlerindeki performansının bir göstergesi olarak tanımlanabilir. Santrifüj çökebilirlik indeksi ölçümünde belli hacimdeki çamur örneği 3500 devir/dakika hızla 15 dakika süreyle santrifüjlenir. Çamurda ve santrifüjleme ile elde edilen üstteki duru suyun AKM analizi Standart Metotlarda verilen prosedüre uygun olarak yapılır (APHA, 2005). Çamur örneklerinin SÇİ değerleri aşağıda verilen ifade kullanılarak hesaplanır.
SÇİ (%) = (Co – Cc / Co) x 100% Burada;
Co : şartlandırma sonrası çamur üst suyu AKM konsantrasyonu (mg/L) Cc : üstteki duru su AKM konsantrasyonu (mg/L) (Chu ve diğ., 1998).
Düşük SÇİ değerleri santrifüjleme ile çamurun suyunu kolay verdiğinin bir göstergesidir (Büyükkamacı, 2005 ).
3.3.5.7. Çamurun akışkanlık özelliği (Reoloji)
Çamurların akışkanlık özelliği reoloji bilimi ile tanımlanır. Reoloji bilimi, çamur yapısının anlaşılmasının geliştirilmesinden, iletimi, depolanması, çamur işleme ünitelerinin verimlerinin arttırılmasına kadar oldukça geniş bir perspektifte, çamur yönetiminde bilimsel bazda stratejilerin geliştirilmesine olanak sağlamaktadır (Ayol ve diğ., 2004). Reoloji; sıvı, pasta ve katı formdaki materyallerin elastik ve viskoz özelliklerini ortaya koyan, materyal akışkanlığını ve deformasyonunu inceleyen bir bilimdir. Akışkanlık özelliğinin belirlenmesinde en yaygın kullanılan parametre viskozitedir. Viskozite, akışkanın kayma gerilmesine karşı gösterdiği dirençtir.
Bir akışkanın reolojisi, akışkanın viskoz karakteristikleri olarak bilinir ve viskozite, kayma hızı ve kayma gerilmeleri arasındaki ilişkileri incelemektedir. Genel olarak, gerilmenin etkisi altındaki bir kütlenin deformasyonunu tanımlamaktadır.
Eğer bir akışkanın kayma hızı ile kayma gerilmesi arasında doğru orantı varsa bu akışkan “Newtonian” akışkan olarak adlandırılır. Bu tip akışkanların viskozitesi yaklaşık olarak sabit kalmaktadır. Katı madde içeriği çok düşük, fazla su muhtevasına sahip arıtma çamurları, Newtonian akışkan gibi davranır.
Ancak arıtma çamurlarının çoğu bu özelliği sağlamamakta ve genellikle “Pseudoplastik” olarak davranış göstermektedir. Pseudoplastik akışkanlarda kayma gerilmesi uygulanır uygulanmaz, akışkanda incelme meydana gelir ve viskozitesinde azalma gözlenir; diğer bir ifadeyle, kayma hızı artar.
Çamurların akışkanlık özelliği “Thixotropic” akışkan olarak tanımlanabilir. Bu tip akışkanlarda kayma gerilmesi sürdükçe çamurun viskozitesi azalmaktadır. Bunun nedeni flok yapısının bozulmasıdır. Gerilme kalktığında, flok yapı yeniden oluşur ve viskozite artar. Özellikle inorganik katı madde içeren çamurlar Thixotropic özellik gösterir.
Çamurun reolojik özellikleri, KM konsantrasyonu, KM partikül boyutu dağılımı ve sıvı yoğunluğu gibi pek çok faktöre bağlı olarak belirlenmektedir. Arıtma çamurlarının reolojik özellikleri, çamura uygulanan tüm çamur işleme süreçlerinin tasarımı, uygun ünite seçimi ve işletilmesi, çamur iletim hatları ve pompaj sistemlerinde, çamurun yoğunlaştırılması, şartlandırılması, aerobik ve anaerobik olarak çürütülmesi, taşınması, deponilerde depolanması veya tarımsal amaçlı kullanımında hem tasarım hem de kontrol parametreleri olarak yaygın olarak kullanılabilmektedir.
Arıtma çamurlarının depolanması, taşınması ve bertaraf edilmesi için viskozite, plastisite gibi mekanik özelliklerin kontrolü gerekmektedir. Böylece çamurun sıvı – plastik ve katı – plastik davranışı hakkında fikir edinilir.
