ATIK SULARIN DENİZ ORTAMINDA SEYRELMESİ 2. SEYRELME (S2), 3. SEYRELME (S3) TOPLAM SEYRELME (ST)

ATIK SULARIN DENİZ

ORTAMINDA SEYRELMESİ

2. SEYRELME (S2), 3. SEYRELME (S3)

TOPLAM SEYRELME (ST)

2. SEYRELME (S2)

2. SEYRELME (S2) devam

• Yatay olarak hareket eden atıksu tarlasında korunamayan türden bir kirleticinin konsantrasyonu C ise, türbülanslı ortamda seyrelme,

• Burada,

• göstermektedir.

2. SEYRELME (S2) devam

• C1=

• C2=

2. SEYRELME (S2) devam

• x-y düzleminde başlangıç genişliği “b” nin yana doğru difüzyon ile L genişliğine ulaşması halinde, kirletici maddenin

başlangıçtaki konsantrsyonunun bu düzlem içerisinde azalarak C1 değerinden C2değerine düşmesinin formülasyonu yapılırken aşağıdaki kabuller dikkate alınmıştır. (Brooks, 1959)

• 1. Türbulanslı difüzyon kanunu geçerlidir.

• Eddy difüzyon katsayısı (Ԑ) bnin ya da L/b nin bir fonksiyonudur.

• L/b x in fonksiyonu olarak kabul edilir.

• E koliform gibi kirleticilerin yok olmaları sadece difüzyon ile değil bakteri ölüm şartlarına da bağlıdır.

2. SEYRELME (S2) devam

• L değeri arttıkça (Ԑ) değeri de artacaktır. Bu iki değer arasındaki ilişki aşağıdaki formül ile verilebilir.

• (Ԑ =k.Lⁿ )

• Başlangıç noktası için (x=0) için ise;

• Ԑo =k.bⁿ (cm2/s)olarak verilebilir. Burada;

• Ԑ : Türbülans difüzyon katsayısı cm2/s (başlangıçtan x m uzaklıkta)

• Ԑo : Türbülans difüzyon katsayısı (x=0 noktasında yani başlangıçta)

• n: 4/3 olarak alınacak bir katsayı

• k: Eddy difüzyon katsayısı (k değerleri 0.0015-0.049 cm⅔/s arasında bir değer alınır. Pratikte bu değer 0.01 cm⅔/s

alınmaktadır.

2. SEYRELME (S2) devam

• Ԑo =k.bⁿ formülü

• Ԑo =0.01.b^4/3 cm2/s (Arcievela, 1982) bu hesaplamada b değerinin cm olarak alınması çok önemlidir.

• b: atıksu tarlasının başlangıçtaki genişliği (cm)

bu değer etkin difüzör boyu uzunluğu olarakta

bilinir.

2. SEYRELME (S2) devam

• Atıksu tarlasının “x”ekseni boyunca uğrayacağı ikinci seyrelme (S2) aşağıdaki formül ile hesaplanabilir (Brooks, 1960)

• Burada

• u: yüzeydeki akıntı hızı (m/s)

• b: atıksu tarlasının başlangıçtaki genişliği (m). Etkili difüzör boyu. Birimi metredir. b=Lo.Cosθ

• x: Difüzör çıkış noktasından koruma bölgesine olan uzaklık (m)

• β: 12. Ԑo/u.b (birimsiz) olarak hesaplanır. Bu hesap için u: cm/s, b: cm olarak alınmalıdır.

• erf : standart hata fonksiyon değeri (tablo ya da grafikten bulunabilir. Tablo bir sonraki slaytta verilecektir)

Tablo. Standart hata fonksiyonu değerleri

9

2. SEYRELME (S2) devam

• İkinci seyrelmeyi etkileyen en önemli faktörler akıntı yönü ve şiddetidir.

• 2. Seyrelme (S2) formül ile hesaplanabildiği gibi bu amaç için geliştirilmiş nomogramlar (abaklar) da kullanılabilir. Bu abaklar;

• x: Difüzör çıkış noktasından koruma bölgesine olan uzaklık (m)

• b; difüzör uzunluğu (m)

• ve u; akıntı hızının bir fonksiyonu olarak

geliştirilmiştir.

• Şekil: İkinci

Seyrelme Hesabı

için Abak

• Nomogramı kullanabilmek için öncelikle kıyıya olan

uzaklık ile akıntı hızı birleştirilir, bu değer difüzör uzunluğu ile

kesiştirilip

aşağıya uzatılarak

S2 bulunur.

