BİYOLOJİK TEMEL İŞLEMLER Askıda Büyüyen Aerobik Sistemler

(1)

1 YıldızTeknikÜniversitesi ÇevreMühendisliğiBölümü

BİYOLOJİK TEMEL İŞLEMLER Askıda Büyüyen Aerobik

Sistemler

Dr. Öğr. Üyesi Neslihan MANAV DEMİR Yıldız Teknik üniversitesi

Çevre Mühendisliği Bölümü

İstanbul

(2)

ASKIDA BÜYÜYEN AEROBİK SİSTEMLER

YıldızTeknik Üniversitesi Çevre Mühendisliği Bölümü

• Aşağıda karakteristiği verilen atıksuyu arıtmak için difüzörlü havalanlandırıcı ile havalandırılan aktif çamur posesini dizay ediniz.

• Dizayn F/M oranı 0,04 gün^-1

• Çıkış suyunda nitrat konsantrasyonu ≤2,0 mg/L

• Amonyak konsantrasyonu ≤1,0 mg/L

• Tesis θ_c= 20 gün

• MLSS= 4000 mg/L ve bunun 0,65’i uçucu özelliktedir.

Örnek 4:

^Biyolojik

Temel İşlemler Ders Notları

(sayfa 97)

(3)

3 YıldızTeknik Üniversitesi Çevre Mühendisliği Bölümü

• 1. Ön çöktürmeden sonraki BOİ₅ : 160 mg/L

• 2. Ön çöktürmeden sonraki KOİ : 250 mg/L

• 3. Ön çöktürmeden sonraki organik azot : 18 mg/L

• 4. Ön çöktürmeden sonraki amonyak azotu : 22 mg/L

• 5. Ön çöktürmeden sonraki fosfor : 5 mg/L

• 6. Ön çöktürmeden sonraki AKM : 100 mg/L

• 7. Alkalinite : 350 mgCaCO₃/L

• 8. Soğuk aylarda atıksu sıcaklığı : 20ºC

• 9. Ortalama debi : 2840 m³/gün

• 10. Maksimum günlük pik faktörü : 2,5

Örnek 4 (sayfa 97)

(4)

Örnek 4 (sayfa 97)

• Beklenen çıkış suyu kalitesinin belirlenmesi. Geçmiş deneyimlere göre uzun havalandırma prosesinin aşağıdaki çıkış kalitesini sağlaması beklenmektedir.

• BOİ₅ = 10,0 mg/L

• AKM = 10,0 mg/L

• NH₃-N < 1,0 mg/L

• NO₃-N ≤ 2,0 mg/L

• P = 1,0 mg/L

(5)

Örnek 4 (sayfa 97)

• Dizayn yüklerinin belirlenmesi:

• 𝐵𝑂İ₅ = 160 ^𝑔

𝑚³ 2840 ^𝑚³

𝑔ü𝑛

1𝑘𝑔

1000𝑔 = 454,4𝑘𝑔/𝑔ü𝑛

• 𝐾𝑂İ = 250 ^𝑔

𝑚³ 2840 ^𝑚³

𝑔ü𝑛

1𝑘𝑔

1000𝑔 = 710𝑘𝑔/𝑔ü𝑛

• 𝑂𝑟𝑔. 𝑁 = 18 ^𝑔

𝑚³ 2840 ^𝑚³

𝑔ü𝑛

1𝑘𝑔

1000𝑔 = 51,12𝑘𝑔/𝑔ü𝑛

• 𝑁𝐻₃ − 𝑁 = 22 ^𝑔

𝑚³ 2840 ^𝑚³

𝑔ü𝑛

1𝑘𝑔

1000𝑔 = 62,48𝑘𝑔/𝑔ü𝑛

• 𝐴𝐾𝑀 = 100 ^𝑔

𝑚³ 2840 ^𝑚³

𝑔ü𝑛

1𝑘𝑔

1000𝑔 = 284𝑘𝑔/𝑔ü𝑛

• 𝑃 = 5 ^𝑔

𝑚³ 2840 ^𝑚³

𝑔ü𝑛

1𝑘𝑔

1000𝑔 = 14,2𝑘𝑔/𝑔ü𝑛

(6)

Örnek 4 Çözüm (sayfa 98)

