SU ARITIM DOĞAL ARITIM SİSTEMLERİ
PROF. DR. YÜKSEL ARDALI
ONDOKUZ MAYIS ÜNİVERSİTESİ, ÇEVRE MÜH. BÖL.
EĞİLİMLER
Son 20 yılda göl sistemleri tasarımına temel yaklaşımdaki değişiklikler, öncelikle göl sisteminin hidrolik özelliklerini iyileştirmek için plastik bölmelerin yerleştirilmesi, temel tasarımlar için
modifikasyonlar ve daha geniş bir seçimi ile sınırlandırılmıştır.
Tam karışım ve kısmi karışım kombinasyonlarının çeşitli modifikasyonları geliştirilmiş ve
değerlendirilmiştir, ancak temel tasarım kavramları değişmemiştir. Bu modifikasyonların örnekleri, BIOLAC® prosesleri, Zengin havalandırmalı lagün tasarım prosedürleri ve LemTec® biyolojik
arıtma prosesi.
Bu modifikasyonlardan bazıları sıcak iklimlerde başarılı bir şekilde geliştirilmiş ve işletilmiştir ve bu
sistemlerin uygulanması soğuk iklimlere yayılmıştır. Bu sistemlerle başarı derecesi çeşitlilik gösterdi
ve başarısızlığın büyük bir kısmı, tasarımcıların geçerli tasarım bilgileri ve önemli denemelerinin
eksikliğinden kaynaklanıyor olabilir. Bu sistemlerin kapsamlı bir tarifi ve daha geleneksel tasarım
yöntemleri ile kıyaslanması çok zorunludur.
Eski ve yeni yöntemler, süreçler ve tasarım yöntemleri aşağıda listelenmiştir ve aşağıdaki bölümlerde açıklanmıştır:
• Fakülte havuzları
• Kısmi karışık havuzlar
• Komple karışık havuzlar
• Anaerobik havuzlar
• Kontrollü deşarj havuzları
• Tam saklama havuzları
• Hidrograf kontrollü salınım sistemi
• Yüksek performanslı havalandırmalı havuz sistemleri (Zengin tasarım)
• Tescilli sistemler
• Gelişmiş Entegre Atık Su Pond Systems® ( AIWPS®) (OswaldTasarım)
• BIOLAC süreci (topraklı havuzlarda aktif çamur)
• Lemna sistemleri
• LAS International, Ltd.
• Praxair, Inc.
• Gölet sistemlerinde azot giderimi (tescilli sistemler dahil)
• Nitrojen ve denitasyon için modifiye edilmiş yüksek performanslı havalandırma havuzu sistemleri
• Göletlerde azot çıkarımı, sulak alanlar ve çakıl yataklı nitrifikasyon filtreleri
• Yosunların kontrolü ve çökelen havzaların tasarımı
• Havuzların hidrolik kontrolü • Fosfor giderimi
FAKÜLTATİF HAVUZLAR
Facultative havuz tasarımı biyolojik oksijen talebi (BOD) kaldırma dayanmaktadır; Bununla birlikte, süspansiyon haline getirilmiş katıların büyük bir kısmı bir fakültatif havuz sisteminin birincil hücresinden çıkarılır. Organik bileşiklerin bir havuz sistemindeki suya çamur fermantasyon geribildirimi önemlidir ve performans üzerinde bir etkisi vardır. İlkbahar ve sonbahar döneminde, havuz gövdesinin ısıyla devrilmesi önemli miktarlarda bentik katıların yeniden askıda kalmasına neden olabilir. Çamur birikiminin oranı sıvı sıcaklığından etkilenir ve soğuk iklimlerde çamur birikimi için ilave hacim eklenir. Toplam askıda katı madde (TSS) havuz sistemleri performansında ciddi bir etkiye sahip olsa da, çoğu tasarım denklemi, genel reaksiyon hızı sabitini kullanarak TSS etkisini dahil etmeyi kolaylaştırır. Efülent TSS genellikle süspansiyona alınmış organizma biyokütlesinden oluşur ve asılı atık organik madde içermez. Bu havuzların tasarımı için birkaç ampirik ve rasyonel model geliştirilmiştir. Bunlar ideal fiş akışını ve komple karışım modellerini ve ayrıca Fritz ve diğerleri tarafından önerilen modelleri içerir. (1979), Gloyna (1971), Larson (1974), Marais (1970), McGarry ve Pescod (1970), Oswald ve ark. (1970) ve Thirumurthi (1974). Middlebrooks (1987), önceki cümlede atıf yapılanlar da dahil olmak üzere, fakültatif havuz sistemlerini değerlendirmek ve tasarlamak için geliştirilen birçok modelin bir özetini sundu (Tablo 4.1). Bu kapsamlı bir liste değildir ve bu modellerin çoğu yukarıda listelenen referanslardaki varyasyonlardır. Bazıları tatmin edici sonuçlar üretir ancak bazılarının kullanımı katsayıları değerlendirmede zorluk veya modelin karmaşıklığı nedeniyle sınırlı olabilir. En çok kullanılan yöntemler ve denklemler aşağıdaki paragraflarda tartışılmıştır.
ALAN YÜKLEME HIZI YÖNTEMİ
Canter ve Englande (1970), devletlerin çoğunun organik yükleme için tasarım kriterlerine sahip olduğunu ve fakültatif havuzlar için hidrolik alıkonma sürelerine sahip olduklarını, 1970 yılından bu yana az bir değişiklik gösterdiğini bildirdiğinden devlet tasarım standartlarını gözden geçiren bir gözden geçirme; Bununla birlikte, en son bilgileri edinmek için tek tek devletlerle iletişime geçilmelidir. Bu ölçütlerin tatmin edici bir performans sağladığı kabul edilir; Bununla birlikte, devlet tasarım kriterlerini karşılayan gölet sistemleri tarafından standartların tekrarlanan ihlalleri ölçütlerin yetersizliğini göstermektedir. ABD Çevre Koruma Kurumu (EPA) (Middlebrooks ve diğerleri, 1982; USEPA, 1983) tarafından
değerlendirilen dört fakültatif havuz sistemi için organik yükleme ve hidrolik alıkonma süresi için her lokasyon için devlet tasarım kriterlerinin özeti ve gerçek tasarım değerleri gösterilmektedir Tablo 4.2'de. Ayrıca, BOD 5 için federal etken standartlarının aşılması ayların bir listesini de içeriyor.
Dört sistemin gerçek organik yükü neredeyse eşit, ancak Utah, Corinne'deki sistem sürekli olarak federal akış standardını karşılıyordu.
BOİ5 gideriminin etkinliği, filtrelenmemiş sıvı numuneleri ve filtrelenmiş etkinlik örnekleri temelinde%
80 ila% 90 olacağı öngörülmektedir. Sıcaklıkta ve mevsimsel olarak önemli derecede sıcaklık değişimlerine ve günlük akıştaki ana dalgalanmalara sahip sistemler için 5 ft'lik (1.5 m) havuz derinliği önerilir. Denklem 4.1'i kullanarak yüzey alanı tasarımı her zaman 3 ft (1 m) derinliğe
dayanmalıdır. Ev atıkları ve birçok endüstriyel atık için alg toksisite faktörü (f) 'nin 1.0'a eşit olduğu
varsayılmıştır. Sülfür eşdeğer iyon konsantrasyonu 500 mg / L'nin altında olması durumunda sülfür
oksijen ihtiyacı (f ') de 1.0'a eşittir. Tasarım sıcaklığı genellikle en soğuk aydaki ortalama gölet
sıcaklığı olarak seçilir. Güneş ışığı gölet tasarımında kritik olarak kabul edilmez, ancak gölet
hacmini, tasarım yerindeki güneş ışığının, Amerika'nın güneybatısındaki ortalama ortalamaya
çarpması ile Denk. 4.1'e dahil edilebilir.
Thirumurthi (1974) tarafından hazırlanan şeklin modifiye şekli, Denklem 4.8'in kullanımını kolaylaştırmak için Şekil 4.1'de gösterilmiştir. Boyutsuz terim kt, ideal bir tapa akışı ünitesi için sıfırdan tamamen karışmış bir ünite için fiilen olan dağılım sayıları için kalan BOD yüzdesine karşı çizilir. Atık su havuzlarında ölçülen dağılım sayıları 0.1'den 2.0'a, en çok 1.0'dan düşüktür. D için bir değer seçimi, belirli bir kalite efekti üretmek için gereken
tutuklama süresini önemli ölçüde etkiler. K için bir
tasarım değeri seçimi eşit bir etkiye sahip olabilir. Eğer Şekil 4.1'deki grafik kullanılmazsa, Eşitlik 4.8, Örnek
4.1'de gösterildiği gibi deneme yanılma temelinde
çözülebilir (aşağıya bakın). Middlebrooks (2000),
Wehner-Wilhelm denklemini kullanarak çok çeşitli
değişkenleri kullanma seçenekleri bulunan bir gölet
sistemi boyutlarını hesaplayan bir elektronik tablo
geliştirmiştir. Elektronik çizelge tasarım prosedürünün
dışını gidermekte ve yanlış bir tablo okumak zorunda
kalmamaktadır. Bir kopyasını yazar ile iletişime geçerek
elde edebilirsiniz.