3. SEYRELME (S3)

• Korunamayan cinsten maddeler (çok çabuk değişebilen organik maddeler, bakteriler vb.) atıksu tarlasının yatay hareketi sırasında deşarj noktasından koruma bölgesine doğru

taşınırken güneş enerjisi tuzluluk, sıcaklık, güneş ışınlarının radyasyon etkisi ve

çökelebilen katı maddelere tutunma olarak

ölmekte, dibe çökmekte, neticede ortamdan

yok olarak seyrelmektedir. Buna 3. Seyrelme

(S3) denir.

3. SEYRELME (S3) devam

• Mikroorganizmaların su ortamında yok olmaları,

• şeklindeki 1. dereceden reaksiyon denklemi ile ifade edilirler.

• Bu denklemin çözümü ile ;

• İfadesi elde edilir. Burada;

• k:bakteri azalma hız katsayısı

• Co: başlangıçtaki toplam koliform bakteri konsantrasyonu

• Ct: Taşıma süresi (t) sonundaki toplam koliform bakteri konsantrasyonu

• t: taşıma süresi

• ; x=taşıma mesafesi (deşarj noktasından koruma bölgesine olan uzaklık, u= yüzey akıntı hızı

3. SEYRELME (S3) devam

• k; bakteri azalma katsayısı T90 parametresinin bir fonksiyonudur.

• T90 : Bakterilerin %90’ının yok olması için geçmesi gereken süredir.

• T90 süresi sonunda Ct=0.1.Co olacağı için

• k:1/T90 eşitliği yazılabilir.

• Buna göre eşitlik;

• Ct=Co. 10^-t/T90

• olarak yazılabilir.

• Bu durumda;

• S3= Co/Ct = 10^t/T90

3. SEYRELME (S3) devam

• T90 değeri mevsimlik değişiklik gösterir. Bu nedenle yaz, kış ve bahar mevsimleri için ayrı ayrı hesaplanarak değerlendirilmesi gerekebilir.

• T90 değeri için arazide veya laboratuvarda denemeler

yapılabilir. Eğer yapılamıyorsa SKK yönetmeliğinin tabloları kullanılabilir.

• 3. Seyrelme formül ile hesaplanabileceği gibi abak ya da nomogramlarla da bulunabilir.

3. SEYRELME (S3) Abak ile hesap

• Nomogramı

kullanabilmek için öncelikle kıyıya

olan uzaklık ile akıntı hızı

birleştirilir, bu

değer T90 değeri ile kesiştirilip

aşağıya uzatılarak

S3 bulunur.

Toplam Seyrelme (ST)

• Daha önce anlatılan üç seyrelme olayı sonucunda oluşan toplam seyrelme ST=S1.S2.S3 olarak hesaplanır.

• Deşarj edilen atıksuyun koliform bakteri konsantrasyonu Co ise koruma bölgesi

sınırındaki kansantrasyon Ct=Co/ST olur. Bu değer koruma bölesi sınırında standart değeri (1000 /100ml EMS) sağlanmalıdır. Devamlı ve değişmeyen türdeki kirleticiler için

• ST=S1.S2 olacaktır.

TOPLAM SEYRELME (ST)

Örnek;

• Bir atıksu deniz deşarj sisteminde 1., 2., ve 3., seyrelmeler sırası ile 100, 10 ve 1000 olacağı tahmin edilmektedir. Bu atıksu içerisindeki başlangıç

konsantrasyonu 10 mg/l Lityum ve 10^8/100 ml EMS ola koliform mikroorganizmaların

• a) difüzörün tam üzerinde ve deniz yüzeyinde

• b) koruma bölgesi sınırındaki konsantrasyonları hesaplayınız.

(Alıcı ortam yoğunluğunun uniform olduğu kabul edilmektedir) Yanıt;

a) CLityum= Co/S1 = 10/100 = 0,1 mg/L C Koliform = Co/S1 = 10^8 /100 = 10^6

b) Ct Lityum = Co/S1*S2 = 10/100*10 = 0,01 mg/l (korunan madde) Ct koliform = Co/S1*S2*S3 = 10^8/ 100*10*1000 = 10^2/100 ml EMS

Koliform

10^2/100 ml EMS˂10^3/100 ml EMS standart sağlanmıştır.

Örnek;

• Aşağıdaki veriler yardımıyla 2., 3., ve toplam seyrelmeyi hesaplayınız.

