KATI ATIK SIZINTI SULARININ ANAEROBİK ARITIMI. Doç. Dr. Ayşe KULEYİN

KATI ATIK SIZINTI

SULARININ ANAEROBİK ARITIMI

Doç. Dr. Ayşe KULEYİN

S

 Genç depo alanlarında oluşan sızıntı suları

genellikle büyük miktardaki uçucu yağ asitleri ile karakterize edilirler.

 Kolay ayrışabilir uçucu asitler genç sızıntı sularının KOİ sinin büyük kesimini

oluşturmaktadır. Bu nedenle BOİ5/KOİ oranı yüksektir ve sızıntı sularının yüksek hızlı

anaerobik arıtma sistemlerinde arıtılmasını mümkün kılar.

 Sızıntı sularının anaerobik arıtımında iki farklı tip arıtım uygulanmaktadır. Birincisi depo sahası dışında uygulanan havasız çamur yataklı ve

sabit depo üzerine film yataklı reaktör tipleridir.

İkincisi ise saha içinde sızıntı suyunun geri devrettirilerek anaerobik arıtımıdır.

 Anaerobik proses, uygun sıcaklığı ve doğru bir

dizaynı gerektirmektedir. Anaerobik reaktörlerde çamurun anorganik içeriği indirgenme hızına ve zamana bağlı olarak artmaktadır. Anaerobik

arıtımda çıkış suyunda 1000-4000 mg/l KOİ ve BOİ₅/KOİ>0,3 gibi yüksek miktarda kirlilik

bulunmaktadır. Bunun için çöp sızıntı suyu

anaerobik arıtımdan sonra çıkış standartlarını sağlayacak şekilde aerobik arıtıma alınmalıdır

ALICI ORTAMA DEŞARJ İÇİN ARITMA

ALTERNATİFLERİ

 F/M oranı, anaerobik biyoflokülasyonu etkileyen önemli parametrelerden biridir. Düşük F/M oranlarında, biyokütle iyi yumaklaşır, hızlı çöker ve çıkışta az miktarda askıda katı madde almasını sağlar. Diğer taraftan reaktör hacmini azaltmak amacıyla, arıtma yüksek hızlarda yapılmalıdır.

Bu, mikroorganizma kütlesini maksimuma yükseltme ve F/M oranını değiştirmek suretiyle gerçekleştirilebilir.

Çeşitli yüksek hızlı sistemler, sızıntı suyunu farklı verimlerle arıtabilmektedirler.



 Anaerobik reaktörde organik azotun amonyak azotuna hidrolizi neticesinde çıkışta ham sızıntı suyuna oranla daha yüksek amonyak konsantrasyonu elde edilmektedir.

Ancak bu akış anaerobik lagünden sonra yer alan aerobik

süreçte işletme koşulları ayarlanarak

nitrifikasyon/denitrifikasyon reaksiyonu sonucunda azaltılabilmektedir.

 Anaerobik çürütücülerin arıtma mekanizması lagünler ile aynıdır. Anaerobik lagünlerden farkı kapalı ve sürekli karıştırılan sistemler olmasıdır.

Çürütücü içerisinde karışım mekanik veya

uygulamada genellikle yapıldığı üzere biyogazın geri döndürülmesi ile sağlanmaktadır.



 Anaerobik çürütücünün içerisinde dolgu yatağı teşkil edilerek biyolojik arıtma veriminin

artması, büyük hacimleri küçültülmesi gibi avantajlarının görülmesi üzerinde çeşitli

anaerobik filtreler ortaya çıkmıştır. Sabit yataklı ve akışkan yataklı, aşağı veya yukarı akımlı

olarak işletilebilen filtreler modifiye edilerek yeni düzenekler geliştirilmektedir. Bunlar;

 Anaerobik yukarı akımlı çamur yatağı olarak isimlendirilen (UASB) reaktörleri

 Yukarı akışlı sabit yataklı filtreler (UFF)

 Aşağı akışlı sabit yataklı filtreler (OFF)

 Havasız hibrid yataklı filtre (AHBF)

 Anaerobik ardışık kesikli reaktör (ASBR)

 Anaerobik yukarı akımlı çamur yatağı sistemlerinde (UASB), çökelme özellikleri iyidir. Yoğun aktif granüler çamur yatağından yukarı doğru bir akış vardır ve yatağın üzerinde atık su daha az yoğun askıdaki flokların

arasından (çamur örtüsü) geçer. Arıtılmış atık su, reaktörü üst kısmındaki katı-gaz ayırıcıdan terk eder. Bu sistemin hacimsel yükü, granüler çamurun çökelme özellikleri ile sınırlıdır. Bu sistemlerin, aerobik sistemlere oranla yüksek

organik yüklerde çalışabilmesi, hidrolik alıkonma süresinin kısa olması bu nedenle arıtma tesisi

için gerekli alan ihtiyacının az olması gibi

avantajları bulunmaktadır. Bunlara ek olarak, çamur üretimi ve nütrient gereksinimi düşük olup biyogaz üretimi nedeniyle enerji kazanımı maliyetine gerek duymasıdır. verilmektedir.