FACULTATIVE HAVUZ TASARIM MODELLERİNİN KARŞILAŞTIRILMASI
Fakultatif havuzların tasarımına yönelik birçok yaklaşım ve en son tasarımlar için yeterli performans verisinin bulunmaması nedeniyle, "en iyi" prosedürü önermek mümkün değildir. Tablo 4.2'de verilen operasyonel verilerle birlikte yukarıda sunulan tasarım yöntemlerinin bir değerlendirmesi, fakültatif havuz sistemlerinin performansını tahmin etme açısından herhangi bir modelin diğerlerinden üstün olduğunu
göstermemektedir (USEPA, 1983; Middlebrooks, 1987). Sınırlı verilere sahip fakültatif havuz sistemleri ile ilgili diğer pek çok çalışma yapılmıştır ve aynı sonuçlara ulaşılmıştır (Pearson ve Green, 1995). Yukarıda ayrıntılı olarak sunulan tasarım modellerinin her biri, Tablo 4.4'te verilen koşullar için fakültatif bir havuz tasarlamak için kullanılmıştır ve sonuçlar Tablo 4.5'de özetlenmiştir. Çeşitli tasarım yöntemleri üzerindeki sınırlamalar doğrudan karşılaştırmalar yapmayı zorlaştırıyor; Bununla birlikte, tüm yöntemlerle hesaplanan hidrolik gözaltı sürelerinin ve toplam hacim gereksinimlerinin incelenmesi, Marais-Shaw yöntemi hariç
tutulduğunda ve Wehner-Wilhelm yönteminde dağılma faktörü için 1.0 değeri seçildiğinde önemli tutarlılık göstermektedir. Bütün bu yöntemlerin en büyük kısıtı, reaksiyon hız sabitinin veya diğer denklemlerin
seçilmesidir. Bu sınırlamada bile, gölet hidrolik sistemi teorik hidrolik tutuş süresine yaklaşılacak şekilde
tasarlanıp inşa edildiğinde, tüm tasarım yöntemleri ile makul bir başarı sağlanabilir. Kısa devre, başarılı bir havuz performansı için herhangi bir toksik etkinin önlenmesi için en büyük caydırıcılıktır. Gölet sisteminin hidrolik tasarımının önemi fazla vurgulanamaz. Tasarıma yüzey yüklenme oranı yaklaşımı, minimum girdi verileri gerektirir ve Birleşik Devletlerin çeşitli coğrafi bölgelerindeki operasyonel deneyimler üzerine
kuruludur. Muhtemelen tasarım yöntemlerinin en muhafazakâr, ancak hidrolik tasarım hala ihmal
edilemez. Gloyna yöntemi yalnızca% 80 ila 90 BOD kaldırma etkinliği için geçerlidir ve fotosentez için güneş
enerjisinin doygunluk seviyesinin üstünde olduğunu varsaymaktadır.
Bu aralık dışında yapılan arıtım sonuçları için uygulanmaz; Bununla birlikte, daha önce açıklandığı gibi, diğer güneş koşulları için bir ayarlama yapılabilir. Gloyna yönteminin ayrıntılı bir eleştirisi gerekiyorsa Mara'ya (1975) danışılmalıdır.
Marais-Shaw yöntemi, fakültatif havuzlarda görülemeyen komple karışım hidroliğine dayanıyor ancak yaklaşımdaki en büyük zayıflık, birincil hücrenin anaerobik hale gelmemesi gerekliliğidir. Mara (1975, 1976) bu model hakkında ayrıntılı bir tartışma yapmaktadır. Fiş hidroliği ve birinci dereceden reaksiyon kinetiklerinin birçok fakültatif havuz sisteminin
performansını yeterince tanımladığı bulunmuştur (Neel ve ark., 1961; Thirumurthi, 1974; Middlebrooks ve ark., 1982;
Middlebrooks, 1987; Pearson and Green, 1995 ). Bir EPA çalışmasında ve diğer bazılarında değerlendirilen dört gölet sisteminin performansını en iyi tanımlayan eklenti bir model bulunmuştur (Middlebrooks ve ark., 1982; USEPA, 1983). En fakülteli havuzların üç veya daha fazla hücre dizisine yerleştirilmesinden dolayı mantıksal olarak hidrolik rejimin bir fiş modeli ile tahmin edilebileceği düşünülmelidir. USEPA (1983) verilerinden hesaplanan tepki oranları, öncelikle havuz sistemlerinde uzun hidrolik alıkonma süreleri (70 ila 231 gün) nedeniyle çok düşüktür ve çok muhafazakar tasarımlar ortaya çıkaracaktır.
Wehner-Wilhelm denkleminin kullanılması hem reaksiyon hızının hem de dağılma faktörünün bilgisini gerektirir ve tasarım prosedürünü daha da karmaşık hale getirir. Önerilen havuz yapısının hidrolik özelliklerine ilişkin bilgi biliniyorsa veya
belirlenebilirse (Denk. 4.9), Wehner-Wilhelm denklemi tatmin edici sonuçlar verecektir; Bununla birlikte, her iki parametrenin seçiminde zorluk olduğundan, daha basit denklemlerden birini kullanan bir tasarım, bu modeli kullananlar kadar iyi
olacaktır. Wehner-Wilhelm denklemi, fakültatif havuzlar tasarlamak için dünyanın birçok yerinde kullanılır ve görünüşe göre başarıyla kullanılmıştır. Özetle, tartışılan tüm tasarım yöntemleri uygun parametreler seçilir ve sistemin hidrolik karakteristikleri kontrol edilirse geçerli bir tasarım sağlayabilir.
KISMEN KARIŞTIRILMIŞ ANAHTAR SÖZCÜLER
USEPA'nın 1983 tasarım kılavuzunun yayınlanmasından bu yana kısmi karıĢma havalandırmalı havuzların
tasarımına temel yaklaşımındaki değişiklikler esas olarak gölet sisteminin hidrolik özelliklerini iyileştirmek için köpüren plastik bölmelerin sunulması ve bu havuzların geliĢtirilmesi daha etkili havalandırma ekipmanı seçimi (WEF / ASCE, 1991). Hidrolik özelliklerin önemi, 1983 tasarım el kitabında vurgulanmış ve pek çok yayında defalarca tekrar
edilmiştir; Bununla birlikte, son 20 yılda zayıf hidrolik özelliklere sahip olan gölet sistemlerinin sayısına dayanarak, birçok tasarımcı literatürü okumadığını veya okuduklarını gözardı ettiğini varsaymaktadır. Havalandırmalı lagün sistemlerinin tasarımında artıklığı ortadan kaldırmaya yönelik eğilim endişe vericiydi. Gelecekteki bakım ihtiyacına az düşünce görünüyor. Havalandırmalı lagün sistemleri ile ilgili işletme maliyetleri, bir topluluk için mevcut
seçenekler karşılaştırıldığında genellikle gözardı edilir veya göz ardı edilir. Fazlalıksız sistemlerin başlangıç maliyetleri, açıkça, çalışma sırasında esneklik içeren sistemleri olanlardakinden daha düşük ancak, bakım yapılması gerektiğinde çevreye ve sahibine maliyet daha da artacaktır. Kısmi karışımlı havalandırmalı havuz sisteminde, havalandırma yalnızca yeterli bir oksijen kaynağı sağlamak için kullanılır ve komple karışım ve aktif çamur sistemleri ile yapıldığı gibi bütün katıların süspansiyon halinde tutulmasına yönelik girişim yapılmaz. Açıkçası bazı karıştırma meydana gelir ve katıların kısımları asılı kalır; Bununla birlikte, yerleşen organik maddenin anaerobik bozulması meydana gelir. Sistem bazen fakültatif havalandırmalı gölet sistemi olarak da adlandırılır. Gölet sadece kısmen karıştırılmış olsa da, komple bir karışım modeli ve birinci dereceden reaksiyon kinetiği kullanarak BOD
giderme tahmin etmek geleneksel bir yöntemdir. Middlebrooks ve ark.nın çalışmaları (1982), yüzey ya da dağınık havalandırma kullanıldığında, bir takviyeli modelin ve birinci dereceden kinetiklerin bu göletlerin performansını daha yakından tahmin ettiğini göstermiştir. Bununla birlikte, bu çalışmada değerlendirilen havuzların çoğu hafif yüklüdür ve hesaplanan reaksiyon oranları çok muhafazakardır, çünkü oranın organik yük düştükçe azaldığı görülmektedir (Neel ve ark., 1961). Daha iyi tasarım reaksiyon oranlarının bulunmaması nedeniyle, kısmi karışık havuzların komple karışım kinetiğini kullanarak tasarlanması gereklidir.