3.4. Çamurun Kimyasal Özellikleri
Çamurun ısıl değeri, gübre değeri ve çamur partiküllerinin elektriksel yükleri olmak üzere üçe ayrılmaktadır. Çamurun ısıl değeri, çamurun tipine ve içeriğindeki uçucu katı madde muhtevasına bağlıdır. Çamurun ısıl değeri bazı düşük kaliteli kömürlerin ısıl değerine (7700 cal/g kuru madde) eşdeğerdir (Filibeli, 2002). Çamurun gübre değeri içerdiği N, P ve K miktarına bağlıdır. Genellikle arıtma çamurlarında kimyasal gübrelerde bulunan değerlerden daha az miktarda bu maddeler bulunmaktadır. Çamur su verme işlemleri öncesi kullanılan ve çamurun su verme özelliklerinin geliştirilmesi amacıyla kullanılan şartlandırma işleminde uygun şartlandırıcı dozunun belirlenmesinde elektriksel yük yardımcı bir parametre olarak kullanılmaktadır. Partikül üzerindeki yük büyükse bu durum flokülasyonu engeller ve bu tip çamurlar suyunu zor verir. Şekil 3.7.’ de yüklü ve yüksüz partiküllerin davranışları verilmektedir (http://www. zeta-meter.com).
a
b
Şekil 3.7. a. Yüklü partiküller birbirini iter
b.Yüksüz partiküller yumak yapı oluşturur.
3.5. Çamurun Biyolojik Özellikleri
Arıtma çamurları çok farklı kaynaklardan oluştuğu için her kaynakta değişik organizmaların büyümesi için farklı besin maddeleri vardır. Arıtılan atıksuyun tipine bağlı olarak, özellikle, ham ön çökeltim çamuru çok sayıda ve değişik türde organizma içermektedir. Özellikle arıtma çamurlarının tarımsal amaçlı kullanılması durumunda çamurun içerdiği patojen organizmalar ve organik madde içeriği çok önemlidir. Bunun için mutlaka stabilizasyon işlemleri uygulanarak organik madde ve patojen giderimi yapılmalıdır.
3.6. Çamur Arıtımı
Arıtım sistemlerinden hangisinin seçileceği çamur miktar ve özellikleri ile yakından ilgilidir (Eroğlu, 2002).
3.6.1. Çamur yoğunlaştırması
Atıksu arıtma tesislerinde yoğunlaştırıcılar, çamur katı madde konsantrasyonunu artırmak için kullanılır. Yoğunlaştırma çok ekonomik bir işlemdir. Çünkü; çamur katı madde konsantrasyonundaki artış önemli derecede hacim azalmasına neden olur. Şekil 3.8.’de katı madde konsantrasyonundaki artış ile hacim azalması arasındaki ilişki verilmektedir (Filibeli, 2002).
Yoğunlaştırma ve çamur suyunu alma arasında bir ayrım yapmak gereklidir. Her iki işlemde de katı madde konsantrasyonunda artış ve hacim azalması ile sonuçlanmasına rağmen, ulaşılan katı madde konsantrasyonları farklıdır. Yoğunlaştırma işleminde ulaşılan katı madde konsantrasyonu % 15’den azdır. Bu tür çamurlar hala pompalanabilir niteliktedir, birçok yönden akışkan özelliklerine sahiptir. Suyunu alma işleminde ise, ulaşılan katı madde konsantrasyonları % 15’den büyüktür ve çamur, katı madde gibi davranır.
0% 20% 40% 60% 80% 100% 1% 2% 5% % Katı Madde % H aci m
Şekil 3.8. Katı madde konsantrasyonundaki artış ile hacim azalması arasındaki ilişki
Çamur yoğunlaştırma çözünmüş hava ile yüzdürmeli olabileceği gibi, basit ve işletilmesinin kolay olması dolayısıyla yerçekimi ile çamur yoğunlaştırma çok daha geniş tatbik alanı bulmuştur.
Üç tip yoğunlaştırıcı kullanılır;
• Yerçekimiyle (graviteli) yoğunlaştırma, • Çözünmüş hava ile yüzdürme (DAF), • Santrifüj ile (Eroğlu, 2002).
3.6.2. Çamur Stabilizasyonu
Çamur stabilizasyonu, organik madde içeriğinin azaltılmasını (aerobik veya anaerobik çürüme) veya organik madde bozunabilirliğinin engellenmesini (kireç stabilizasyonu) sağlayan arıtma kademeleri ile elde edilir. Patojen giderimi ise yüksek sıcaklık veya pH koşullarını sağlayan arıtma kademeleri ile gerçekleştirilir (Huyard ve diğ., 2000).
Stabilizasyon terimi yaygın olarak kullanılan ve anlaşılan bir terimdir, fakat tanımlanması oldukça güçtür. Stabilizasyon kısaca, çevreye herhangi bir zarar ya da kötü koku yaratmaksızın bertaraf edilebilen stabil çamur olarak tanımlanabilir. Çamur stabilizasyon işlemi ile çürüyemez niteliğe kavuşturulur ve içerdiği patojen organizmalar bertaraf edilir. Stabilizasyon işlemi tasarlandığında, arıtılacak olan çamur miktarı ve stabilizasyon prosesinin diğer arıtma üniteleri ile uyumu önemlidir.