• T90 : 1,3 saat,

• S1: 35

• Co : 10^8/100 ml EMS koliform

• Deşarj borusu doğrultusunda sahile doğru yüzey akıntı hızı; u:0,09 m/s

• Koruma Bölgesi genişliği 200 m, difüzör uzunluğu 45 m ve akıntıya 30o lik açı ile yerleştirilmiş durumdadır.

Yanıt;

• b=Lo.Cosθ

• b= 45.Cos 30 = 38,97 m = 3897 cm

• Ԑo =k.bⁿ

• x= 650+(45/2. Cos30) = 650+19,48 = 669 m

• Üçüncü seyrelme;

• Toplam Seyrelme (ST)

• ST=35,8x4,49x39,11 = 6401

• Standart sağlanmıyor

• Abak kullanıldığında S2= 2.5

• S3=9 olarak bulunuyor.

• Standart sağlamak için derinlik ya da deşarj

borusu uzunluğu arttırılmalıdır.

T90 değerinin hesaplanması

• 3. Seyrelmede kullanılan T90 değerinin Laboratuvar ve doğal ortam şartlarında hesaplanması;

• Mikroorganizmaların yok olmasına etki eden faktörler;

• 1) Tuzluluk: tuzluluk artarsa mikroorganizmalar daha kısa sürede yok olurlar

• 2) Güneş ışığının radyasyon etkisi: Güneş ışığı etkinse mikroorganizmalar daha hızlı yok olur.

• 3) Sıcaklık: Sıcaklık arttıkça mikroorganizma daha hızlı yok olur.

• 4) Aglemerasyon (çökelme): Mikroorganizmaların su

içerisindeki katı maddelere beğlanarak dibe çökerse

ortamdan daha hızlı yok olur.

T90 Ölçüm Yöntemleri

• 1) Literatür yöntemi; daha önce yapılmış

çalışmalardaki (Ege Denizi, Akadeniz vb.,) T90

değerlerini bulup, onlardan yararlanmak şeklindedir.

Yanılma payı oldukça yüksektir. Çalışma koşullarını iyi belirlemek gereklidir.

• 2) Laboratuvar ortamında ölçüm; Hacmi belli olan kaplara belli hacimde deniz suyu ve kanalizasyon suyu eklenip karıştırılır. Belli zaman aralıklarında örnekler alınıp mikroorganizma konsantrasyonu ölçülür. Güneş ışığı radyasyon etkisi tam olarak

sağlanamadığı için sonuçlar tam olarak doğru olmaz.

T90 Ölçüm Yöntemleri

• 3. Polietilen Torba Deneyi; Polietilen torbalara deniz suyu ve kanalizasyon suyu doldurulur. Dalgasız, sığ bölgelerde yüzdürülür, belli aralıklarda ölçümler

yapılır. Bu sonuçlar ortam şartlarını da dikkate aldığı

için daha güvenilirdir.

T90 Ölçüm Yöntemleri

• 4) Boğaziçi Metodu; yaklaşık 3 m3’lük büyük tank atıksu ile doldurulur. İçine Rhodamin (kırmızı renkli izlenebilir toksik olmayan bir boya) eklenir. Bu tank bir gemi ya da kayık yardımı ile deşarj yapılması

düşünülen mesafeye kadar taşınılıp atıksu denize

boşaltılır. Kırmızı renkli kanalizasyon suyu denize

dağılır. Bir tekne ile su kütlesi izlenir. Belli zaman

aralıklarında numune alınarak ölçüm yapılır ve

mikroorganizma konsantrasyonları belirlenir. En

güvenilir yöntemlerden birisidir. Ancak uygulaması

zor ve pahalıdır.

Örnek;

• Bir deniz deşarj sistemi tasarımı için denizde yapılan gözlem neticeleri tablo olarak verilmiştir. Verilerden T90 değerini hesaplayınız.

•

0 13

30 10

60 7

90 4

120 2

Çözüm;

• Belli zaman içerisindeki konsantrason

değerinin başlangıç konsantrasyon değerine oranının logaritması alınarak zaman karşı

grafiğe geçirilir.

t (dak) Koliform kons.

(Ct)x1000

Log (Ct/Co)

0 13 Log(13/13)=0

30 10 Log(10/13)= - 0.11

60 7 Log(7/13) = - 0.27

90 4 -0.51

120 2 -0.81

• Çizilen grafikte noktalar kullanılarak en iyi doğru geçirilir. Bu doğrunun eğimi k değerini yani bakteri ölüm hız sabitini verecektir. Bilgisayarda doğrunun denklemi çıkarılarak buradan eğim bulunabilir.