KISMİ KARIŞTIRMALI DİZAYN MODELİ
Birinci derece kinetiği kullanan ve n sayıda eşit hücre sayısını seri olarak
kullanan tasarım modeli Denk. 4.11 (Middlebrooks ve diğerleri, 1982; Great
Lakes-Upper Mississippi Nehri Devlet Sağlık Gereçleri Kurulu, 1990; WEF /
ASCE, 1991) :
Yüzey alanının tahmini sıcaklık için düzeltilmiş Denk. 4.13'e dayanarak yapılır ve sonra sıcaklık Eşitlik 4.15 kullanılarak hesaplanır. Birkaç tekrarlamadan sonra, reaksiyon hızı katsayısını düzeltmek için kullanılan su sıcaklığı Eşitlik 4.15 ile hesaplanan değere uyduğunda, sistemdeki tutma süresinin seçimi tamamlanmıştır.
Havuz Konfigürasyonu Tam karışım hidrolik temelinde tasarlanmış bir havuzun ideal yapılandırması yuvarlak veya kare bir gölettir; bununla birlikte, kısmi karışık havuzlar
komple karışım modeli kullanılarak tasarlanmış olsa da, hücrelerin 3: 1 veya 4: 1 uzunluk- genişlik oranı ile yapılandırılması önerilir. Bu, kısmi karıştırma sistemlerinde hidrolik akış modelinin ek donanım koşullarına daha yakından benzediği kabul edildiği için yapılır.
Hücrelerin boyutları Denk. 4.16 kullanılarak hesaplanabilir:
KARIŞTIRMA VE HAVALANDIRMA
Kısmi karıştırmalı havuz sistemleri için oksijen gereksinimleri, gerekli güç girişini kontrol eder. Havuz sistemleri için oksijen gereksinimlerini tahmin etmek için birkaç rasyonel denklem mevcuttur (Benefield ve Randall, 1980; Gloyna, 1971, 1976; Metcalf & Eddy, 1991, 2003). Çoğu durumda, kısmi karıştırma sistemi
tasarımı, biyolojik oksijen gereksinimlerini tahmin etmek için sisteme giren BOD'ye dayanmaktadır. Gerekli oksijen transferi oranı hesaplandıktan sonra, ekipman imalatçılarının katalogları yüzey, helezoni veya hava tabancalı
havalandırıcılarla veya delikli boruların uygun aralıklarıyla tam oksijen dağılımı zonunu belirlemek için kullanılmalıdır. Gölet sistemlerinde kullanılan birçok
havalandırıcının birkaçının şematik taslakları Şekil 4.2'de gösterilmektedir. Şekil 4.2'de gösterilen havalandırma ekipmanlarının bazılarına ek olarak, kurulu havalandırma cihazlarının ek fotoğrafları da Şekil 4.3'te gösterilmektedir.
Denklem 4.17, oksijen transfer oranlarını tahmin etmek için kullanılır:
Bu güç gereksinimleri yaklaşık değerlerdir ve ekipmanın ön seçimi için kullanılır. Bu değerler, uygun ekipmanı seçmek için ekipman üreticileri kataloglarıyla birlikte kullanılır. Yüzey havalandırma teçhizatı soğuk iklimlerde potansiyel buzlanma
sorunlarına tabidir, ancak bu sorundan kaçınılması için birçok seçenek mevcuttur (bkz. Şekil 4.2 ve Şekil 4.3). Kabarcık delikli tüplerde iyileştirmeler yapıldı, ancak özenli bir bakım programı hala iyi bir politika. Geçmişte, bir takım topluluklar, özellikle sert sular alanında, deliklerin tıkanmasıyla karşılaştı ve düzeltme eylemi, HC1 gazı ile temizlenmeye ihtiyaç duydu. Bu kısmi karışımlı havalandırmalı havuz sisteminde tavsiye edilen son eleman, 2 günlük tutma süresi olan bir çökelme hücresidir.
KOMPLE KARIŞTIRILMALI HAVUZ SİSTEMLERİ Komple-karışım havuz sistemleri birçok konfigürasyona sahiptir, ancak çoğu
tasarım açısından benzerdir. Tam karışım konseptini kullanan çeşitli tiplere örnekler, yüksek performanslı havalandırmalı gölet sistemleri, gölet sistemlerinde azot giderimi, nitrifikasyon ve denitasyon için modifiye edilmiş yüksek performans
havalandırmalı lagün sistemleri, BIOLAC® prosesi ve Lemna sistemleri. Çoğu komple karışım sistemi, aşağıdaki paragraflarda küçük değişikliklerle sunulan denklemleri kullanarak tasarlanmıştır. Daha önce belirtildiği gibi, havalandırmalı lagün
sistemlerinin tasarımında artıklık gereksizliği eğilimi endişe vericiydi. Bir topluluk için mevcut olan seçenekleri kıyaslarken, havalandırmalı lagün sistemleriyle ilişkili işletim maliyetleri genellikle gözardı edildiğinde ya da gözden kaçındığından, gelecekteki bakım ihtiyacı için çok az düşünülmüş gibi görünüyor. Artıklık gerektirmeyen sistemlerin başlangıç maliyetleri açıkça çalışma sırasında esnekliği içeren sistemlere göre daha düşük ancak bakıma ihtiyaç duyulduğunda çevreye ve sahibine maliyet daha da artacaktır. Örnek 4.5'te yapılan bir incelemede, tam performanslı havalandırmalı havuz sistemleri tasarımı ile komple karışım tasarımının son üç hücresinde (Örnek 4.5) yeterli oranda çözünmüş oksijen verildiğinde aşağıda verilen komple karışım tasarımı arasındaki benzerlik ortaya çıkmaktadır Yönetim Kurulu. Bu, ikisinin de aynı olduğunu ima etmek değil sadece iki tasarım metodu arasındaki benzerliği göstermektedir.
Mara (1975) seri olarak eşit hacimli reaktörlerin sayısının eşit olmayan hacimlere göre
daha etkili olduğunu göstermiştir; Bununla birlikte, site topografyası veya bazı durumlarda, bazı durumlarda eşit olmayan hacimdeki hücrelerin oluşturulması gerekebilir.
4.4.1.1 Reaksiyon Hızı Sabitlerinin Seçimi
K değerinin seçimi, herhangi bir gölet sisteminin tasarımında kritik kararlardan biridir.
Reynolds ve Middlebrooks (1990) tarafından Colorado'da bulunan komple karışımlı havalandırmalı bir gölet sisteminin incelenmesine dayanılarak, 20 ° C'de (68 ° F) 2.5 d-1 tasarım değeri önerilir. Diğerleri tarafından daha yüksek değerler önerilir, ancak yüksek kC değerlerine sahip tasarımlar tasarım akışında da işe yaramamışken, bu kC değerine
dayanan tasarımlar tam tasarım yükünde iyi sonuç vermiştir. Çoğu durumda, tasarımcı devlet tasarım standartlarına göre sınırlandırılacak ve birçok durumda öngörülen
reaksiyon hızı 2,5 d-1 değerini aşacaktır.
4.4.1.2 Hücrelerin Sayısı
Tam karışımlı tasarım modelini kullanırken, serideki hücrelerin sayısı, belirli tedavi derecesini elde etmek için gereken havuz sisteminin boyutu üzerinde belirgin bir etkiye sahiptir.
Denklem 4.18'in düzenlenmesi ve t için çözülmesi, etkiyi gösterebilir:
HAVUZUN KONFİGÜRASYONU
Tam karışımlı hidrolik temelinde tasarlanmış bir havuzun ideal yapılandırması, dairesel veya kare bir havuzdur; Bununla birlikte tam karışımlı
havuzlar tam karışım modeli kullanılarak
tasarlanmış olsa da, hücrelerin 3: 1 veya 4: 1 uzunluk-genişlik oranı ile yapılandırılması önerilir.
Bunun nedeni, tam karışımlı sistemlerde hidrolik
akış modelinin ek donanım koşullarına çok yakın
olduğu bilinmesidir. Hücrelerin boyutları Denklem
4.23 kullanılarak hesaplanabilir:
KARTIRMA VE HAVALANDIRMA
Karıştırma gereksinimleri genellikle komple karışımlı havuz sistemleri için gereken güç girişini kontrol eder. Havuz sistemleri için oksijen gereksinimlerini tahmin etmek için birkaç rasyonel denklem mevcuttur (Benefield ve Randall, 1980; Gloyna, 1971, 1976; Metcalf & Eddy, 1991, 2003). Komple karışım sistemleri, biyolojik oksijen gereksinimlerini tahmin etmek için sisteme giren BOD'yi tahmin ederek tasarlanır ve daha sonra, tam karıştırma sağlamak için yeterli gücün mevcut
olduğundan emin olmak için kontrol edilir. Gerekli oksijen transferi oranını hesapladıktan sonra, yüzey imalatı, helezoni havalandırma zinciri veya hava tabancası havalandırıcıları veya delikli boruların uygun aralıkları ile tam karıştırma ve oksijen dağılımı alanını belirlemek için ekipman imalatçılarının katalogları kullanılmalıdır. Gölet sistemlerinde kullanılan birçok havalandırıcının birkaçının şematik taslakları Şekil 4.2'de gösterilmektedir. Şekil 4.2'de gösterilen havalandırma ekipmanlarının bazılarının resim ve çizimleri ile birlikte kurulan havalandırma ekipmanının ek fotoğrafları da Şekil 4.3'te gösterilmektedir. Denklem 4.24 oksijen transfer oranlarını tahmin etmek için kullanılır:
Sistem gereğinden fazla tasarlanmış, bu nedenle bir başka yineleme yapmak ve bazı reaktörleri değiştirmek gerekiyor. Bir başka olasılık, seri hücrelerin sayısını azaltmaktır. Birçok kombinasyon tatmin edici bir çözüm getirir.