• 1) Reaktör boyutunun belirlenmesi:

a) F/M oranına dayalı hacim: (Denklem 6.1) 𝑉 = 𝑄 ∗ 𝑆₀

𝑋 ∗ 𝐹 𝑀

b) Ortalama çamur bekletme süresine dayalı hacim:

(Denklem 6.2)

𝑉 = 𝜃_𝐶 ∗ 𝑄 ∗ 𝑆₀ ∗ 𝑌 𝑋

c) Hacimsel yüke dayalı hacim: (Denklem 6.3) 𝑉 = 𝑄 ∗ 𝑆₀

𝐿

(7)

7

Örnek 4 Çözüm (sayfa 98)

• 1) Reaktör boyutunun belirlenmesi:

a) F/M oranına dayalı hacim: (Denklem 6.1) 𝑉 = 𝑄 ∗ 𝑆₀

𝑋 ∗ 𝐹 𝑀

Burada; V: reaktör hacmi (m³) Q: atıksu debisi (m³/gün)

S₀: giriş substrat konsantrasyonu (mg/L) X: ortalama MLSS konsantrasyonu (mg/L) F/M: besin/m.o. Konst. (gün^-1)

𝑉 =

2840 𝑚³

𝑔ü𝑛 ∗ 160

𝑚𝑔 𝐿 4000𝑚𝑔

𝐿 ∗ 0,04 1 𝑔ü𝑛

→ 𝑉 = 2840𝑚³

(8)

Örnek 4 Çözüm (sayfa 98)

• 2) Bekletme süresinin belirlenmesi:

𝜃 = 𝑉

𝑄 = 2840𝑚³ 2840 𝑚³

𝑔ü𝑛

→ 𝜃 = 24𝑠𝑎𝑎𝑡

• 3) Hacimsel organik yükün belirlenmesi: Denklem (6.3)

𝐿_𝑜𝑟𝑔 = 𝑄 ∗ 𝑆₀

𝑉 =

2840 𝑚³

𝑔ü𝑛 ∗ 160 𝑔

𝑚³ ∗ 1𝑘𝑔 1000𝑔

2840𝑚³ →

𝐿_𝑜𝑟𝑔 = 0,16 𝑘𝑔/𝑚³. 𝑔ü𝑛

(9)

9

Örnek 4 Çözüm (sayfa 98)

• 4) Oksijen ihtiyacının belirlenmesi: Denklem (6.6)

Kabuller: Bütün azotun nitrata dönüştürüldüğü

Denitrifikasyon işleminden oksijen kazanımı olmadığı

Burada; S₀ : giriş suyu substrat konsantrasyonu, mgKOİ/L S : çıkış suyu substrat konsantrasyonu, mgKOİ/L P_x : Fazla MLSS miktarı, mg/L

1,42 : 1 g mikroorganizma hücresinin KOİ’si (NO₃)_f : nitrat formunun miktarı, mg/L

2,86 : nitratın oksijen eşdeğeri için dönüşüm faktörü (NO₃)_u : kullanılan nitrat miktarı, mg/L

kg O₂/gün= Q(So-S) -1,42*Px + 4,6*Q*(NO₃)_f– 2,86*Q*(NO₃)_u İHMAL

İHMAL

(10)

Örnek 4 Çözüm (sayfa 98)

Kabuller: Bütün azotun nitrata dönüştürüldüğü

Denitrifikasyon işleminden oksijen kazanımı olmadığı

𝑂₂ 𝑘𝑔/𝑔ü𝑛

= 2840 𝑚³

𝑔ü𝑛 ∗ 250 𝑔

𝑚³ ∗ 1𝑘𝑔

1000𝑔 + 4,6 ∗ 2840 𝑚³

𝑔ü𝑛 ∗ 18 + 22 𝑔 𝑚³

𝑂₂ 𝑘𝑔/𝑔ü𝑛 = 1,0 710 𝑘𝑔

𝑔ü𝑛 + 4,6 ∗ 51,12 + 62,48 𝑘𝑔 𝑔ü𝑛

= 51,3𝑘𝑔𝑂₂/𝑠𝑎𝑎𝑡

kg O₂/gün= Q(S₀-S) + 4,6*Q*(NO₃)_f

(11)

11

Örnek 4 Çözüm (sayfa 98)