 Bu sistemlerin olumsuz yanı başlangıçta yüksek yatırım maliyetine gerek duymasıdır. Ancak

bunun düşük işletme gideri ve biyogazdan elde edilen ile sağlanacak tasarruf ile dengelenmesi mümkündür. Literatürde UASB reaktörünün uygulandığı bir arıtma tesisine ait bilgi

olmamakla birlikte, laboratuar ölçekli bazı çalışmalar yer almaktadır. En verimli işletim organik yüklenmenin 10 kg KOİ/m³ gün’den küçük olduğu koşullarda elde edilmiştir. Bu durumda biyogaz oluşum hızı ortalama olarak 0,4 m³ CH₄/kg KOİ olarak

 Yukarı akışlı sabit yataklı filtrelerde (UFF), yüksek oranda katı madde içeren atık sular arıtılırsa askıda katı madde birikmesi ve tıkanma problemleri ile karşılaşılır.



 Aşağı akışlı sabit yataklı filtreler (OFF), atık su,

karışımın en yoğun olduğu reaktörün üst kısmından girer.

Reaktörün sıvı hacmi tabandaki tıkanmayı minimuma indirip biyofilmi korurken, reaktör içindeki karışımı iyileştirir.



 Yukarı akışlı sabit yataklı filtreler çoğunlukla çözünebilir organiklerle sınırlı olmasına karşın, aşağı akışlı sabit yataklı filtreler, hem çözünebilir hem de askıda

organiklerin arıtılmasını sağlar. Diğer yandan, aşağı akışlı sabit yataklı filtrelerde, çıkışta kaçan askıda katılar,

arıtılmamış atık maddeler ile birlikte aktif askıda biyokütleyi de içerir. Bu da hidrolitik, asitojenik ve metanojenik aktivitenin kaybı demektir.

 Havasız hibrid yataklı filtre (AHBF), diğer sistemlerin mahzurlarını azaltırken,

avantajlarını kendinde toplayan etkili bir

sistemdir. Anaerobik hidrid yataklı filtre, alt kısmında yukarı akışlı çamur yatağı ve üst kısmında katı-gaz ayırıcısı olarak çalışan bir anaerobik filtreden oluşur. Anaerobik hidrid yataklı filtre, kısa devre gibi problemlere yol açmaksızın katıların tutulmasını artırır.

 Anaerobik ardışık kesikli reaktörler (ASBR), aynı

reaktör içerinde hem katıların tutulmasını hem de organik maddelerin giderilmesini sağladıkları için ayrıca bir

çöktürme havuzu gerektirmezler. Anaerobik proseslerde katı-sıvı ayrımı genellikle büyük bir problem oluşturur.

Beslenme periyodu (tankın doldurulması) tamamlandıktan hemen sonra hangi mikroorganizma konsantrasyonunda olursa olsun F/M oranı yüksektir. Bu, metabolik aktiviteyi arttırıcı bir itici güç ve atığın biyogaza dönüşümü için

yüksek reaksiyon hızları sağlar. Reaksiyon periyodunun sonlarına doğru substrat konsantrasyonu, biyokütle

flokülasyonu için düşük F/M oranı sağlayacak şekilde en düşük seviyededir. Böylece, anaerobik ardışık kesikli

proses, ilave işlemlere ihtiyaç olmaksızın sistemdeki yavaş çoğalan metan bakterilerini koruyabilmektedir.



ANAEROBİK ARITIMLA İLGİLİ YAPILMIŞ BAZI ÇALIŞMALAR

 Boyle ve Ham (1974), sıcaklığın sızıntı suyunun anaerobik olarak arıtımına olan etkisini

araştırmışlardır. Söz konusu çalışmada ham

sızıntı suyunun anaerobik arıtımında, 1,07-2,16 kg KOI/m³.gün’lük yüklemede % 90’nın üstünde KOI giderme verimi sağlanmıştır. Hidrolik

bekletme süresi 5-20 gün, sıcaklık 23-30 °C aralığında ve biyogaz üretimi 0,27-0,31 m³

CH₄/kg giderilen KOI(NŞA) değerine düştüğü gözlenmiştir.