Hidrolik kalış süresinin 1 günün altına düşürülmesi önerilmez ve 1.5 gün tercih edilir. Reaktörlerin küçük olması nedeniyle, komple karışım koşullarını korumak için gerekli olanlardan BOD azaltımı için daha fazla
havalandırma gücü gereklidir; Normalde tersi doğru olur.
ANAEROB HAVUZLAR
GİRİŞ Anaerob lagünler veya havuzlar, belediye, tarım ve endüstriyel atık suyun arıtımı için kullanılmıştır. Anaerob lagünlerin birincil işlevi, atıksuyun içerdiği yüksek organik katıların konsantrasyonunu dengelemek ve yüksek kaliteli bir etki yaratmak değil. Çoğu kez anaerob lagünler havalandırmalı veya fakültatif lagünlerle seri olarak çalıştırılır. Üç hücreli bir lagün sistemi, tasarım ömrü boyunca istikrarlı, yüksek kaliteli bir etki sağlayabilir. Anaerobik bir lagünün düzgün tasarımı ve işletilmesi, organik atık maddeyi stabilize eden biyolojik reaksiyonları göz önünde bulundurmalıdır. Oksijenin olmaması durumunda, çözünmeyen organik maddeler, çözünür organikleri (yani, glikoz, sellobiyoz, ksiloz gibi karbonhidratlar) oluşturmak üzere hücre dışı enzimler tarafından hidroliz edilir. Çözünür karbonhidratlar biyolojik olarak uçucu asitlere dönüştürülür. Bu organik (uçucu) asitler ağırlıklı olarak asetik, propiyonik ve bütiriktir. Çözünür organik molekülleri kısa zincirli organik asitlere dönüştüren fakültatif organizmalar grubu, asit oluşturucular veya asit üreticileri olarak bilinir. Ortaya çıkan bir sonraki ardışık biyokimyasal reaksiyon, organik asitin, metan oluşturucular veya metan üreticileri olarak bilinen sıkı, anaerobik bakteriler grubu tarafından metan ve karbondiokside dönüştürülmesidir. Karbonhidratın organik asitler oluşumu ile bakteri hücrelerine anaerobik bozunması şu şekilde gösterilebilir:
Yeterli tampon mevcut değilse, pH üçüncü reaksiyonu engelleyecek şekilde azalacaktır. Faktatif asit üreticileri, pH değeri, ağır metaller ve sülfür gibi çevresel çevre faktörlerine karşı hassas değildir. Asit oluşturucular normal olarak sistemde çok miktarda bulunur ve hız sınırlayıcı adım değildir. Anaerobik
sindirimde hız sınırlayıcı adım metan fermantasyon sürecidir. Metan üreten bakteriler, pH değişiklikleri, ağır metaller, deterjanlar, alkalinite değişiklikleri, amonyak azot konsantrasyonu, sıcaklık ve sülfür gibi faktörlere oldukça duyarlıdır. Ayrıca, metan fermente eden bakterilerin büyüme oranı yavaş. Metan
fermantasyonunu etkileyen çevresel faktörler Tablo 4.6'da gösterilmektedir. Buna ek olarak, Kotze ve ark.
(1968), Chan ve Pearson (1970), Hobson ve ark. (1974), Ghosh ve ark. (1974) ve Ghosh ve Klass (1974),
hidroliz basamağının partiküllerin ve selülozik beslemelerin sindiriminde hız sınırlayıcı olabileceğine dair bazı kanıtlar sunmaktadır. Anaerob lagünlerin tasarımı ve işletilmesi, süreci yönlendiren temel biyokimyasal ve kinetik ilkeler üzerine kurulmalıdır. Bununla birlikte, çoğu anaerob lagün ampirik olarak tasarlanmıştır.
Anaerob lagünlerle ilişkili önemli bir sorun, kokuların üretilmesidir. Koku oluşumuna neden olan uçucu
organik bileşiklerin oksidasyonu için yüzeyde aerobik bir bölge sağlanarak kokular kontrol edilebilir. Aerobik havuzdan ana anaerobik havuza devridaim, anaerobik havuzun üzerine yerleşen ve sülfür kokuları okside eden aerobik havuz etkisinden çözünmüş oksijen sağlayarak kokuları hafifletir (Oswald, 1968). Anaerobik proseslerin oksijenle temastan kaçınmak için, atıksuların girişi, anaerobik havuzun ortasındaki çukurun Şekil 4.5'te gösterildiği gibi bir miktar biriken bir odaya sokulabilmektedir (Oswald, 1968). Katkı maddesinin aktif anaerobik çamur ile karıştırılması BOD giderme etkinliğini artıracak ve kokuları azaltacaktır (Parker ve
diğerleri, 1968).
Daha önce belirtildiği gibi, anaerob lagünlerin amacı, organik maddenin
parçalanması ve stabilizasyonu olmuştur. Su arındırma,
anaerob lagünlerin birincil işlevi değildir. Anaerob lagünler,
müteakip arıtma ünitelerinde organik yükleri azaltmak için çökeltme havzaları olarak kullanılırlar. Belediyenin
anaerob lagünlerinin dizaynı ile ilgili genel bir derleme
aşağıdaki metinde sunulmuştur.
TASARIM
Anaeropik stabilizasyon havuzlarının tasarımına en iyi yaklaşım konusunda herhangi bir mutabakat yok. Sistemler, yüzey
yükleme hızı, hacimsel yükleme hızı ve hidrolik alıkonma zamanı temel alınarak tasarlanmıştır. Sık sık yapılsa da, yüzey yüklenme oranına dayalı tasarım muhtemelen yanlıştır. Doğru tasarım hacimsel yükleme hızına, sıvının sıcaklığına ve hidrolik tutma
süresine dayanmalıdır. Dünyada kullanılan bölgesel yük oranları Tablo 4.7'de gösterilmektedir. Havuz hacminin ortalama
derinliğine bölünerek ve birimlerin uygun grubuna dönüştürülmesi ile hacimsel yükleme oranlarını yaklaştırmak mümkündür. Bu yükleme oranlarına dayanarak, anaerobik havuzlar için tasarım yükleme hızında çok az bir tutarlılığın olduğu açıktır. Sıcaklığın 22 ° C'yi aştığı iklimlerde, aşağıdaki tasarım kriteri,% 50 veya daha iyi bir BOD5 giderme sağlamalıdır (DSÖ, 1987):
• D3 başına m3 başına 300 g BOD5'e kadar hacim yüklemesi
• Yaklaşık 5 dk'lık hidrolik tutma süresi
• 2,5 ila 5 m arasındaki derinlik
Soğuk iklimlerde, 50 d kadar büyük gözaltı süreleri ve BOD5'te% 50 azalma elde etmek için, m3 başına 40 g BOD5 kadar düşük hacim yükleme oranları gerekebilir. Sıcaklık, alıkonma zamanı ve BOD azalması arasındaki ilişkiler Tablo 4.8 ve Tablo 4.9'da gösterilmektedir. Anaerobik lagünlerin tasarımı için en iyi yaklaşımlardan biri Oswald (1996) tarafından sunulmuştur. Gelişmiş fakültatif havuz tasarımında Oswald, fakültatif havuzda derin anaerobik bir havuz barındırıyor. Anaerobik havuz tasarımı, havuzdaki su sıcaklığına bağlı olarak değişen organik yükleme hızlarına dayanıyor ve ayrı anaerobik kazıcıların tasarımında kullanılan yöntemlerden biri olan kişi başına sağlanan anaerobik havuz hacmini belirleyerek tasarım kontrol edilir. Bu tasarım yaklaşımına bir örnek,
Tasarım debisi = 947 m3 /d.
Giriş BOD = 400 mg/L olarak verilir.
Çıkış BOİ değeri = 50 mg/L.
Kanalizasyon nüfusu
= 6000 kişi.
maksimum dip su sıcaklığı = 20 ° C.
su sıcaklığı = 10 ° C.
