EVSEL ATIKSU ARITMA ÇAMURLARININ ANAEROBİK ARITIMI. Yrd. Doç. Dr. Ayşe KULEYİN

EVSEL ATIKSU ARITMA

ÇAMURLARININ ANAEROBİK ARITIMI

Yrd. Doç. Dr. Ayşe KULEYİN

A

Ç

Atıksu arıtımı sonucu ortaya çıkan sıvı ya da yarı katı halde kokulu atıklar “arıtma çamuru” olarak

adlandırılır.

Çamurun sadece küçük bir kısmı katı madde, önemli bir kısmı ise su olduğu için arıtma çamurları büyük hacimler işgal eder.Arıtma çamurları uygulanan arıtma tekniğine bağlı olarak ağırlıkça %0,5 ile %12 arasında katı madde içerir. Büyük hacimlerde çamur oluşumunun yanı sıra, arıtma sonucu giderilen kirleticilere bağlı olarak çamurun işlenmesi ve bertarafı atıksu arıtımının en karmaşık problemlerindendir. Biyolojik arıtma sonucu oluşan ve uzaklaştırılması gereken çamur bozunma ve kokuşma eğilimindedir.

Atıksu arıtma tesislerinde üretilen çamurun miktarı ve karakteristikleri;

 atıksuyun bileşimine,

 kullanılan atıksu arıtma tekniğine,

 çamura uygulanan arıtma tipine bağlıdır.

Arıtma tipine ve amacına göre, arıtma çamurlarının cinsleri farklılık gösterir.Bunlar;

• Çökebilen katı maddelerin oluşturduğu ön çökeltim çamurları,

• Kimyasal arıtma ve koagülasyon sonucu oluşan kimyasal çamurlar,

• Biyolojik arıtma işlemleri sonucu oluşan biyolojik çamur,

• İçme suyu arıtma işlemleri sonucu oluşan inorganik çamurlar,olarak sıralanabilir.

Atık bünyesinde kirleticileri üç grup altında toplamak mümkündür. Bunlar;

 Çökebilen katı maddeler,

 Askıda katı maddeler,

 Çözünmüş katı maddeler,

olarak ifade edilir.

Anaerobik çamur çürütmenin başlıca dezavantajları:

- Besleme için pompalar, çamur karışımı, ısı değiştiriciler ve gaz karışımı için kompresörler ile donatılmış büyük ve ağzı kapalı tanklar daha yüksek yatırım maliyeti gerektirir.

- Metan üreten bakterilerin sürdürülebilirliği için 10 günden daha fazla bekletme sürelerine ihtiyaç duyulur.

- Çürüme sonrası oluşan üst faz suda (süpernatant) askıda katı madde,çözünmüş ve partikül organik maddeler, azot, fosfor ve diğer bileşikler bulunmaktadır. Bu geri devir akımı, atıksu arıtma tesisinin katı madde yükleme oranını, oksijen ihtiyacını ve besi maddesi yükünü artırır.

GENEL BİLGİ

 Atık su arıtımı sonucu oluşan arıtma

çamurunun uzaklaştırılması önemli bir sorun oluşturmakta ve atık su arıtma tesisi işletme

giderlerinin yaklaşık %50 sine sebep olmaktadır.

Farklı uzaklaştırma yolları mümkün olsa da organik maddeyi biyogaz’a dönüştürmesi ve

böylece arıtma çamurunun miktarını azaltması, arta kalan parçalanabilir kısımdan kaynaklanan koku problemini sınırlandırması ve patojenleri yok etmesi sebebiyle anaerobik çürütme önemli bir rol oynamaktadır. Anaerobik çürütme atık su arıtma tesisi giderlerini ve çevre üzerindeki

etkisini optimize etmekte, bu artılarından dolayı modern bir atık su arıtma tesisi için anaerobik çürütme olmazsa olmaz bir özellik taşımaktadır.

 Arıtma çamurlarının çürütülmesi işlemi, atık su arıtma tesislerinde ortaya çıkan çamurun

biyolojik fazla, havasız ortamda çürütülmesinden ileri gelir. Bu işlem ile organik çamur anaerobik bakterilerce çürütülür. Havasız ayrışma süreci;

hidroliz, asit üretimi ve metan üretimi olmak üzere üç safhadan oluşur.