Aşağıda denkleme göre eğim “0,006” dır.

• T90= 1/k

• T90= 1/0,006

• T90 = 167 dakika

• T90= 2,78 saat

y = -0,0067x + 0,064 R² = 0,9642

log (Ct/Co)

t (dak)

• Bilgisayarda çalışmıyorsanız; eğrinin eğimini hesaplayabilirsiniz;

• k= eğim= (-0.81- 0)/ (120-0) = 0,0067

• T90 = 1/0,0067 = 150 dak. = 2.5 saat

Deşarj Borusu ve Difüzör Tasarımı

• Deşarj Borusu Tasarımı;

• Deşarj Borusu Çapı; Gelen atıksu karada bir

dengeleme havuzunda dengelenerek pompzlanıyor ise; deşarj borusu Ortalama debiye göre (Qort)

boyutlandırılır.

• Qort = Vort x Adeşarj

• Deşarj borusundaki ortalama hız her zaman;

Vort ≥ 1 m/s olmalıdır.

• Deşarj Alanı (Adeşarj) =

• Deşarj Borusu çap: (D deşarj)=

Deşarj Borusu Tasarımı;

• Formülden çıkan sonuca en yakın standart çap seçilir.

• Ancak debi dengelenmeden deşarj ediliyorsa ; ya da mevsimlere göre nüfus çok değişkense ve dengeleme havuzunun etkinliği ortadan kalkıyorsa Qmax ve Qmin değerleri için de boyutlandırma yapılır. Min debide kaç pompanın çalışacağına, max debide kaç pompanın çalışacağına bu şekilde karar verilir.

• Ortalama debiye göre karar verilen çap için min debi tahkiki yapılır. Minimum debi ve seçilen çap için Hız değeri (Vmin):

0,5-0.7 m/s arasında kalmalıdır.

Difüzör tasarımı

• Deşarj borusu sonunda su ortamında iyi bir yayılma sağlamak için kullanılan yayıltmaca difüzör denir. Deşarj noktasında difüzörden çıkarak su ortamına yayılan atıksuyun kirlilik konsantrasyonu seyrelme etkisi ile azalır.

Böylece koruma alanı sınırında istenen kriter

sağlanır. ( Hesaplama için başka veri yoksa

1000 m

/gün debi için difüzör boyu 2m,

akıntının az olduğu yerde 3m alınır.)

Difüzör tasarımı

• Dengeleme havuzunun olmadığı durumlarda difüzör boyu hesaplamalarında maksimum debi esas alınır. Yani Difüzör Boyu (Lo) = Qmax/q ‘dur. Difüzör delikleri de aynı şekilde max debi ile hesaplanır.

• Difüzör boyu (Lo) = Qmax/q formülünden hesaplanabilir ancak bazen yeterli veri olmayabilir ya da yaklaşık bir ön

hesap yapılmak istenebilir. Bu durumda her 1000m3/gün lük debi için 2m olacak şekilde hesap yapılabilir. Yani

20000m3/gün debi varsa ve başka bir veri yoksa difüzör boyu 20 m (20000/1000) alınabilir. Deniz ortamı çok harekersiz ve ekolojik olarak çok riskli bir alana deşarj ediliyorsa 2m yerine 3m alınarak difüzör boyu hesaplanabilir.

Difüzör

• Difüzörün görevi atıksuyu difüzör boyunca uniform olarak dağıtmaktır.

• Farklı tiplerde difüzör planlanabilir. Difüzör borusu üzerinde bir delik şeklinde olabildiği gibi, delik yukarı uzatılan bir boru çıkışı şeklinde de olabilir.

• Deşarj borusunun yandan ve üstten görünüşü

Difüzör tipleri

Difüzörlerin özellikleri

• 1) Katı madde birikimini önlemek için difüzör boyunca yeterli hız sağlanmalıdır. Bunun için ise difüzör borusu çapı uzak uçlara doğru kademeli olarak azaltılmalıdır.

• 2) Çıkışlardan içeriye su girmemesi için tüm çıkışların akıma katkıda bulunması istenir.

• 3) Pompajı minimum yapmak için yük kayıpları küçük tutulmalıdır.

• 4) Difüzörlerin uç noktalarında yıkama sırasında açılabilecek klapeler bulunmalıdır.

• 5) Çıkış deliklerinin çapları küçük olmalıdır. Difüzörün herhangi bir kesitinin mansabındaki delik alanları o kesitteki boru alanından daha küçük olmalıdır.