YÜKSEK PERFORMANSLI HAVALANDIRMALI HAVUZ SİSTEMLERİ (RICH TASARIM)
Rich (1999) tarafından tanımlanan yüksek performanslı havalandırmalı havuz sistemi (HPAPS) literatürde sıklıkla çift güçlü çok hücreli (DPMC) bir sistem olarak adlandırılmıştır. Sistem seri olarak iki havalandırmalı havzadan oluşur. Sistemden önce büyük katıları
uzaklaştırmak için kullanılan ızgaralardır. Biyolojik dönüşüm ve flokülasyon için bir reaktör havzası, sedimantasyon, katıların stabilizasyonu ve çamur depolamaya özgü bir çökelme havzası tarafından takip edilir. Alglerin büyümesi, sınırlı hidrolik alıkonma süresi ile kontrol edilir ve çökelme havzasını seri hücrelere böler. Dezenfeksiyon tesisleri, yerleşim havzasını takip etmektedir (Şekil 4.6). Hem reaktör bölümünde hem de çöktürme havzasında havalandırma sağlanır. Reaktörde havalandırma, katıları asılı tutmak için yaklaşık 6 W / m3'lük bir
seviyede sağlanır ve minimum 1,5 günlük hidrolik alıkonma süresi gereklidir. Küçük sistemlerde reaktör ve çökelme havzası aynı topraklı havzaya yerleştirilebilir; Bununla birlikte, büyük sistemlerde, reaktörü ayrı bir havza içine koymak en iyisidir. Ayrı bir havza kullanmak, sistemin nitrifikasyon ve denitrifikasyon içermeyecek şekilde değiştirilmesini kolaylaştırır. (Nitrifikasyon ve denitrifikasyon, başka bir bölümde ele alınacaktır.)
Reaktör havuzları genellikle Monod kinetiği kullanılarak ancak minimum hidrolik alıkonma süresi 1.5 gün ile tasarlanmıştır. Rich (1999) reaktörü tasarlarken bir güvenlik faktörünün kullanılmasını önermektedir, çünkü çöktürme havuzu, reaktörde beklenen süreyi tahmin etmek için yapılabilecek herhangi bir hatayı telafi etmek için yeterli bekleme süresi sağlamaktadır. Yerleşim havzasındaki havalandırma 1.8 W / m3'ü aşmamalı ve plastik bölücülerle kurulan hücreler arasında eşit olarak dağıtılmalıdır. Çökeltinin üst kısmında aerobik bir su sütunu ve aerobik bir tabaka bulunduğundan çökelme havzasındaki havalandırma önemlidir, bu nedenle azaltılmış bileşiklerin
çamurdan su sütununa geri beslemesini en aza indirgeyerek kokuları ortadan kaldırır ve alt katıların tekrar süspansiyonunu azaltır . Havalandırma, yosunların oluşabileceği ve büyüyebileceği ölü alanları azaltan bir karıştırma sağlar. Gece saatlerinde biriken büyük miktarlarda solunum karbondioksit atmosfere tükenir ve ışık elde edildiğinde alglerin kullanması için uygun değildir. Havalandırma,
yerleşilebilir katıların çökelmesine izin verecek bir seviyede olmalıdır. Gazlaştırılmış lagün sistemleriyle ilgili problemler, atık sularda 100 mg / L'nin altında karbonlu biyolojik oksijen ihtiyacı (CBOD5) konsantrasyonlarında arıtılması durumunda ortaya çıkabilir; çünkü pek az
çökeltilebilir katı madde üretilebilir. Atık su önceden hazırlandığında bu özellikle bir problem oluşturmaktadır. Okullarda ve mevsimlik rekreasyon alanlarında HPAPS uygulamasından kaçınılmalıdır. Bu operasyonlarda, lagün hacimleri genellikle yeterli derinliği sağlamak için çok küçüktür; 3: 1 yan yamaçlara sahip ticari olarak temin edilebilen havalandırıcılar çökelme havzasında kullanılamayacak kadar büyüktür ve akış kesintili olup, uzun hidrolik saklama sürelerine ve aşırı alg büyümesine neden olur. HPAPS sistemi için tasarım prosedürleri mevcuttur (Rich, 1999).
PERFORMANS VERİSİ
HPAPS sistemleri için çeşitli performans verileri verileri mevcuttur, ancak bunların hepsi Güney Carolina ve Gürcistan gibi hafif iklimlerde olan yerler içindir.
Muhtemelen sürecin daha şiddetli iklimlere sahip bölgelerde tanıtıldığı ve bu veriler daha şiddetli iklimlerde tasarım yapmak için kullanılmalıdır. Güney
Carolina, Berkeley County'deki DPMC sistemi için performans verileri Şekil 4.7'de sunulmuştur. Figürdeki veriler 6 yıllık bir çalışma içindir, ancak Rich (2000)
internet üzerinde benzer sonuçlar veren ek bir 3 yıl veri sundu. Sistem, 9 yıldan uzun süredir çalışıyordu. Performans, birkaç yıl istisnaaz olmuştur, ancak çamur giderimi verileri mevcut değildir. Havalandırma sisteminin sürekli çalışması, Şekil 4.7 ve Şekil 4.8'de gösterildiği gibi maksimum etkinliği sağlamak için şarttır. Şekil 4.7'de gösterilen Berkeley İlçesi performans verileri sürekli havalandırma ile elde edilirken Güney Carolina'da da bulunan benzer bir sisteme ait performans
verileri aralıklı havalandırma koşulları altında elde edildi (zamanın% 50'si
operasyon). Sürekli havalandırma ile yapılan sonuçlar yaklaşık% 50 oranında
geliştirildi.
Güney Carolina, Kuzey Myrtle Sahili'nde bulunan Ocean Drive fabrikasında aralıklı bir kumlu filtre takiben bir DPMC sistemi (tasarım akışı = 3.4 mgd veya 12.870 m3 / gün) 12 yıldan beri hizmet vermektedir ve çok iyi performans göstermiştir. Şekil 4.9'da gösterilmiştir. Sistemin akış diyagramı Şekil 4.10'da gösterilmektedir. Son etki TSS konsantrasyonları 15 mg / L'yi geçmemiştir.
Sadece efekt verileri mevcuttur; Bununla birlikte, Ekim 1997'de USEPA, Bölge 4, DPMC gazlandırılmış lagünlerden iki 24 saatlik kompozit numune topladı.
Bu değerlendirmeden elde edilen veriler Tablo 4.10 (Zengin, 1999) 'da
sunulmakta ve örnekleme yerleri Şekil 4.10'da gösterilmektedir. Benzer bir bitki olan Güney Carolina Myrtle Sahili'ndeki Crescent Plajı, Şekil 4.11'de
gösterildiği gibi iyi performans gösterdi. DPMC sistemleri düzgün bir şekilde tasarlandığında ve çalıştırıldığında, takdire değer bir şekilde performans gösterir.
İLERİ ATIK SU HAVUZ SİSTEMLERİ®
Gelişmiş Entegre Atıksu havuz Sistemleri (AIWPS®), University of California, Berkeley'de ve diğer yerlerde Dr.
William J. Oswald tarafından 50 yıllık bir araştırma döneminde geliştirildi. Araştırma ve işletme deneyiminin çoğunluğu ılıman iklimli alanlarda elde edilmiştir. AIWPS®'in en büyük avantajı, çamur atma ihtiyacının ortadan kaldırılması veya büyük ölçüde azaltılması gibi görünüyor. California'daki tesis, 30 yılı aşkın bir sürede birincil çamur atmak zorunda değildi. Ilıman iklim koşullarındaki diğer tesisler çamur atılmasında benzer deneyimler yaşamıştır. Erken endikasyonlar, soğuk iklimlerde derin çamur çukurlarının kullanılması katılarda belirgin düşüşler sağlayacağına işarettir. Derin çamur çukurlarına sahip soğuk iklimlerde bulunan sistemlerin örnekleri aşağıda sunulmuştur. Sistemin diğer bir avantajı, çamur battaniyesinin toksik maddeleri adsorbe etme kabiliyetidir. Zehirlilik testleri, AIWPS®'in belediye ve endüstriyel atık suların birçoğundan
gelen ve çoğu düzenlemeyi karşılayacak bir etki yarattığını göstermiştir. AIWPS®'i kurmak ve işletmek için kullanılan masraflar, geleneksel atıksu arıtma proseslerinden çok daha düşüktür. Oswald (1996), Hollister, California'nın sisteminin inşa edilme maliyetinin yaklaşık üçte birine mal olmasının yanı sıra yakınlarda
bulunan benzer bir mekanik tesis olarak çalışacak kadar bir maliyetin bir fırsata sahip olduğunu bildirmiştir.
Sistem 25 yılı aşkın bir süredir kullanımda. Süreç ve operasyonel verilerle ilgili bilgiler aşağıdaki referanslarda
bulunabilir: Oswald (1990a, b, 1995, 1996, 2003), Oswald ve diğ. (1994), Green ve diğ. (1995), Nurdogan ve
Oswald (1995), Green ve diğ. (1995, 1996, 2003), USEPA (2000) ve Downing et al. (2002).