Burada; AOTR = Toplam O₂ transfer hızı = 51,3 kgO₂/saat

SOTR = 20ºC ve sıfır çözünmüş oksijende su yüzeyindeki standart oksijen transfer hızı, kgO₂/saat

(12)

Örnek 4 Çözüm (sayfa 98)

Burada;

β = 0,95 (tuzluluk-yüzey gerilim düzeltme faktörü, 0,95-0,98) T = 20ºC (işletme sıcaklığı, ºC)

P_d = 146 kPa (4,57 m difüzör derinliği için) (hava verme derinliğindeki basınç, kPA)

P_atm,H = 101,3 kPa (H yüksekliğinin atmosferik basıncı, kPA)

O_t = %19 (tankı terk eden oksijen konsantrasyonu yüzdesi, genellikle 18-20)

C_sTH = 9,08 (T sıcaklık ve H yüksekliğinde oksijenin suda çözünürlüğü, mg/L)

= T sıcaklık ve H rakımında oksijenin atıksuda ortalama çözünürlüğü, mg/L

C_L = 2,0 mg/L (işletme oksijen konsantrasyonu, mg/L)

C_s,20 = 20ºC ve 1 atmosfer basınçta temiz sudaki çözünmüş oksijen doygunluk konsantrasyonu, mg/L

α = 0,6 (atık için oksijen transferi düzeltme faktörü)

F = 0,9 (ince ve çok ince difüzörler için kirlenme faktörü, tipik olarak 0,65-0,9)

(13)

13

Örnek 4 Çözüm (sayfa 99)

(14)

Örnek 4 Çözüm (sayfa 99)

𝑆𝑂𝑇𝑅 = 51,3 9,08

0,95 10,65 − 2

1

1,024²⁰⁻²⁰

1 0,6

1 0,9 𝑆𝑂𝑇𝑅 = 106𝑘𝑔𝑂₂/𝑠𝑎𝑎𝑡

(15)

15

Örnek 4 Çözüm (sayfa 99)

• 5) Son çöktürme havuzunun boyutlandırılması:

1. Laboratuvar testleri (çöktürme kolonu) 2. Benzer arıtma tesisi

3. Ampirik denklem

(16)

16

Örnek 4 Çözüm (sayfa 99)

Denklem (6.11) ile yüzey yükü belirlenebilir.

𝑂𝑅_{𝑑𝑖𝑧𝑎𝑦𝑛} = 𝑉_İ 24𝑠𝑎𝑎𝑡/𝑔ü𝑛 𝑆𝐹

Burada; OR = Yüzey yükü (m³/m².gün) V_İ = Bölgesel çökelme hızı

SF = Emniyet faktörü (tipik olarak 1,75-2,5)

Denklem (6.12) ile çökelme hızı tahmin edilebilir.

𝑉_İ = 𝑉_𝑚𝑎𝑥 ∗ 𝑒𝑥𝑝 −𝐾 ∗ 10⁻⁶ ∗ 𝑋

Burada;

V_max = 7 m/saat (verilen) K = 600 L/mg (verilen) X = 4000 mg/L

𝑉 = 7 ∗ 𝑒𝑥𝑝 −600 ∗ 10⁻⁶ ∗ 400 = 0,635𝑚/𝑠𝑎𝑎𝑡

(17)

17

Örnek 4 Çözüm (sayfa 99)

Denklem (6.11) ile yüzey yükü belirlenebilir.

𝑂𝑅_{𝑑𝑖𝑧𝑎𝑦𝑛} = 𝑉_İ 24𝑠𝑎𝑎𝑡/𝑔ü𝑛 𝑆𝐹

𝑂𝑅_{𝑑𝑖𝑧𝑎𝑦𝑛} = 0,635𝑚/𝑠𝑎𝑎𝑡 24𝑠𝑎𝑎𝑡/𝑔ü𝑛

2 = 7,62𝑚³/𝑚²𝑔ü𝑛 𝑂𝑅_{𝑑𝑖𝑧𝑎𝑦𝑛} ≅ 8𝑚³/𝑚²𝑔ü𝑛

(18)

Örnek 4 Çözüm (sayfa 100)

• 5) Son çöktürme havuzu katı madde yükünün belirlenmesi:

𝑆𝐿𝑅 = 1 + 𝛼 𝑄 𝑋 𝐴

Burada; SLR : Katı madde yükü (kg/saat) α : Geri devir oranı

X : MLSS konst. (mg/L)

A : Son çöktürme havuz alanı

𝛼 = 𝑋 𝑚𝑔/𝐿

𝑋_𝑟 𝑚𝑔/𝐿 − 𝑋 𝑚𝑔/𝐿 = 4000𝑚𝑔/𝐿

10000 𝑚𝑔/𝐿 − 4000 𝑚𝑔/𝐿 = 0,67

𝐴 = 𝑄

𝑂𝑅_{𝑑𝑖𝑧𝑎𝑦𝑛} = 2840𝑚³/𝑔ü𝑛

8𝑚/𝑔ü𝑛 = 355𝑚²

𝑆𝐿𝑅 = 1 + 0,67 2840𝑚³/𝑔ü𝑛 4000𝑔/𝑚³ 10⁻³𝑘𝑔/𝑔

355𝑚² = 5,44𝑘𝑔

𝑔ü𝑛

(19)

19

Örnek 4 Çözüm (sayfa 100)

• 6) Atık çamur hesabı:

0,4 kg_hücre/kgKOİ.gün kabulü ile hesabı ile

𝐴𝑡𝚤𝑘 ç𝑎𝑚𝑢𝑟 = 0,4𝑘𝑔_{ℎü𝑐𝑟𝑒}

𝑘𝑔𝐾𝑂İ ∗ 710 𝑘𝑔

𝑔ü𝑛 = 284𝑘𝑔/𝑔ü𝑛

𝐾𝑂İ = 250 𝑔

𝑚³ 2840 𝑚³ 𝑔ü𝑛

1𝑘𝑔

1000𝑔 = 710𝑘𝑔/𝑔ü𝑛

(20)

Örnek 4 Çözüm (sayfa 100)

• 7) Nitrifikasyon için gerekli hidrolik bekletme süresini bulurken (5.15) denklemi kullanılır.

• Bu denklemde θ_N’i bulmak için:

• N çıkış amonyak konsantrasyonunun,

• X nitrifikasyon bakterisi konsantrasyonunun ve

• U_N nitrifikasyon için spesifik substrat kullanım hızının bulunması gerekir.

(21)

Örnek 4 Çözüm (sayfa 101)

• µ_N’in bulunması:

(22)

Örnek 4 Çözüm (sayfa 101)

• Maksimum substrat kullanım hızı k_N’in bulunması: 𝑘_𝑁 = ^𝜇^𝑁

𝑌_𝑁

• Substrat kullanım faktörü U_N’in bulunması:

(23)

Örnek 4 Çözüm (sayfa 101)

• Çıkış amonyak konsantrasyonunun (N) bulunması:

(24)

Örnek 4 Çözüm (sayfa 102)

• Son olarak X_N konsantrasyonunun bulunması gerekir: Denklem (5.7)

(25)

Örnek 4 Çözüm (sayfa 102)

• Nitrifikasyon için hidrolik bekletme süresinin (θ_N) bulunması:

Burada; N₀ = 40 mg/L (giriş azot konsantrasyonu) N = 0,187 mg/L (çıkış azot konsantrasyonu) U_N = 0,56 gün^-1 (substrat kullanım faktörü)

X = 171,6 mg/L (nitrifikasyon bakterilerinin konst.)

𝜃_𝑁 = 40 − 0,187

0,56 ∗ 171,6 = 0,41 𝑔ü𝑛 = 9,9𝑠𝑎𝑎𝑡

(26)

Örnek 4 Çözüm (sayfa 102)

• 7) Denitrifikasyon için gerekli hidrolik bekletme süresini bulurken (5.15) denklemi kullanılır.

• Denitrifikasyon (R_DN) hızının belirlenmesi

(R_DN20=0,1 gün^-1 ve DO=0,15 mg/L olarak kabul edilecektir.

(27)

Örnek 4 Çözüm (sayfa 102)

• 8) Nitrifikasyon ve denitrifikasyon için gerekli bekletme süresinin bulunması:

(28)

GÖRÜŞMEK ÜZERE

Dr. Öğr. Üyesi Neslihan MANAV DEMİR Yıldız Teknik üniversitesi

Çevre Mühendisliği Bölümü

İstanbul