 Anaerobik çürütme sıkı anaerobik koşullar gerektirir. Ve karmaşık bir mikrobiyal işbirliği ile organik maddenin büyük bir kısmının

karbondioksit ve metan’a dönüştürülmesine bağlıdır. Arıtma çamurlarının anaerobik

çürütülmesinde hava geçirmez tanklar

kullanılmaktadır. Anaerobik bakteriler lignin içeren maddeler hariç geriye kalan tüm organik maddelerin parçalayabilmektedir.

 Şekil 1.Evsel çamurların çürütülmesi esnasında organik maddelerin metan dönüşümü

 Havasız çürütme işleminden geçen evsel arıtma tesisi çamurları kararlı, kokusuz, patojen

organizma konsantrasyonu düşük ve araziye serilebilir özelliktedir. Yöntemin başlıca

mahzurları; yüksek ilk yatırım maliyeti, işletme güçlükleri ve çıkış suyu kirlilik yükünün fazla oluşudur. Havasız arıtma süreci esas itibariyle pH, atığın bileşimi ve sıcaklığa bağlıdır. İyi

işletilen çamur çürütücülerde pH = 6.7 - 7.4 ,

uçucu asit konsantrasyonu 1000 mg/l den ve CO2 yüzdesi %35 den azdır

 Havasız çürütücüler genellikle mezofilik sıcaklık aralığında işletilirler. Ancak son yıllarda

termofilik şartta ve iyi işletilen tesislerin varlığı da bilinmektedir.

Ç

 Havasız çamur çürütücüler başlıca iki tiptir. Düşük hızlı ve yüksek hızlı çürütücüler

Şekil 2. Tipik çürütücü tipleri a) düşük hızlı çürütücü, b) yüksek hızlı çürütücü ve c)iki kademeli çürütücü

 Düşük hızlı(standart) çürütücülerde ısıtma ve karıştırma uygulanmaz. Hidrolik bekleme süresi yörenin iklimine bağlı olarak 30-60 gün arasında değişir. Yüksek hızlı

çürütücülerde ise havasız ayrışma sürecini hızlandırmak amacı ile ısıtma ve karıştırma uygulanır.Bu tip çürütücüler genellikle seri bağlı iki reaktör tarzında tertip edilir.Birinci reaktör, çamur çürütme amaçlı kullanılır ve reaktör

içerisinde ısıtma ve karıştırma gerçekleştirilir.İkinci reaktörde sıvı katı ayrımı (çökeltme) gerçekleştirilir ve çamur yaşının kontrolüne imkan sağlanır.Bu tip

çürütücüler, inşa maliyetinin yüksek olması ve ikinci tankın çok yarar sağlamaması gibi sebeplerden dolayı nadiren kullanılmaktadır. İkinci tank yerine çamur yoğunlaştırıcı kullanılması tercih edilmektedir.

 Anaerobik olarak çürütülmüş çamurlar çok iyi

çökelmediğinden dolayı ikinci reaktörden çekilen duru faz yüksek konsantrasyonda askıda katı madde içermektedir.

Birincil çürütücüde çökelme karakteristiklerinin iyi olmamasının sebeplerinden biri tam çürümenin

gerçekleşmemesi diğeri ise kötü çökelme

karakteristiklerine sahip olan ince yapılı katılardır.

P

 Mezofilik havasız çamur çürütücülerinin tasarım ve işletmesinde göz önünde tutulacak en önemli kontrol parametreleri çürütücü hacmi, ısıtma ve sıcaklık

kontrolü, karıştırma, gaz üretimi ve kullanımı, reaktör kapak tipi, çıkış suyu kalitesi ve çürümüş çamurların özellikleridir.

 Çürütücü Hacminin Hesabı:

 Çürütücü hacmi genellikle, hidrolik bekleme süresi, hacimsel yük, eş değer nüfus ve gözlenen hacim

azalması parametrelerinden biri veya birkaçı göz önüne alınarak hesaplanır. Çürütme süresi, düşük hızlı(ısıtmasız) çürütücülerde 30-60 gün, yüksek hızlı çürütücülerde ise 10-20 gün alınır.