Hotchkiss, Kolorado
Colorado, Hotchkiss atık su arıtma tesisi, yüksek oranlı yuvarlanma sistemi olmayan bir AIWPS® sistemine benzemektedir. Bu bölümde ele alınsa da, bu bir tescilli sistem değildir. Bu tesis, Colorado, Grand
Junction'un yaklaşık 97 kilometre doğusunda, deniz seviyesinden 5300 feet (1616 m) yükseklikte yer almaktadır. Yaklaşık 800 kişiye hizmet veriyor. Tesis Ekim 1997'de çevrimiçi duruma geçti. Yıllık ortalama
sıcaklık yaklaşık 10 ° C (50 ° F). kış sıcaklıkları -20 ° F (-29 ° C) kadar düşüktür ve yaz sıcaklıkları 90 ve 100 ° F (32 ve 38 ° C) arasındadır. Yıllık yağış ortalamaları 33 inç (33 inç) suyun birçoğunu, çoğu ilkbahar karları, geç yaz akşamları yağmurlar şeklinde ve sonbaharda fırtınalar şeklinde görür. Arıtma tesisinin özelliklerinin bir özeti, Colorado Deşarj İzninden çıkarıldı ve Tablo 4.11'de sunuldu ve Colorado Eyaleti tarafından istenen etki sınırları Tablo 4.12'de özetlendi. Arıtma tesisinin akış diyagramı Şekil 4.12'de gösterilmektedir. Anaerobik havuzun, ilk fakültatif havuz içerisinde yer almak yerine, havalandırmalı havuzlardan önceki ayrı bir havuz olduğunu, sistem geleneksel AIWPS®'den farklıdır. Ekim 1997'den 2000'e kadar olan performans verileri Tablo 4.13'te özetlenmiştir. Sistem, Şekil 4.13 - Şekil 4.17'de gösterildiği gibi, 3 yıldan fazla bir süredir iyi çalışıyor;
Bununla birlikte, tesise giren akış hızı, 0.494 mgd (1870 m3 / d) tasarım akışının yaklaşık% 35'idir (Şekil 4.16).
Maksimum akış hızı, bazen 0,3 mgd'yi (1136 m3 / d) aşmaktadır. 3 yıldan fazla süren operasyonda, BOD5
çıkarma işlemi% 92.9, TSS giderimi% 88.7 ve NH3-N giderimi% 79.8 olarak gerçekleşti. NH3-N giderme, 1999
yılında 1.78 mg / L'lik ortalama etki konsantrasyonu ile bitki olgunlaştıkça önemli ölçüde gelişmiştir (Şekil
4.14). 1999'da, etkinlik NH3-N, şubatta 5.8 mg / L'den Haziran'da 0.43 mg / L'ye değişmiştir. Şekil 4.15'te
gösterildiği gibi NH3-N giderme, efektif su sıcaklığı ile yakından ilişkilidir.
Dove Creek, Kolorado
Dove Creek, Cortez, Colorado'nun yaklaşık 30 mil (48 km) kuzeyinde, deniz seviyesinden 6750 feet (2060 m) yükseklikte bulunur. Bu bölümde listelenmiş olsa da, tescilli bir sistem değildir. Hava sıcaklıkları 0 ° F (-18 ° C) ila 90 ° F (> 32 ° C) arasında değişir. Atıksu arıtma tesisi ortalama tasarım akış hızı 60.000 gpd (227 m3 / d) olan yaklaşık 700 kişiye hizmet vermektedir. Sistem, günde 0.115 mgd (435 m3 / gün) ve 288 lb (131 kg / gün) BOD5 tasarım akışına izin verilir. Sistem, Hotchkiss, Colorado, tesise benzemektedir ve aerated hücrelerden önce bir anaerobik havuza sahiptir ve bunu bir serbest su yüzeyi ıslak alanı izlemektedir. Fermantasyon çukurunun plan görünümü ve kesit görünüşleri sırasıyla Şekil 4.18 ve Şekil 4.19'da gösterilmektedir.
Fermantasyon çukuru toplam hacmi 31.947 ft3 veya 239.123 galon (905 m3) 'dür.
BIOLAC® PROCESS (EARTHEN PONDS'DA AKTİF Çamur) ABD Çevresel Koruma Ajansı, 1990 yılından itibaren BIOLAC®
süreçlerinin durumunun mükemmel bir özetini yayınladı (USEPA, 1990). İlgili rapordan ilgili bilgiler çıkarıldı ve aşağıdaki metin, şekil ve tablolarda sunuldu. Ek bilgi Parkson Corporation tarafından sağlanmıştır. Rapor yayınlandıktan sonra, Amerika'da ve dünyada 600'den fazla BIOLAC® sistemi kuruldu. USEPA (1990) tarafından sunulan bilgilerin birçoğu, bitkilerin çoğu için nispeten kısa bir işletme süresinden sonra elde edildi; Bu nedenle, daha önce örneklenen tesisler için veritabanını değerlendirmek ve 1990 raporundan bu yana inşa edilen tesislerden gelen verileri içermesi önemlidir.
BIOLAC® Prosesleri
BIOLAC® prosesleri çeşitli varyasyonlara sahiptir. Temel işlemler, katıların devridaimi yapılmaksızın havalandırmalı aktif çamur uzatılmış haldedir. Üç temel sistem, katıların geri dönüştürülmesi ile geniş havalandırma süreci olan BIOLAC-R; katıların geri
dönüşümü olmaksızın havalandırmalı bir lagün sistemi olan BIOLAC-L sistemi; ve atık suyun nitrifikasyonu ve denitrifikasyonu için kullanılan BIOLAC Dalga-Oksidasyon modifikasyonu. Bu sistemlere ek olarak, yukarıdaki süreçlerde kullanılan
havalandırma havalandırma zincirleri mevcut lagün sistemlerine yükseltme olarak kurulmuştur.
BIOLAC-R Sistemi Şekil 4.20'de gösterilen BIOLAC-R sistemi, topraklı dolgular veya diğer yapı türleri içerisinde çalışan geniş bir havalandırma işlemidir. Önerilen tasarım kriterleri Tablo 4.14'te
gösterilmektedir. Konservatif tasarım parametreleri kullanılır ve yüklemeler tipik olarak 1000 ft3 (0.11 ila 0.16 kg / m3) havalandırma havuzunda günde 7 ila 12 lb BOD5, gıdadan mikroorganizma oranına kadar 0.03 ila 0.1 lb BOD5 per lb karışık likör uçucu askıda katılar (MLVSS) (0.014-0.045 kg / kg). USEPA raporunda (1990) bildirilen 25 BIOLAC-R bitkisinin ortalama yükleme hızı, d.MG için 975 lb BOD5 veya 1000 ft3 veya 0.1168 kg / m3 başına 7.3 lb BOD5 idi. Havalandırma havzası hacmi ve BIOLAC-R bitkileri için kullanılan difüzör sayısı arasındaki ortalama ilişki, 1350 scfm / MG (0.01 scm / dak / m3) hava akış hızı veya 3.5 scfm / difüzör ile 385 difüzör / MG idi. 25 BIOLAC-R tesisindeki gerçek işletim gücü, tamamen nitrür edilmiş etki için ortalama 45 hp / MG (34 kW / MG) idi.
Ortalama beygir gücü kullanımı diğer komple karışım sistemlerinden önemli ölçüde farklı değildir.
Hidrolik tutma süreleri, katı tutma süreleri 30 ila 70 d arasında 24 ila 48 saat arasındadır. Birincil ve birincil tedavi normal olarak sağlanmamıştır, ancak içeriğin taranması arzu edilir. Havalandırma havuzlarındaki derinlikler, 8 ila 20 ft (2,5 ila 6,1 m) aralığındadır ve alt katlar retrofitlerde bulunur veya derin yapının pratik olmadığı yerlerde bulunur. İntegral berraklaştırıcılar, havalandırma tanklarına geri dönüş için en katı katı ayrıştırma şeklidir; Bununla birlikte, bazı sistemlerin klasik berraklaştırıcıları vardır (Bowman, 2000). Düşük çamur üretimi nedeniyle nispeten küçük bir atık çamuru deposu sağlanmaktadır.
BIOLAC-L Sistemi BIOLAC-L sistemi, katıların geri dönüşümü ve atık çamuru havuzu olmadan tipik bir içten havalandırmalı lagünün varlığıdır. Akış diyagramı, berrak ve çamur havuzu olmadan Şekil 4.20'de gösterilen akış diyagramı ile aynıdır. BIOLAC-L sisteminin tasarımı normalde hidrolik tutma süresine dayanır ve değerler 6 ila 20 gün arasında değişir. 1000 ft3 (0.008 - 0.029 kg / m3 · d) başına 0.5 ila 1.8 lb BOD5 eşdeğer yükleri kullanılır. BIOLAC-L sistemi için gerekli polisaj havuzu, 2 ila 4
günlük bir hidrolik tutma süresine sahiptir. Parlatma havuzunda çamur depolaması ve ayrışma meydana gelir.
Dalga-Oksidasyon Modifikasyonu Karbon oksidasyonu ve nitrifikasyon / denitrifikasyon, Bu BIOLAC-R sistemi, düşük çözünmüş oksijen
konsantrasyonlarında çalışır ve her havalandırma zincirinde hava akış hızının otomatik kontrolü sağlar. Hava akışı havalandırma havuzunda birkaç hareketli oksik ve anoksik zon oluşturacak şekilde değiştirilir. Bu modifikasyon azot giderimi için başarıyla kullanılmıştır.
Katı Madde Taşıma BIOLAC-R sistemi ile entegre bir berraklaştırıcı kullanılır, ancak bazen konvansiyonel berraklaştırıcılar kullanılır. BIOLAC-L sistemleri, katıların ayrılması ve depolanması için bir arıtım havuzunun kurulumunu gerektirir. Bütünleşik havuzun kesit görünümü Şekil 4.22'de gösterilmiştir.