 Yaşlı depo sahalarında oluşan sızıntı suyu genellikle, yeraltı ve yüzeysel suların

kirlenmesine yol açan yüksek miktarda

amonyum azotu içermektedir. Carley ve Mavinic (1991), düşük BOI/KOI (0,08) oranına ve yüksek amonyak konsantrasyonuna (200 mg/l NH₄-N) sahip yaşlı bir sızıntı suyunun, ilave C kaynağı kullanmak suretiyle tek kademede nitrifikasyon ve denitrifikasyonu üzerine çalışmışlardır. İlave karbon kaynağı olarak metanol, glikoz, asetat ve maya atıkları kullanılmıştır. Tüm karbon

kaynakları için amonyak azotu giderimi,

nitrifikasyon tamamıyla gerçekleştikten sonra

%98’den büyük olarak bulunmuştur

 Yang ve ark. (1993), laboratuar ölçekli olarak anaerobik filtre-aktif çamur ve anaerobik filtre- döner disk sistemleri ile 0,15’lik BOI₅/KOI

oranına ve 2000 mg/l N konsantrasyonuna sahip 5 yıllık bir deponun sızıntı suyunda azot giderimi üzerinde çalışmışlardır. Değişik işletme

şartlarına bağlı olarak anaerobik filtre-aktif çamur sistemlerinde % 32-44, anaerobik filtre- döner disk sistemlerinde %50-80’lik toplam azot giderimi elde edilmiştir.

 Yaşlı depo alanlarındaki sızıntı suları, organik maddelerin biyolojik ayrışabilirliğinin azlığını ifade eden düşük

BOI₅/KOI oranları (genellikle 0,1’in altında) ile karakterize edilir. Bu sebeple konvansiyonel biyolojik arıtma

prosesleri, sızıntı suyundaki bozunmayan organiklerin arıtımında tek başına etkili olmamaktadır. Bu

bozunmayan organik maddelerin çoğu hümik maddelerdir.

Anaerobik filtreler (AF), anaerobik yukarı akımlı çamur yatağı (UASB), hibrid yataklı filtre (HBF) ve anaerobik ardışık kesikli reaktörler (ASBR) de yapılan çalışmalar

Tablo 11’de, askıda çoğalan sistemler de yapılan çalışmalar ise Tablo 12’de verilmiştir.

 İmai ve ark. (1993), biyolojik akışkan yataklı (aktif karbon dolgulu) reaktörü kullanarak yaşlı depo sızıntı suyundan bozunmayan organik madde ve azot giderimi üzerinde çalışmışlardır. İki kademeli reaktör (anaerobik+aerobik), biyolojik olarak ayrışabilirliği orta yaşlı sızıntı suyunda, (BOI₅/KOI= 0.09) % 60 organik ve % 70 azot giderimi sağlanmıştır.

 Suidan ve ark.(1993), uçucu ve yarı uçucu sentetik organik kimyasallar ile doyurulmuş evsel katı atık düzenli depolama alanı sızıntı suyunun arıtımı için iki paralel anaerobik

granüler aktif karbon dolgulu genleşmiş yataklı biyoreaktörler kullanmışlardır. Zayıf sızıntı

suyunu arıtan birinci reaktör, sülfat indirgeyen madde, oldukça kuvvetli sızıntı suyunu arıtan ikinci reaktör ise mutlak metanojenik bir

ortamda işletilmiştir. 1. reaktörde toplam KOI giderimi %26 iken 2. reaktörde %82 olarak

bildirilmektedir. Aromatik uçucu bileşiklerin giderimi 1. reaktör de daha fazla olmasına

rağmen organik karbonların giderim oranları iki reaktörde de oldukça yüksek seviyelerdedir (%80- 90).

 Nedwell ve Reynolds (1996), metanojenik ve sülfat indirgeyen şartlardaki 22 litrelik yukarı akışlı anaerobik hibrid reaktörlerde sızıntı

suyunun arıtılabilirliğini araştırmışlardır.

Metanojenik ayrışmada, 3,75 kg KOI/m³.gün’e kadar yükleme oranlarında % 81-97’lik KOI giderme verimleri metanojenik reaktörlerle

karşılaştırılabilecek düzeydedir. İki tür reaktörde de, girişte 100 mg/l’ye kadar Cu, Mn, Ni ve Zn’nin tamamı giderilebilmektedir.