 Çürütücü tasarımında esas alınan hacimsel çamur yükleri ve diğer tasarım kriterleri aşağıdaki tabloda verilmiştir.

parametre Düşük hızlı Yüksek hızlı

Çamur yaşı 30-60 10-20

Çamur yükü (kgUKM/m3-gün) 0.64-1.60 2.40-6.41 HACİM KRİTERİ

Ham çamur (ilk çürütme

çamuru) m3/N 0.03-0.04 0.02-0.03

Ham +aktif çamur (m3/N) 0.06-0.08 0.02-0.04 Ham+damlatmalı filtre

çamuru (m3/N)

0.08-0.14 0.02-0.04

Beslenen ham+aktif çamur (%KM)

2-4 4-6

Atılan ham+aktif çamur

(%KM) 4-6 4-6

 Çürütücü hacmi, eşdeğer nüfus başına 120 grKM/gün

alınarak da belirlenebilir. Havasız çürütme sırasında organik katıların hacmi azalır ve belli miktar çürümüş su arıtma

tesisi girişine verilir. Böylece çürütücüde kalan çamurun hacmi üstel olarak azalır. Gerekli çürütücü hacmi;

 V=[Qg- 2/3(Qg-Qç)].θ ifadesiyle hesaplanabilir.

 Burada;

 V: çürütücü hacmi (m3)

 Qg: giren karışık çamur (m3/gün)

 Qç: çekilen yani atılan çürümüş çamur (m3/gün)

 Θ : çürüme süresi (gün)

 Çamur çürütücülerde hidrolik bekleme süresinin pik debilerde bile 10 günden az olmaması gerekir.

I

 Anaerobik çamur çürütme sürecinin optimum şartlarda sürdürülebilmesi için sıcaklık mezofilik çürütücülerde 35°C, termofilik çürütücülerde 55°C civarında tutulmalıdır. Bu yüzden beslenen çamur ve reaktör muhtevasının ısıtılması gerekir. Çamur çürütücüler, duvar, çatı, temel, boru vb. kısımdan ısı kaybeder.Isıtma sisteminin tasarımı için gerekli ısı kaybı hesapları yapılmalıdır.Çürütücülerin ısıtılması için, dahili ısı değiştiriciler, doğrudan buhar enjeksiyonu ve harici ısı değiştiriciler kullanılabilir.

 Dahili ısı değiştiriciler çok eski dönemlerde kullanılmıştır.Isıtıcı yüzeyinin çamur ile kaplanması dolayısıyla ısı transferi sınırlanmaktadır.

 Buhar enjeksiyonlu ısıtmada ise çürütücü içine buhar pompalanır ancak yoğuşan buhar çamuru sulandırır.

 Harici ısı değiştiriciler su banyolu, ceket borulu ve spiral borulu olarak üç tiptir.Tıkanma problemi olmayan spiral borulu ısı değiştiriciler daha pahalı olmalarına rağmen tercih edilmektedir. Sıcak su veya buhar çürütücü gazıyla ısıtılan bir kazandan sağlanır.

ÇÜRÜTÜCÜ ÇATISI:

 Çamur çürütücülerin çatısı sabit veya yüzer tipte olabilir.

 Sabit çatılı çürütücüler daha ucuzdur ve tankta sabit bir su seviyesini muhafaza etmek üzere tasarlanırlar. Çürümüş çamurun aniden deşarjı sonunda sık sık tanka dışarıdan hava girer ve çürütücü gazını patlayıcı bir karışım haline getirir. (çürütücü gazı havada %5-20 oranına ulaştığında patlayabilir.)

 Yüzer çatılı çürütücüler daha pahalı ancak çamur besleme ve boşaltma faaliyetlerinden etkilenmeyen, gazın tehlike riskini azaltan ve kalıcı köpük oluşumunun kontrol edilebildiği sistemlerdir.

Ç

K

:

 Çamur çürütücülerin optimum verimle

işletilebilmesi için yeterince karıştırılması gerekir.Karıştırma ile;

 Çamur ile aktif mikroorganizma biokütlesinin iyice teması,

 Çürütücü muhteviyatının homojenliği,

 Çürütücüde açığa çıkan mefobilik ürünlerin ve beslenen çamurdaki toksik kimyasalların

seyreltilmesi

 Üst kısımda köpük oluşumunun önlenmesi sağlanır.

 Şekil 3.a)Mekanik Karıştırma b)Asılı boru/gazlı karıştırma

 c)Düşey tüp/gazlı karıştırma d)Tabandaki nozullardan gazla karıştırma

 Çamur çürütücülerin harici çamur sirkülasyon pompaları ile karıştırılması çok eski yıllardan beri kullanılan basit bir yöntemdir. Bu teknik 4000m3 hacme kadar uygulanabilir. Bu yöntem özellikle klasik Avrupa tipi çürütücüler için

uygundur.