Çamur stabilizasyonu için kullanılan yöntemler; 1. Kimyasal yöntemler (kireç stabilizasyonu), 2. Termal İşlemler (ısıl işlem),
3. Biyolojik Yöntemler (aerobik çürüme, anaerobik çürüme, kompostlama).
3.6.2.1. Kireç stabilizasyonu
Kireç, çamurun suyunu verme özelliklerini geliştirmenin yanı sıra çamur stabilizasyonu amacıylada kullanılır. Çamura, pH değerini 12 veya daha yukarı çıkaracak miktarda kireç ilave edilir. Yüksek pH’nın oluşturduğu ortam
mikroorganizmaların canlı kalmasına uygun değildir. Bunun sonucu olarak ortam pH’ı bu seviyede tutulduğu sürece, çamurda çürüme, kötü koku ve sağlığa zararlı durum oluşmayacaktır (Akyarlı ve Şahin., 2005). Kireç stabilizasyonu iki şekilde uygulanır;
• Çamur susuzlaştırmadan önce kireç ilavesi yapılır, bu işleme kireçle ön stabilizasyon,
• Çamur susuzlaştırmadan sonra kireç ilavesi, buna da kireçle son stabilizasyon denir.
Kireç stabilizasyonunda Ca(OH)2 veya CaO kullanılabilir. Bazı durumlarda kül,
çimento tozu, karpit kireci de kullanılabilir.
3.6.2.2. Isıl işlem
Kullanım amacı; katıyı koagüle etmek, jel yapısını parçalamak ve katı çamurun bünye suyunu azaltmaktır. Sonuç olarak çamur sterilize olur ve kolaylıkla susuzlaştırılır. Isıl proses daha çok, sterilizasyonu ve şartlandırması zor olan biyolojik çamura uygulanır.
3.6.2.3. Çürütme
Anaerobik çürütme, organik maddenin oksijensiz ortamda mineralize olması (bozunması) işlemi olarak tanımlanır. İki aşamada gerçekleştirilir. Birinci aşamada organik maddeler organik asitlere, ikinci aşamada ise organik asitler metan ve karbondioksite dönüştürülerek biyogaz oluşturmaktadır. Oluşan biyogaz, tesisin işletilmesi için gerekli ısı ve elektrik enerjisini sağlamada kullanılmaktadır. Aerobik çürütme ise oluşan çamurların yeterli oksijenin sağlandığı koşullarda biyolojik stabilizasyonu için kullanılan bir yöntemdir.
3.6.2.4.Kompostlaştırma
Aerobik bir işlemdir. İyi işletilen sistemde organik maddenin bozunması sırasında sıcaklık 70˚C’ye çıkartılarak, patojen bakterilerin yok olması sağlanır.
3.6.3. Çamur şartlandırma işlemi
Çamur kurutma yataklarına alma işleminin haricinde kalan susuzlaştırma uygulamaları için çamurun şartlandırılması gerekir. Çamur şartlandırma işlemi, nihai bertaraf öncesinde çamurun içeriğindeki suyun uzaklaştırılması ve yoğunlaştırma veya su alma işlemlerinde çamurun suyunu daha kolay vermesinin sağlanması amacıyla uygulanır. Çamur şartlandırma, su içinde bulunan koloidal veya partikül haldeki askıda katı maddelerin üstünde, fiziksel ve kimyasal kuvvetlerin etkisiyle oluşan elektriksel yükleri nötralize etmek veya kararsız hale getirmek demektir. Şartlandırma işlemi sırasında küçük ve şekilsiz partiküller daha büyük ve parçalanması daha zor parçalar haline dönüştürülür. Bu şekilde sulu çamurdaki katı – sıvı faz ayrımı kolaylaşır.
3.6.3.1.Çamur şartlandırma yöntemleri
Kimyasal Şartlandırma: Kimyasal şartlandırma, absorblanan suyun açığa çıkması ve katı maddelerin pıhtılaştırılması ve yumaklaştırılması esasına dayanır.
Isıl Şartlandırma: Isıl şartlandırma çamurun ısıtılması ve kısa bir süre için basınç altında tutulması işlemidir.
Çamur Dezenfeksiyonu: Suyu alınmış aerobik veya anaerobik çürümüş çamurların dezenfeksiyonunda en iyi yöntemler ise kompostlaştırma ve uzun süreli depolama işlemleridir.
Uzun Süreli Depolama: Çamurun araziye yayılması sistemlerinde, iklim ve bitki ihtiyacından dolayı çamurun kullanılamadığı dönemlerde depolama gerekli olmaktadır. Bu durumda, depolama üniteleri hem depolama hem de dezenfeksiyonu sağlayacak kapasitede yapılırlar.
3.6.4. Çamurun suyunun alınması
Susuzlaştırma işlemi ile çamurun bünyesindeki serbest su uzaklaştırılır. Doğal veya mekanik yöntemler ile gerçekleştirilen susuzlaştırma işlemi; yerçekimi kuvveti, buharlaştırma, vakum, santrifüj kuvvet, basınç, kapiler hareket veya bunların kombinasyonlarını gerektirir. Susuzlaştırma işleminin özellikleri uygulanan yöntem yerine kullanılan mekanik aksam ile ilgilidir. Kullanılan mekanik su alma yöntemleri santrifüj filtre, vakum filtre, belt filre, pres filtre; doğal su alma yöntemleri ise çamur kurutma yatakları, çamur tarlaları, çamur lagünleridir.