 İnorganik çökeltilerin birikmesi nedeniyle bazı araştırmacılar, anaerobik filtrede (Mennerich ve Alberts, 1986), bazıları da yukarı akışlı

anaerobik çamur yataklı reaktörlerin giriş

borularında tıkanma problemleri yaşamışlardır.

Bazı araştırmacılar ise anaerobik filtre/yukarı

akışlı anaerobik çamur yatağı hibrid reaktörlerde kabuk şeklinde çökeltiler ve çok yoğun çakıl

şeklinde granüller ve bunların sebep olduğu

işletme problemleri olduğunu belirtmektedir. Bu sebeple uzun dönem işletmelerinde ağır metaller için ön arıtma gerekebilmektedir.

 Yapılan değişik çalışmalarda anaerobik sabit filmli reaktörlerde elde edilen giderim verimleri Tabloda verilmiştir.



Giriş KOI mg/l KOI Giderimi (%)

Sistem Malzemesi Chian ve De Walle

(1997)

54.000 95 Granüler Karbon

Henry (1985) 2000 91 Plastik Film

Soyupak (1979) 5800 90 Kum

Wright (1985) 22.800 97 Plastik Halkalar

ANAEROBİK ARITIMIN AVANTAJLARI VE

DEZAVANTAJLARI AŞAĞIDAKİ GİBİ SIRALANABİLİR:

Anaerobik arıtımın avantajları:

 Yüksek miktarda organik madde içeren suların arıtılmasında etkilidir. Çünkü aerobik arıtma için gerekli olan yüksek oksijen transferi çok kirli su için mümkün değildir.

 Tüketilen organik madde başına üretilen biyokütle (çamur)

miktarı azdır. Bu da azot ve fosfor ihtiyacının aerobik arıtmaya göre daha az olmasındandır. Anaerobik arıtmada gerekli N ve P oranı aerobik arıtmadaki ihtiyacının % 10’u kadardır.

 Tüketilen her kg KOI için 0,35 m³ civarında metan üretilir.

 Havalandırma teçhizatına ve havalandırma için enerjiye ihtiyaç yoktur.

 Anaerobik biyokütle, tesise atık su girişi olmasa da aylarca canlı kalabildiğinden mevsimlik (kesikli) arıtma için de uygundur.

 Tesis komple kapalı olduğundan koku problemi yoktur.

 Ortamdaki ve çıkıştaki ürünler ölçülebildiğinden ve kontrol edilebildiğinden biyolojik yüklemeyi otomatik olarak kontrol etmek mümkün olmaktadır.



Anaerobik arıtımın Dezavantajları:

 Mevcut ortam sıcaklığında (düşük sıcaklıklarda) anaerobik

faaliyet çok düşüktür. Örneğin; 20°C’nin altında bekleme zamanı 30 gündür. (Aerobik arıtmada ise 0,5 gündür). Ayrıca tesis

dizaynında emniyet faktörü olarak 2-3 katı düşünülürse bekleme süresi 60-90 gün olmalıdır.

 Anaerobik bakterilerin büyüme hızı yavaş olduğundan tesisin işletmeye alınması için uzun süre gerekmektedir.

 Anaerobik bakteriler (özellikle metanojenler) bir çok bileşiklerden (toksik maddeler içeren endüstriyel atık sular ve ya anaerobik faaliyeti durduran sentetik organik kimyasal) dolayı

inhibitasyona hassasdırlar.

 Mikroorganizmalar (özellikle metan bakterilerinin) asidik pH değerlerinden kolayca etkilenirler.

 İyi bir arıtma için 15-35 °C gibi yüksek sıcaklıklara ihtiyaç gösterirler.

 NH₄-N indirgemesi sınırlıdır.

 Tam olmayan organik madde giderimi mevcuttur.

TÜRKİYE ŞARTLARINDA UYGUN

ARITMA VE KONTROL YÖNTEMLERİ

Sızıntı sularının arıtımı, kontrolü ve uzaklaştırılmasında başlıca;

 Atıksu kanalizasyon sistemine vermek suretiyle evsel atıksularla birlikte arıtma

 Ayrı bir arıtma tesisi inşaa ederek alıcı ortama deşarj

EVSEL ATIKSULARLA BİRLİKTE ARITMA

 Sızıntı suları herhangi bir arıtım uygulanmaksızın ya da kanalizasyona deşarj standartlarını sağlamak üzere gerekli ön arıtmadan sonra bu suları

kanalizasyon şebekesine vererek evsel arıtma tesislerinde arıtılmasını sağlamaktır.