 Eşdeğer işletme şartları altında gazla karıştırma enerjisi mekanik karıştırıcılara göre daha

yüksektir.

 Şekil . Hidrolik karıştırmalı iki kademeli çamur çürütme

 Mekanik karıştırıcı sistemi 1926 dan beri

bilinmektedir. Bu yöntem özellikle yumurta ve klasik avrupa tipi çürütücüler için uygundur.

 Gaz enjeksiyonu da diğerleri gibi denenmiş bir yöntemdir. Bu yöntem her tip çürütücüye tatbik edilebilir.

 Şekil .Gazla karıştırmalı iki kademeli çamur çürütme sistemi

Ç

 Çürütücü suyu kalitesi, çürütücünün tek veya iki kademeli oluşu, karıştırma durumu ve katı maddelerin ne oranda ayrıldığı gibi parametrelere göre değişir. Bu su arıtma tesisine geri döndürülür ve arıtma tesisine önemli oranda ilave kirlilik yükü verir.

 Yoğunlaştırılmış ham çamur ve biyolojik aktif çamur karışımının çürütüldüğü bir sistemden çıkan suyun özellikleri tabloda verilmiştir.

Parametre Konsantrasyon (mg/l) Toplam katı madde 3000-15000

BOİ5 1000-10000

KOİ 3000-30000

NH4 400-1000

Top. P 300-1000

Ç

T

Ş

:

 Genellikle dört tip çürütme tankı

kullanılmaktadır.Bunlar, İngiliz-Amerikan tipi, klasik Avrupa tipi, genel Yumurta ve Avrupa tipi düz tabanlı çürütücülerdir.

 Çok büyük tek bir çürütücü yerine birden fazla sayıda daha küçük kapasiteli çürütücü yapımı işletme emniyeti bakımından çok daha

uygundur. Küçük çürütücüler çelik veya

prefabrik beton elemanlarla inşa edilebilirler.



 Şekil 6.Çürütücü şekilleri

Municipal Sludge Digesters

Switzerland

Switzerland

The Netherlands

The Netherlands

 Çamur çürütücülerde işletme şartlarının

değiştirilmesi (mezofilikten, termofiliğe) önemli oranlarda ilave termal gerilmelere yol açabilir.

Böyle durumlarda ısı yalıtımına ihtiyaç vardır.

Reaktör içi ve dışındaki ısı farkını azaltmak en ekonomik çözümdür.

 Çamur çürütme tesislerinde genellikle gaz

depolama tankına da ihtiyaç duyulur. Gaz tankı, 400m3 lük hacme kadar çelikten ve kuru tank olarak inşaa edilir. Gaz tankı hacmi genellikle bir günlük gazı depolayacak kapasitede seçilir.

İ

:



 Çamur çürütücülerin organik maddeleri

ayrıştırma verimleri,sisteme beslenen çamur

içindeki çeşitli inhibitör maddeler sebebiyle belli ölçüde değişim gösterebilir.Çamur çürütme

sürecini belirgin belirgin oranda inhibe eden ve pratikte sık sı rastlanan inhibitör maddelerin zehirlilik eşikleri aşağıdaki tabloda verilmiştir.

 Tablo: Katı madde oranı %4.5 olan evsel atıksu arıtma tesisi çamurunun çürütüldüğü bir çürütücü için inhibitör madde zehirlilik sınır kons. (*) atıksu arıtma tesisi girişindeki kons.

 (**) başlangıçta çok zehirli ancak zamanla anaerobik bakteriler alışabilir

 (***) zehirlilik etkisi metal sülfür oluşumuna bağlı olarak değişir

Madde Zehirlilik Eşiği(mg/L)

Anyonik deterjanlar 900

CH₂CI₂ 1000

CHCI₃ 0.5-1.0

CCI₄ 2-10

1,1,1-TRİKLORETAN 2.25

Monoklorobenzen 900

Ortodiklorobenzen 900

Peradiklorobenzen 1300^*

Pentakloro fenol 1-2

Siyanür 3-30^**

Zn 590^***

Ni 530^***

Pb 1800^***

Cd 1000^***

Cu 850^***

 Tablo: Anaerobik arıtmadaki işletme problemlerinin gösterge, sebep ve çözümleri

Anaerobic sludge digestion