3.6.4.1. Mekanik su alma yöntemleri
Santrifüj filtre, santrifüjleme işlemi ile kekin nem içeriği düşürülürken katılar daha konsantre hale getirilir. Vakum filtre ile, çamurun bünyesindeki serbest su bir poroz ortam vasıtası ile çekilir ve kek oluşumu gerçekleştirilir. Basınçlı filtrelerin işletme prensibi vakum filtre ile aynıdır, ancak vakum yerine basınç uygulanmaktadır. Vakum filtrenin diğer bir ayrıcalığı ise basınçlı filtrelerin kesikli işletilmesidir. Şartlandırma işleminin işletme maliyetinin en önemli bileşenleri işçilik, kimyasal madde, bakım ve filtre bezlerinin değiştirilmesidir. Belt filtre presler, basınçlı filtrelerin tersine sürekli işletilmelidir. Belt filtrede daha önce kimyasal olarak şartlandırılmış çamurların suyu alınır. İşlem verimi şartlandırma kapasitesine bağlıdır.
3.6.4.2.Doğal su alma yöntemleri
Çamur kurutma yatakları, en basit su alma yöntemidir. Yoğunlaştırma, çürütme veya şartlandırma işleminden sonra çamur kum yataklara serilir ve doğal süzülme ve buharlaşma ile suyunun uzaklaştırılması sağlanır. İstenen katı madde oranı sağlandıktan sonra çamur yataktan sıyrılır ve uygun bir şekilde bertaraf edilir. Çamur lagünleri, çürük çamurların suyunu almak için kurutma yatakları yerine kullanılabilir. Koku ve rahatsız edici özelliklerinden dolayı arıtılmamış çamurların, kireç çamurları veya konsantre kirlilikte çamurların suyunu almak için uygun değildir. Çamur mekanik olarak bertaraf edilir, genellikle % 25 – 30 KM içeriğindedir.
3.6.5. Nihai bertaraf yöntemleri
Arıtma çamurlarının özellikleri ile mevcut ekonomik ve teknik imkanlara göre uygulanan nihai bertaraf yöntemi de farklılık gösterir. (KAKY, 1991) Kullanılan yöntemler;
• Çamur lagünlerinde depolama, • Düzenli depolama,
• Arazi iyileştirme (reklemasyon), • Arazide bertaraf,
• Kimyasal sabitleme (stabilizasyon / solidifikasyon), • Kompostlaştırma,
• Termik yöntemler, • Dağıtım ve pazarlama.
4. MATERYAL VE METOD
4.1. Materyal
Bu çalışmada evsel ve endüstriyel atıksuların arıtımında oluşan çamurlar kullanılmıştır. Çamur numuneleri Başarakavak ve Beyşehir evsel atıksu arıtma tesislerinin son çökeltim havuzundan ve Beyteks endüstriyel atıksu arıtma tesisinin son çökeltim çamurlarının depolandığı tanka geliş hattı üzerinden alınmıştır. Ayrıca Beyşehir evsel atıksu arıtma tesislerinin çamur yoğunlaştırma ve aerobik çürütücü tankından numuneler alınmıştır.
Aktif çamur, özellikleri zamana bağlı olarak hızlı değişim gösteren bir biyolojik çamur olduğu için tüm analizler 2 gün içerisinde tamamlanmış olup, çamurun bekletilmesi gereken durumlarda +4˚C’de buzdolabında saklanmıştır.
4.1.1. Tesis Tanıtımı
4.1.1.1. Başarakavak evsel atıksu arıtma tesisi
Başarakavak evsel atıksu arıtma tesisi, Altınapa baraj gölü havzasında, 2000 eşdeğerli nüfuslu bir yerleşim yerine hizmet verecek şekilde 300 m3/gün’lük atıksu debisi için biyolojik arıtma prensibine göre tasarlanmıştır. Tesiste “uzun havalandırmalı aktif çamur sistemi” uygulanmakta ve karbonlu madde giderimi yanında azot ve fosfor giderimi de sağlanmaktadır. Sistem kaba ve ince ızgara, havalandırma havuzu, son çöktürme havuzu, klor temas havuzu, basınçlı kum filtresi ve çamur kurutma yataklarından oluşmaktadır (Küçükhemek ve Berktay, 2005).
Tesis; BOİ5, KOİ, AKM Parametreleri için getirilen deşarj standartlarına uygun
arıtım yapabilecek şekilde (çıkış suyu BOİ5 ve AKM değerleri 15 mg/L)
tasarlanmıştır.
Atıksu toplama sisteminden ızgara kanalına gelen atıksular, ızgaradan geçirilmektedir. Izgarada toplanan atıklar, manuel olarak toplanarak tesisten uzaklaştırılmaktadır. Izgaradan geçirilen atıksu organik kirleticilerin arıtılacağı Carrousel 2000 tipi oksidasyon havuzu anoksik bölümüne ulaşmaktadır.
Anoksik bölümde, nitrifiye olmuş atıksu giriş suyundaki karbonu kullanarak denitrifikasyona uğrar ve atıksu içerisindeki amonyak, nitrit ve nitrat azotları azot gazına dönüştürülür. Bu bölümde çökelmeleri önlemek ve tam karışımı sağlamak amacıyla bir karıştırıcı bulunmaktadır. Oksik bölüme geçen atıksu burada yüzey havalandırıcının atmosferik havalandırma sonucu atıksuya ilettiği oksijeni kullanan mikroorganizmalarca organik kirleticilerden arındırılır. Atıksu içerisindeki organik azot, bu bölümde nitrifikasyona uğrar.