• 6) Delik çapları (D delik), difüzör borusu çapının (Ddifüzör) 10

katından küçük olması halinde sistem difüzörlü deşarj sistemi olarak kabul edilir.

Örnek;

• Bir beldenin atıksu debisi 20000m3/gün olarak verilmektedir.

Qmax=2.Qort alınacaktır. Atıksudaki koliform derişimi

• EMS dir. Derin deniz deşarj sistemi düşünülmektedir. Kıyıya 200 m mesafelik bir koruma şeridi içerisinde istenen standart

• dir. Deniz taban eğimi %o 20 olarak verilmiştir. Kıyı

yönündeki kritik akım hızı u: 10m/dak olup, birim difüzör boyundan çıkan debi q:0.01 m3/m.s dir.

• Max debide difüzör deliklerinden çıkış hızı (vdelik)= 5 m/s, Ortalama debide deşarj borusundan çıkış hızı (vdeşarj)=0.8m/s T90 : 2h, difüzör delikleri arası mesafe : 3 m alınacaktır.

a) Deniz deşarj sistemini boyutlandırınız.

b) Difüzör akışının koruma bölgesi sınırlarından 500, 1000,1500, 2000 ve 2500 m uzaklıklarda olması durumunda seyrelmeleri

hesaplayınız.

Çözüm;

• Not; Deniz ortamında yoğunluk değişimi uniformdur.

• Daha önceki deşarjlar nedeni ile atıksu tarlasının engelleyici etkisi mevcuttur ve difüzör akıntıya paralel yerleştirilmiştir.

• a) 1. Qort =20000m3/gün = 0.231 m3/s

• Qmax = 2.Qort = 2. 0.231 = 0.462 m3/s

• a.2. Lo= Qmax/q = 0.462/0.01 = 46.2 m

• Difüzör delik sayısı (n)?

• n= Lo/delikler arası mesafe = 46.2/3 = 15 adet delik olmalı

• D delik?

• Qmax= Vmax.Amax

• Amax=0.462/5 = 0.0924 m2 (deliklerin toplam alanı)

• Tek deliğin alanı (a) = Amax/n = 0.0924/15 = 0.00616 m2

• a.3. Delik çapı (Ddelik)=?

• a.4. Deşarj Borusu Çapı;

• Ddeşarj =60 cm seçilir.

b) Seyrelme Hesapları

• 1. Seyrelme (S1) : Atıksu tarlasının engelleyici etkisinin altında seyrelme hesaplanacaktır. Ayrıca difüzör akıntıya paralel

yerleştirilmiştir.

• Bu durumda Sort=?

• Sort = 5.12*d ya da 5.12*ymax

• Eğim %o 20, yani 20/1000

• Sort denkleminde d yerine 2 nolu denklem konulursa

• Ortalama 1. Seyrelmeyi deşarj uzunluğuna bağlayan bir

formül elde ettik. b şıkkında bizden farklı hat uzunluklarında seyrelmeleri hesaplamamız istenmişti. Bu uzunluklar için S2 ve S3 seyrelmelerini abak yardımı ile bulabiliriz. Bize gerekli olan Toplam Seyrelme (ST) = Co/Ct ise;

• Tüm hat uzunluklarındaki seyrelmeleri hesaplayıp bir tabloya geçirelim. Toplam seyrelme değerlerinin logaritmasını alıp hat uzunluğuna karşı grafiğe geçirelim. Bize gerekli seyrelmeye karşılık gelen hat uzunluğu gerekli hat uzunluğudur.

X (m) Sort 1 S2 (abak) S3 (abak) SToplam Log (ST)

500 71.68 2 2.8 401.4 2.6

1000 122.88 3.1 6.8 2590.3 3.41

1500 174.08 4.5 19 14883.8 4.17

2000 225.3 7 43 67809.3 4.83

2500 276.5 13.4 285 1055877 6.02

• Grafikten X: 2025 m bulunmuştur.

• Eğer grafiği bilgisayarda çizmiş ve denklemini oluşturmuş iseniz y yerine 5 koyarak X’i

hesapladığınızda 2000m ye yakın bir değer bulacaksınız.

• Bu değer koruma bölgesi hariç değerdir.

Toplam deşarj hat boyu: 2025+200=2225m dir.

• Deşarj hat boyu 2225 m ise deşarj derinliği (d)=44.5 m dir. (Eğimden yararlanarak

hesaplanmıştır.)