Entegre havalandırma havuzunda inşa edilmiş ancak havalandırma bölümünden bir bölme duvarı ile ayrılmıştır. Akış, kısa devreyi en aza
indirgemek için bölme duvarının tüm uzunluğu boyunca alt kısım boyunca berraklığa girer. Bir yanan çamurun konsantre hale getirilmesidir. Çamur dönüşü ve atıklar hava kaldırma pompasıyla çıkarılır.
BIOLAC-L Çöktürme Havuzu:
Bir gün minimum hidrolik alıkonma, normalde havuzun havasız bölümünde sağlanır. Çöktürme havuzunun durgun bölgesinde 1 ila 20 yıla kadar çamur depolaması sağlanmaktadır. Anaerobik koşullar altında% 40 ila% 60 daha fazla çamur bozunumu oluşur.
Performans verisi: 13 BIOLAC® sistemi için ortalama performans verileri Tablo 4.15'te, aylık performans verileri USEPA (1990) raporunda mevcuttur. Virginia'daki Fincastle'de bulunan tesisin tamamı BIOLAC-R sistemleri. Arkansas Piggot'taki bitki istisna olmak üzere tüm sistemler 30 mg/L BOD5 ve TSS ikincil standartlarını karşılayan bir etki yarattı. Bu bitkilerin çoğu yalnızca birkaç ay boyunca çalışıyordu, bu nedenle veriler uzun vadeli performansın göstergesi olabilir veya olmayabilir. Colorado Sağlık ve Çevre Bölümü'yle birlikte Richard H.
Bowman (2000), Colorado'daki BIOLAC® sistemlerinin yıllarca gerekli olduğu yerde ikinci standartları ve amonyak azot giderme
gereksinimlerini karşıladığını bildirmiştir. Parkson Corporation (2004) Nevada, Ohio, BIOLAC® sisteminin (100.000 gpd) 4.1 mg / L BOD, 6.9 mg / L TSS ve 0.7 mg / L NH3-N içeren 2 yıllık ortalama verim ürettiğini bildirmiştir. Parkson Corporation'dan edinilebilecek ek veriler, 10 mg / L'den az BOD ve TSS konsantrasyonlarını, 1.0 mg / L'den az amonyak azot konsantrasyonlarını ve toplam azot konsantrasyonunu 8 mg / L'den az gösterir.
Operasyonel Sorunlar:ABD Çevre Koruma Ajansı (USEPA, 1990) çeşitli BIOLAC® bitkilerinde karşılaşılan sorunların bir özetini sundu. Bu zorluklar, tipik mekanik arızalar ve berraklaşmış yağda aşırı yağ ve gres bulunan aşırı kir ve çamur gibi gözükmektedir. Sorunların çoğu, rutin bakımlarla düzeltilebilir gibi görünüyor.
LEMNA SİSTEMLERİ: Lagün atıksu arıtma sistemlerinde duckweed kullanımı ile ilgili çok sayıda referans, 1970'lerin başına kadar
uzanmaktadır; ancak bu tartışma, Lemna Technologies, Inc. tarafından üretilen mülkiyet sürecinin uygulanması ile sınırlıdır (Culley and Epps, 1973; Reed ve ark., 1995; Wolverton ve McDonald, 1979; Zirschky ve Reed, 1988). Lemna Technologies, atıksu arıtımı için iki temel sistem sunmaktadır: bölme bölmelerinin havuzları yüzeye eşit şekilde dağıttıkları Lemna duckweed sistemi ve LemTec ™ Biyolojik Arıtma İşlemi. Bu temel ünitelere ek olarak, şirket, LemTec ™ Modüler Kapak Sistemi, Lemna Cila Reaktörü, LemTec ™ C-4 Klor Temas Odası Temizleyicisi, LemTec® Anaerobik Lagün Sistemi ve LemTec ™ Gaz Toplama Kapağı üretmektedir. Lemna Technologies, yakın tarihli bir basın bülteninde, 150'den fazla belediye ve sanayi kurulumunun dünya çapında var olduğunu bildirdi; 150 tesisin düzenli lemurna ve biyolojik arıtma proses sistemleri ile üretilen diğer sistemleri içerdiğini varsayıyoruz.
Lemna su mercimeği Sistemi
Su mercimeği sistemi mevcut fakültatif veya havalı lagün sistemin retrofit işleminde kullanılabilir veya orijinal bir tasarım olabilir. Orijinal bir tasarım, düzenli fakültatif veya gazlı lagün, sistemin hidrolik sistemini iyileştirmek için su mercimeğive baf fleslerinin kümelenmesini
önlemek için bir engel bariyeri de dahil olmak üzere Lemna sistem bileşenleri tarafından seri olarak takip edildi. Bu temel bileşenleri, gerekirse dezenfeksiyon ve su mercimeği örtüsünün altında anaerobik olan efüzyonun yeniden sağlanması takip eder. Tipik bir Lemna sistem tasarımı için bir diyagram ve akış şeması Şekil 4.23'te gösterilmiştir (Lemna Technologies, Inc., 2000). Lemna sistemi, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Gürcistan'dan Kuzey Dakota'ya ve Avrupa'daki Polonya'da olmak üzere çeşitli yerlere kurulmuştur. Bu sistemlerin
birkaçının akış diyagramları Şekil 4.24'te gösterilmektedir. Lemna sisteminin düzgün çalışabilmesi için duckweed'i düzenli olarak hasat etmek gereklidir. LemTec ™ hasat makineleri, su mercimeğinin eşit dağılımını sağlamak için hava boşluğu bariyer ızgarasını kullanan havuzlarda kullanılabilir (Şekil 4.25). Hasat makineleri, hava boşluğuna bastırarak ve su mercimeği su yüzeyinden çıkararak çalışırlar.
Lemna sisteminden hasat edilen biyolojik kütük, kara yosununun karaya uygulanması, ördek otunun kompostlanması veya pelet halinde yem üretimiyle yönetilebilir. Arazi uygulaması dışında, bu yönetim yöntemleri pahalı olabilir ve bu iki seçeneğin ekonomik fizibilitesini
değerlendirmek için ek veriler gereklidir.
4.10.3.2 Performans Verileri Lemna tarafından bildirilen tipik bir performans verileri özeti Tablo 4.16'da gösterilmektedir. Şekil 4.24'te gösterilen sistemler için de benzer efektif kalite rapor edilmektedir. Buddhavarapu ve Hancock (1989), Kuzey Dakota, Devils Gölü ve DeRidder, Louisiana'da bulunan iki pilot ölçekli Lemna sisteminin performansını bildirdiler. DeRidder sistemi Ekim 1988'den Aralık 1989'a kadar işletildi ancak Devils Lake tesisi için çalışma süresi yalnızca 3 ay oldu. Pilot ölçekli sistemler, her iki tesiste ortalama BOD5
konsantrasyonları 10 mg / L'nin altında olan iyi kalitede bir etki üretti. TSS konsantrasyonları her iki yerde 20 mg / L'den az idi. Her iki yerde de toplam Kjeldahl azotu (TKN) 5 mg / L'nin altında idi. Devils Lake pilot tesisi TP konsantrasyonlarının 1 mg / L'nin altında olduğunu
bildirdi; Bununla birlikte, sistem yılın sıcak aylarında yalnızca 3 ay boyunca arıtılmıştır.
4.10.3.3 LemTec ™ Biyolojik Arıtma İşlemi LemTec ™ Biyolojik Arıtma İşlemi, ördek otunu korumak için bir mat yerine sistemi tamamen kapsamak için LemTec ™ Modüler Kapağı kullanır (Şekil 4.26). Bu süreç hala bir dizi aerobik hücreden oluşan, anaerobik çökeltme havuzundan oluşan lagün temelli bir işlem süreci. Serilerdeki hücreler tam karışımlı havalı reaktör, kısmi karıştırmalı havalandırmalı bir reaktör, bir anaerobik çöktürme havuzu ve bir Lemna arıtma reaktöründen oluşur. Arıtım reaktörü havalandirilir ve BOD ve NH3-N indirgemesini takviye altına alan, birleştirilmiş büyüme ortam modüllerine sahiptir. Her 5 ila 12 yılda çökeltme havuzundan çamurların uzaklaştırılması gerekecektir. Temizleme sıklığı, iklim ve atık suyun kirliliği ile değişir.
LAGÜNLERDE AZOT GİDERİMİ
GİRİŞ: Lagünü sistemlerinin BOİ ve askıdaki katıların uzaklaştırılma kapasitesi makul ölçüde belgelenmiştir ve güvenilir tasarımlar mümkündür;
Bununla birlikte, atık su lagünlerinin azot giderme kabiliyeti yakın zamana kadar sistem
tasarımlarında çok az dikkate alınmıştır. Birçok durumda nitrojen giderimi kritik olabilir, çünkü düşük konsantrasyonlarda amonyak azotu alıcı sulardaki bazı gençleri olumsuz etkileyebilir ve yüzey sularına azot ilavesi ötrofikasyona neden olabilir. Buna ek olarak, azot çoğu zaman arazi işleme sistemlerinin tasarımı için kontrol
parametresidir. Ön lagün ünitelerindeki azot giderimi arazide çok önemli tasarruflara ve arazi arıtma sahası maliyetlerine neden olabilir.