Fosfor gideriminin havalandırma havuzlarında yapılması suretiyle, fosfor giderimi için ilave (hızlı-yavaş karıştırıcılar, çökelme havuzu) arıtım birimlerine ihtiyaç duyulmamakta, böylece tesisin işgal edeceği alan minimize edilmektedir. Sistemde fosfor giderim amacı ile kullanılan kimyasallar havalandırıcı bölümünde dozlanmaktadır. Biyolojik sistem içerisinde kimyasal fosfor giderimi sistemden çekilen çamur ve fosfatlı bileşiklerin çökelmesi bir arada gerçekleştirildiğinde %95’lere varan giderim verimi sağlanmaktadır.
Demir sülfat dozlaması havalandırma havuzlarında, oksijen konsantrasyonunun yüksek olduğu, tam karışımın sağlandığı ve havalandırıcıların bulunduğu dairesel kısımda yapılmakta, bu suretle bu bölüm kimyasal arıtma sistemlerinde bulunan hızlı karıştırıcı olarak da kullanılmaktadır. Ayrıca dozlamanın oksijence zengin bölgede yapılması ile +2 değerli demirin süratle oksitlenerek +3 haline gelmesi sağlanmakta böylece demir sülfat gibi bileşiklerin oluşması engellenmektedir.
Genel olarak tesise gelen atıksular, 1000 mg/L KOİ, 400 mg/L BOİ5, 350 mg/L
AKM, 35 mg/L organik N içerikli atıksulardır. Bu değerlerle, tesis atıksuyu kirlilik yönünden oldukça kuvvetli özellikte olduğu ifade edilmektedir. Tesise ait işletme parametreleri Çizelge 4.1 ’de verilmiştir.
Çizelge 4.1. Başarakavak evsel atıksu arıtma tesisine ait işletme parametreleri (Küçükhemek ve Berktay, 2005).
Parametre Aralık Ortalama
Debi (m3/gün) 150 - 175 166
Bekleme süresi(t, saat) 24 - 21 22
ÇHİ (mL/g) 48 - 80.6 61
Atılan Çam. Mik. (m3/gün) 8 - 16 14
F/M (kg BOI 5/gün.kg MLVSS) 0.03 - 0.19 0.12
Çamur yaşı (θC, gün) 19 - 38 28.2
%95 oranında nitrifikasyon verimi ve %94 oranında KOI giderim verimi elde edilmektedir (Küçükhemek ve Berktay, 2005).
Ş ekil 4.1 . Ba şarak avak At ıksu Ar ıtm a Tesisi ak ım şem as ı ATIKSU Havaland ırm a Çökeltm e Havuzu Ça m ur Kurutm a Yataklar ı Geri Devir
4.1.1.2. Beyşehir evsel atıksu arıtma tesisi
Beyşehir ilçesinin evsel atıksularında Klasik Aktif Çamur Sistemi ile çalışan arıtma tesisiyle arıtılmaktadır. Sistem, kaba ve ince ızgara, daire planlı kum tutucu, terfi merkezi, ön çöktürme havuzu, havalandırma havuzu, son çöktürme havuzu ve klor temas tankından oluşmaktadır. Ön çöktürme çamuru ile son çöktürmeden alınan fazla biyolojik çamurlar yoğunlaştırıcıya verilmekte, aerobik olarak stabilize edilmektedir.
Yüzücü maddelerin ve iri katıların tesise girmeden önce tutulmaları için elle temizlenen kaba ızgara ve mekanik olarak temizlenen ince ızgara tasarlanmıştır.
Arıtma tesislerinde kum gibi inert maddeleri tutmak için daire planlı kum tutucular kullanılmaktadır.
Havalandırma havuzlarının projelenmesinde klasik aktif çamur tesisi tam arıtma hali için çamur yaşı 4-8 gün seçilmiştir. Son çöktürme havuzu daire planlı havuz olarak seçilmiştir.
Atıksu tasfiye tesislerinde çamur miktarını azaltmak, dolayısıyla çamur çürütme tanklarıyla çamur kurutma yataklarının boyutlarını küçültmek amacıyla yerçekimiyle çamur yoğunlaştırıcılar yapılmıştır. Ön çöktürme çamurları ile biyolojik fazla çamurlar bir arada yoğunlaştırılmaktadır. Tesise ait işletme parametreleri Çizelge 4.2’de ve tesise ait akım şeması Şekil 4.2’de verilmektedir.
Çizelge 4.2. Tesise ait işletme parametreleri (ENET 1992).