 Sızıntı sularının kanalizasyon şebekesine

ulaştırılması, basınçlı boru hattı veya tankerlerle taşımak sureti ile gerçekleştirilebilir.

 Her iki durumda da depo sahasında oluşacak sızıntı suyunu en az 1 hafta biriktirebilecek kapasitede

geçirimsiz bir havuz inşaa edilmelidir.

 Ayrıca; sızıntı suyu hacmini azaltmak ve depo kütlesinin anaerobik bir reaktör olarak

çalışmasını sağlamak üzere sıcak dönemlerde depo kütlesinin üzerine vermek de tavsiye

edilmektedir.

 Yapılan çalışmalarda, sızıntı sularının hacimsel olarak %2 oranına kadar evsel atıksu tesisine direk ya da kanalizasyon şebekesinin belli bir noktasından verilmesinin arıtma tesislerinde olumsuz bir etkiye sebep olmadığı gözlenmiştir.

 Dolayısı ile küçük ve orta büyüklükteki yerleşim yerlerinin deponi sızıntı sularının %2 oranına

kadar evsel atıksu arıtma tesisine verilmesi düşünülebilir.

 Ancak yine de kanalizasyona deşarj öncesinde depo sahasında kimyasal arıtma ve yüksek pH da (pH:10-11) amonyak giderme gibi bir ön

arıtım uygulamak suretiyle KOİ de %20-30, TKN

%90 ve ağır metallerde %95 e yakın giderim seviyeleri sağlanabilmektedir. Bu şekilde

kanalizasyona verilmesi çevre açısından daha olumlu olacaktır.

S

DEŞARJ STANDARTLARINA İNDİRİLMESİ

 Sızıntı sularının kanalizasyon deşarj

standartlarına indirilip kanalizasyona deşarj edilebilmesi için aşağıdaki sisteme benzer

arıtımdan geçmesi gerekmektedir.

 Dengeleme, Kimyasal çöktürme (kireç-kostik), Amonyak giderme (pH:10-11), biyolojik arıtım (aerobik ya da anaerobik)

 Ancak bu şekilde genç deponi sızıntı suları KOİ<2000 mg/l, TKN<250 mg/l değerlerine ulaşabilecektir. Deponi yaşlandıkça biyolojik

arıtım yerine ileri arıtım yöntemleri uygulamak gerekecektir.

ÖRNEK SİSTEM

 Örnek bir sistemde; kimyasal ön arıtmada, kireçle ve ya kostikle kimyasal çöktürme

uygulanmakta ve peşine pH:10-11 de basınçlı hava ile ince kabarcıklı difüzörler yardımı ile

amonyak giderimi sağlanabilir. Kimyasal arıtma sonrası yaklaşık%25 KOİ, ve >%90 NH4-N

giderimi sağlanabilmektedir. Ayrıca metal iyonları ve fosforun tamamına yakını çamur fazına geçer.

 Yüksek hızlı biyolojik arıtım öncesinde

nötralizasyon yapılmalı ve H3PO4 ilavesi ile gerekli fosfor sağlanmalıdır.

 Bu kademede anaerobik arıtma prosesi olarak genelde havasız çamur yataklı reaktör, havasız filtre ya da çamur yataklı filtre kullanılmaktadır.

Bu reaktörlerde Lv: 12-15 kg KOİ/m3 lük

hacimsel yüklerde ve mezofilik şartlarda %95-98 KOİ giderimi elde edilebilmektedir.

 Anaerobik arıtma sırasında 0.35 m3 CH4 de üretilebilmektedir. Oluşan biyogazdaki metan oranı%75-80 aralığında olacaktır.

 Aerobik sistem kullanılmak istenirse, genellikle ardışık kesikli reaktörler kullanılabilir. Ancak çok yüksek havalandırma enerjisi sarfiyatı ve büyük hacim ihtiyacı olacaktır.

 İngiltere’de sızıntı suyu arıtımında

havalandırmalı lagünler ve ya tanklarda askıda çoğalan arıtma sistemlerinin uygulanması ile yüksek verimler elde dilmiştir. Havalandırma

havuzlarındaki ortalama hidrolik bekleme süresi 10-20 gün seçilmesi ile %90 oranında KOİ ve

NH4-N giderimi gözlenmiştir. Bu giderme verimine, uzun havalandırmalı aktif çamur sisteminin, ardışık kesikli reaktörler şeklinde uygulanması ile ulaşılmıştır.