Aşağıdaki bölümlerde azot giderimi için
geliştirilmiş olan birkaç geleneksel ve ticari ürün açıklanmaktadır.
FAKÜLTATİF SİSTEMLERİ:
Akarsu, göl, baraj gölü ve atık su lagünden azot kaybı yıllardır gözlemlenmiştir. Lagün sistemlerinde azot kaybı ile ilgili geniş kapsamlı veriler 1980'li yılların başına kadar bu konunun kapsamlı bir analizi için yetersizdir ve kaldırma mekanizmaları
konusunda herhangi bir anlaşmaya varılamamıştır. Çeşitli araştırmacılar, alg alımını, çamur çökelmesini, alt topraklarda adsorpsiyonunu, nitrasyonunu, denitasyonunu ve atmosfere gaz olarak amonyak kaybı (buharlaşma) önerdi. Pano ve
Middlebrooks (1982), USEPA (1983), Reed (1984) ve Reed ve ark. (1995), faktörlerin bir kombinasyonunun sorumlu olabileceğini, uygun koşullar altında dominant mekanizmanın Şekil 4.28'deki okların nispi boyutuna göre atmosferde buharlaşma kayıpları olduğunu ileri sürmektedir. ABD Çevresel Koruma Ajansı, 1970'lerin sonlarında, fakültatif atıksu lagünü sistemlerine ilişkin kapsamlı araştırmalara destek verdi (Bowen, 1977; Hill and Shindala, 1977; McKinney, 1977; Reynolds ve diğerleri, 1977). Bu sonuçlar,
gölgelik sistemlerinde belirgin azot gideriminin gerçekleştiğini doğrulamıştır. Bu çalışmalardan elde edilen önemli bulgular Tablo 4.17'de özetlenmiştir. Bu sonuçlar, daha önceki araştırmacıların azot gideriminin, bir şekilde lagün sistemindeki pH, alıkoyma süresi ve sıcaklık ile ilişkili olduğu konusunda fikir birliği sağladığını doğrulamaktadır. PH lagünün içindeki yosun-karbonat etkileşimlerinin bir sonucu olarak akar, bu nedenle atık su alkalinitesi önemlidir. İdeal koşullar altında, fakültatif atıksu
stabilizasyonu lagününden% 95'e varan azot giderme sağlanabilir. Azot giderimi ile ilgili birkaç yeni araştırma tamamlanmış, ancak veri miktarı sınırlıdır. Fransa'daki 178 fakülteci lagün üzerinde yapılan bir çalışmada% 60-70 arasında ortalama azot giderimi; Bununla birlikte, her lagün sisteminden sadece sınırlı miktarda veri mevcuttu (Racault ve diğerleri, 1995). Wrigley ve Toerien (1990) 21 ay süreyle dört küçük çaplı fakültatif lagünü inceledi ve amonyak azotunda% 82'lik bir düşüş gözlemledi ancak 1970'lerin sonunda USEPA tarafından yapılanlara benzer kapsamlı bir örnekleme programı gerçekleştirilmedi. Shilton (1995), fakültatif bir lagünden muamele edilen domuz atık suyundan amonyak azotunun çıkarılmasını belirledi ve buharlaşma oranının 0.07-0.314 lb / 1000 ft2 · d (355 - 1534 mg / m2 · gün) arasında değiştiğini buldu. Buharlaşma oranı, amonyak azotu ve TKN'nin daha yüksek konsantrasyonlarında artmıştır. Soares ve ark. (1995), Brezilya'da çeşitli geometrileri ve derinlikleri olan bir atık su istikrar lagün kompleksinde amonyak azot giderimini izledi. Olgunlaşma lagünlerinde amonyak azotu konsantrasyonları 5 mg / L'ye düşürüldü, böylece yüzey sularına deşarj için etki sağlandı. Fakultatif ve olgunlaşma lagünlerinde amonyak
gidermenin Pano ve Middlebrooks (1982) tarafından önerilen buharlaşma mekanizmasına dayalı denklemlerle modellendiği bulunmuştur.
Teorik Hususlar
Fakultatif atıksu stabilizasyonu lagünlerinde amonyak azotunun giderilmesi aşağıdaki üç süreç boyunca gerçekleşebilir:
• Atmosfere sıyıran gaz halindeki amonyak • Algal biyokütlede amonyak asimilasyonu • Biyolojik nitrifikasyon
Lagünüik etkilerdeki düşük nitrat ve nitrit konsantrasyonları, nitrasyonun genel olarak
amonyak azotu giderilmesinin önemli bir bölümünü oluşturmadığını göstermektedir. Algal biyokütledeki amonyak azotu asimilasyonu, sistemdeki biyolojik etkinliğe bağlıdır ve
sıcaklık, organik yük, alıkoyma süresi ve atık su özelliklerinden etkilenir. Atmosfere gaz halindeki amonyak kayıp oranı esas olarak pH değerine, sıcaklığa ve lagünde bulunan karıştırma koşullarına bağlıdır. Alkalin pH denge denklemini gaz halindeki amonyak yönünde değiştirirken, karıştırma koşulları kütle aktarım katsayısının büyüklüğünü etkiler.
Sıcaklık hem denge sabitini hem de kütle transfer katsayısını etkiler. Düşük sıcaklıklarda, biyolojik aktivite azaldığında ve lagün içeriği rüzgar etkileri nedeniyle genellikle iyi bir şekilde karışık olduğunda, amfıstı sıyırma, fakültatif atık su stabilizasyonu lagünlerinde amonyak azot giderimi için en önemli prosestir. Amonyak sıyırma lagünleri birinci sıra reaksiyon varsayarak ifade edilebilir (Stratton, 1968, 1969). Kütle dengesi denklemi şöyle olacaktır:
King (1978), bir dizi dört alıcı ikincil etkinin ilk lagününden elde edilen Cladophora fraktürü hasat edilerek sadece% 4 oranında azot çıkarılmasının sağlandığını bildirmiştir. Lagünlerdeki başlıca azot giderimi, amonyak gazı sıyırma nedeniyledir. Toplam azot giderimi, Nt toplam azot
konsantrasyonu (mg / L), N0 başlangıç toplam azot konsantrasyonu (mg / L) olan bir eklenti model kullanılarak birinci basamaktan kinetik olarak tanımlandı: Nt = N0e-0.03t ) ve t zaman (d) 'dir. Büyük çaplı fakültatif atıksu stabilizasyonu lagün sistemlerinin yalnızca kararlı durum koşullarına yaklaştığı ve sadece rüzgarlı mevsimlerde iyi tasarlanmış lagünlerin karışık koşullara tamamen kavuşacağı anlaşılacaktır. Dahası, biyolojik etkinlik yoluyla amonyak giderilmesi önemli hale geldiğinde veya lagün dibinde anaerobik aktiviteden lagünün içerisine amonyak salındığında,
sistemdeki amonyak çıkarma ifadeleri bu faktörleri amonyak sıyırma teorisi dikkate alınarak içermelidir Eşitlik 4.30'da gösterildiği gibi. Aşağıdaki metinde teorik yaklaşımı göz önüne alarak ve sıcaklık, pH değeri ve hidrolik yüklenme oranını değişkenler olarak dahil ederek, üç tam ölçekli fakültatif atıksu stabilizasyonu lagününün performansına dayanan toplam azot giderme için matematiksel ilişkiler geliştirilmiştir. Bu nedenle, amonyak azotunun sıyrılması için teorik ifadeyi kullanmak yerine (Denklem 4.30), fakültatif lagünlerde TKN'nin çıkarılması için aşağıdaki denklem dikkate alınır:
burada K, bir arıtma oranı katsayısı (L / t) ve f (pH), pH'ın bir fonksiyonudur. K değerleri sıcaklık ve karıştırma koşullarının bir fonksiyonu olarak kabul edilir. Benzer bir lagün konfigürasyonu ve iklim bölgesi için, K değerleri yalnızca sıcaklığın bir fonksiyonu olarak ifade edilebilir. Sıcaklığa bağlı olduğu düşünülen pH fonksiyonu, pK ve pKb değerlerini ve ayrıca göldeki biyolojik aktiviteyi etkiler. PH fonksiyonunun amonyak azot sıyırma üzerine etkisi dahil edildiğinde (Eşitlik 4.33), pH fonksiyonunun üstel bir ilişki olduğu bulundu; pH fonksiyonunu tanımlamak için bir üstel fonksiyon seçimi istatistiksel analizlere dayanarak verilerin en iyi tarif edilen üstel bir ilişki olduğunu belirtir. Ayrıca, çoğu tepki hızı ve sıcaklık ilişkisi, Van't Hoff-Arrhenius denklemi gibi üssel fonksiyonlarla tanımlanır; Bu nedenle, böyle bir ilişkinin kuramsal denklemin pratik bir probleme uygulanmasında geçerli olacağını
varsaymak mantıklıdır.
Tasarım Modelleri