Parametre Aralık Ortalama
Q(m3/gün) - 11 143
T bekleme süresi(saat) - 4.1
ÇHİ (mL/g) - 150
Atılan Çam. Mik. (m3/gün) - 333
F/M (kg BOI 5/gün/kg MLVSS) 0.15-0.40 0.3
Ş ekil 4.2 . Bey şehir At ıks u Ar ıtm a Tesisi ak ım şem as ı. Kum tutu cu lar Haval and ır ma H avu zu Klo rlam a Hav uz u Aer obi k Ça m ur Çü rü tü cü Filtre Bin as ı A T I K S U Ön Çö k. Hav uz u Son Çök. Ha vuz u Yo ğunl aş tır ıc ılar Fazla çam ur Ön çök eltim ça m uru Geri de vi r
Beyteks atıksu arıtma tesisi, tekstil ve evsel atıksuların arıtımı için tasarlanmış bir atıksu arıtma tesisidir. Tesiste biyolojik ve ileri arıtım metodları uygulanmaktadır. Atıksular, ve çalışmaların evsel nitelikli tüketimlerinden kaynaklanmaktadır. Tesise ait akım şeması Şekil 4.3.’de verilmektedir.
Boyahaneden gelen renkli endüstriyel atıksu ve fabrikanın muhtelif yerlerinden gelen evsel atıksular dengeleme havuzunda toplanmakta ve farklı karakterdeki atıksular homojen hale getirilmektedir. pH kontrolü ve homojenliği sağlayan atıksu havalandırma havuzuna gider ve burada mikrobiyal faaliyet başlar. Bu üniteden sonra atıksu çökeltim havuzuna gider ve oluşan çamurlar yerçekimi vasıtasıyla çökelmeye bırakılır. Üstten alınan katı maddeden arındırılmış su damlatmalı filtre ünitesine geçer. Bu ünitede dolgu malzemesi olarak pomza taşı kullanılmaktadır. Pomza taşının delikli yapısında tutunan mikroorganizmalar tarafından sudaki organik maddeler besin olarak kullanılır ve suyun kirlilik yükü azaltılmış olur.
Damlatmalı filtre ünitesinden çıkan su göletlere gelir ve biyolojik arıtım bitmiş olur. Çökelme ünitesinden alınan fazla çamur statik yoğunlaştırma ünitesine iletilerek oksidasyona tabi tutulur. Statik yoğunlaştırıcıdan pompalara alınarak polielektrolit ilavesiyle birlikte filtre pres ünitesine verilir. Burada çamur susuzlaştırılarak plakalar arasında çamur keki oluşturulur. Oluşan çamur keki ise belediyeye ait çöp deponi sahasında bertaraf edilir.
İleri arıtım kısmında kum fitreleri ve iyon değiştirici üniteleri mevcuttur. Göletten alınan su kum filtrelerinden geçirilerek yerçekimi vasıtasıyla çökelemeyen askıda katı maddeler bu ünitede tutulur. İyon değiştirici ünitesinde ise suyun iletkenliği düşürülür, tuzluluğu ve rengi giderilir. İyon değiştiriciden çıkan su, kireç ile pH ayarı yapılarak fabrika arazisinde sulama suyu olarak kullanılır.
D aml at ma lı Filtre Gö letler Dö ne r Filtre Dengelem e Hav uz u Haval and ırm a Ç ökel tm e İnce Iz gara Çam ur Da ğı tm a Odas ı Statik Yo ğunl aş tır ıc ı Filtre Pres Ç am ur Ke ki Ş ekil 4.3. Beyteks A. Ş . Ar ıtm a Tesisi ak ım şemas ı
İyon Deği (Tuzl Gide
A T I K S U Kireçle Nöt ralizasyon Is ı Ge ri Kazan ım Sistem i
Bu çalışmada laboratuar şartlarında sıcaklık (°C), pH, elektriksel iletkenlik (EC), çözünmüş oksijen (Ç.O), askıda katı madde (AKM) ölçümü yapılmıştır. Numunelere Jar Testi uygulanarak çamur hacim indeksi (ÇHİ), özgül filtre direnci (ÖFD), kapiler emme süresi (KES), kesme kuvveti testi ve yerçekimi drenaj testleri uygulanmıştır.
4.2.1. Sıcaklık (°C)
Ölçüm WTW marka Multiparametre 340i cihazı ile yapılmıştır. Ekranda görünen değer sabitlenince oC olarak kaydedilmiştir.
4.2.2. pH
Ölçüm WTW marka Muliparametre 340i cihazı ile yapılmıştır. (APHA, AWNA, WEF, 2005) Cihazın probu numune içine daldırılmış, değer sabitlenene kadar beklenmiş ve ekranında görünen pH değeri okunmuştur.
4.2.3. Elektriksel İletkenlik (EC)
Ölçüm WTW marka Muliparametre 340i cihazı ile yapılmıştır. Cihazın probu numune içine daldırılarak değer sabitlenene kadar beklenmiş ve cihazın ekranındaki değer kaydedilmiştir. Cihaz üzerinde ölçülen değer µS/cm mertebesindedir.
Ölçüm WTW marka Muliparametre 340i cihazı ile yapılmıştır. Cihazın probu numune içine daldırılmış, değer sabitlenene kadar beklenmiş ve cihazın ekranında görünen Ç.O değeri okunmuştur.
4.2.5. Askıda Katı Madde (AKM)
AKM analizi Standart Metotlardaki (APHA, AWNA, WEF, 2005;) 2540.D’de belirtilen yönteme göre yapılmıştır.
Filtre kağıdı (pore çapı 0,45 µm eşdeğeri) 103–105 ˚C ’de etüvde 1 saat kurutularak sabit tartıma getirilmiştir. Daha sonra etüvden alınan filtre kağıdı 30 dakika süreyle desikatörde soğutulmuş ve tartılmıştır (A). Ardından 100 mL’lik mezure alınmış olan numune filtre kağıdından süzülmüştür ve yine 103-105 ˚C’de etüvde 1 saat kurutulmuştur. Etüvden çıkartılan filtre kağıdı desikatörde 30 dakika kurutulmuş ve tartılmıştır (B) .
AKM (mg/L) = [(A - B) x 1000] / mL numune
4.2.6. Çamur Hacim İndeksi (ÇHİ)
ÇHİ analizi Standart Metotlardaki (APHA, AWNA, WEF, 2005) 2710.D’de belirtilen yönteme göre yapılmıştır.
1000 mL’lik numune imhoff konisine alınmıştır ve 30 dakika çökelmeye bırakılmıştır ve imhoff konisinde çökelen hacim okunmuştur.
Çamur örneklerinin su verme özelliklerinin geliştirilmesi amacıyla uygulanan kimyasal şartlandırma işleminde 4’lü Jar testi yöntemi kullanılmıştır. FeCl3, FeSO4,
Alum gibi inorganik kimyasallar ile anyonik, katyonik polimerler denenmiştir. Her Jar Testi serisinde 500 mL’lik beherlere konan 100 mL’lik ham çamur örneklerine farklı miktarlarda ve farlı dozlarda kimyasal madde çözeltisi konularak, örnekler 150 devir/dak hızda 2 dakika hızlı, 25 devir/dak hızda 30 dakika yavaş karıştırma işlemi uygulanmıştır ve beherlerdeki flok oluşumları incelenmiştir.
4.2.8. Özgül Filtre Direnci (ÖFD)
Vakum filtrasyonu ile susuzlaşma yeteneğinin özgül filtre direnci (ÖFD) ölçümleri için Bucher Huni deney düzeneğinden yararlanılmıştır. Bucher Huni testi her çamur nuımunesi için doğrudan ve kimyasal şartlandırma uygulandıktan sonra olmak üzere iki adımda gerçekleştirilmiştir. Filtrasyon testinde her bir deney için 100 mL numune hacmi alınmıştır. Filtrasyon işleminde Whatman # 2 filtre kağıdı kullanılmıştır ve vakum pompası 49 cm Hg basıncını sağlayacak şekilde adaptör musluk ayarlanmıştır. Zaman kontrolü için, bir kronometre kullanılarak, kesin ve kolay bir şekilde filtrasyon süresi ölçülmüştür.
Çamur özgül filtre direncin hesaplanması için, standart lineer vakum filtrasyonu doğruları çizilerek, bu doğruların b eğimleri hesaplanmıştır.
4.2.9. Kapiler Emme Süresi (KES)
Kimyasal olarak şartlandırılan çamur numunelerinde ve kapiler emme süreleri ölçülmüştür. Belirlenen her dozaj için 3 seri ölçüm yapılarak ortalama değer esas
otomatik pipet yardımıyla 4’er mL çamur numunesi alınmıştır ve KES cihazının 18 mm’lik haznesine konulup KES ölçümü yapılmıştır. Bir numune de, şahit olarak kullanılmak üzere, şartlandırıcı ilave edilmeden KES ölçümü yapılmıştır.
4.2.10. Kesme Kuvveti Testi
1 L alınan ham çamur numunelerine standartta anlatılan şekilde kesme kuvveti testi uygulanmıştır ve kesme kuvvetine karşı hassasiyeti bulunmuştur. SV 30 oranı 100’den büyük bulunduğu olduğu durumlarda kesme kuvvetine karşı direnç göstermediği, SV 30 oranı 100’den küçük bulunduğu durumlarda ise kesme kuvvetine karşı direnç gösterdiği ifade edilir. Çamur numuneleri kesmeye karşı direnç gösterdiği durumlarda tersi durum gözlenmesi için, bulunan en uygun doz ile deney tekrarlanmıştır.
4.2.11. Yerçekimi Drenaj Testi
Cam drenaj tüpüne 50 mm yüksekliğinde 0.80 – 1.20 mm dane çapında kum konularak musluk suyundan geçirilmiştir ve üzerine 300 mm aerobik çürütücüden alınan ham çamur ilave edilmiştir. Doldurma işlemi tamamlandıktan sonra musluk açılmıştır ve belirli zamanlarda süzülen hacimler tespit edilmiştir. pH 12’ye ayarlanarak kireç ilavesi yapılmıştır aynı işlemler uygulanmıştır.
5.1.Başarakavak Atıksu Arıtma Çamurları
Başarakavak evsel atıksu arıtma tesisi’nin biyolojik ham çamur örnekleri üzerinde fiziksel parametre özelliklerini belirleyecek analizler yapılmıştır. Bu çamurların fiziksel özellikleri Çizelge 5.1.’de verilmektedir. Şartlandırma işlemini takiben, kapiler emme süresi (KES) ve özgül filtre direnci (ÖFD) ölçümleri yapılmıştır. Ölçümler Standart Metotlarda belirtilen esaslara göre gerçekleştirilmiştir (APHA, AWWA 2005).
Kocakulak ve ark (2005), yaptıkları çalışmada kPE doz aralığının 1-20 mg/L aralığında uygun sonuçlar verdiğini ifade etmişlerdir. Bu çalışmada kimyasal şartlandırma uygulanan Örnek 1 için kPE dozu 1-4 mg/L, örnek 2 için aPE dozu 20-100 mg/L aralığında seçilmiştir. Ubay (1995), yaptığı çalışmada alüm doz aralığını 100-225 mg/L aralığında uygulamıştır. Örnek 3 için alüm dozu 100-250 mg/L aralığında seçilmiştir. Örnek 4 için Fe2(SO4)3 dozu 25-125 mg/L aralığında seçilmiştir.
Hacıhanefioğlu ve Barlas (1994), FeCl3 için 2-6 mg/L doz aralığını uygulamışlardır. Bu
Fiziksel Parametreler
Örnek 1 Örnek 2 Örnek 3 Örnek 4 Örnek 5
pH 7.21 7.50 8.24 7.24 Sıcaklık (T, ˚C) 17.2 24.2 20.3 EC (µS/cm) 1282 1030 1082 1285 ÇO (mg/L) 0.16 0.16 0.41 0.20 AKM (g/L) 3147 2716 1450 1232 2784 ÇHİ (mL/g) 149.71 - 172 117 136 KES (s) 31.50 17.03 8.83 20.73 8.03 ÖFD x 1012 (m/kg) 15.60 64.14 18.797 6.02 3.25 Kesme Direnci (%) - - 20 68 -
Şekil 5.1’de biyolojik ham çamurların çökelme eğrileri verilmektedir. Örnek 3 ve Örnek 4’e ait çamurların çökelmeleri Örnek 5 ve Örnek 1’e göre daha iyidir. Ancak tüm örneklerin ÇHİ’leri 100 ‘den büyük değerler almıştır.
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 0 5 10 15 20 25 30 Zam an (dk) Haci m ( m L ) Örnek 5 Örnek 4 Örnek 3 Örnek 1
özetlenmektedir ve Şekil 5.2.’de kapiler emme süresi (KES) – özgül filtre direnci (ÖFD)’nin kPEdozuna karşı değişimi verilmektedir. ÖFD ve KES parametrelerinin her ikisine de bakıldığında uygun doza 1 mg/L değerinde ulaşılmıştır. Kocakulak ve diğ. 2005’de yaptıkları çalışmada uygun kPE dozunu 3 mg/L olduğunu ifade etmektedirler. Bu çalışmada bulunan 1 mg/L kPE dozu yakın bir değer olduğu söylenebilir. Şekil 5.3’de ham çamur – K PE ile kimyasal şartlandırma ve V – t/V ilişkisi verilmektedir.
Çizelge 5.2. Başarakavak (Örnek 1) için kPE ile yapılan şartlandırma deney sonuçları
kPE Dozu (mg/L) KES (s) ÖFD x 1012 (m/kg)
0 31.50 15.60
1 26.16 9.86
2 23.46 11.96
3 40.26 17.52
4 39.10 12.40
Şekil 5.2 Başarakavak için kapiler emme süresi (KES) – özgül filtre direnci(ÖFD) ’nin kPE dozuna karşı değişimi
Son Çökeltim Çamuru
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 0 1 2 3 4 kPE Dozu (mg/L) KES (s) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 ÖFD x 10 12 (m/k g) KES (s) ÖFD x 1012 (m/kg)
Polielektrolit dozundaki artışa bağlı olarak ÖFD ve KES değerleri değişim göstermiştir. 3 mg/L polimer dozlandığında ise ÖFD ve KES değerleri ham çamurun ÖFD ve KES değerlerinden daha yüksek bir değer bulunmuştur.
Şekil 5.3’de görüldüğü gibi, 3 mg/L polielektrolit dozu haricindeki dozlarda ham çamura kıyasla filtrasyon hızında artış belirlenmiştir.
Şekil 5.3 Başarakavak için ham çamur – kPE ile Kimyasal Şartlandırma ve V – t/V İlişkisi
aPE ile yapılan şartlandırma çalışmalarının sonuçları Çizelge 5.3.’de özetlenmektedir ve Şekil 5.4.’de kapiler emme süresi (KES) – özgül filtre direnci (ÖFD)’nin aPEdozuna karşı değişimi verilmektedir. Şekil 5.5.’de ham çamur – aPE ile kimyasal şartlandırma ve V – t/V ilişkisi verilmektedir.
0 10 20 30 40 50 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 V (mL) t/V (s/mL ) HÇ 1 mg/L kPE 2 mg/L kPE 3 mg/L kPE 4 mg/L kPE Doğrusal (1 mg/L kPE) Doğrusal (3 mg/L kPE) Doğrusal (HÇ) Doğrusal (4 mg/L kPE) Doğrusal (2 mg/l kPE)
