KATI ATIKLARIN AEROBİK VE ANAEROBİK ARITIMI
Doç. Dr. Ayşe KULEYİN
ANAEROBİK ARITMA SİSTEMLERİ
Hacimsel organik yükün olabildiğince arttırılarak havasız reaktör hacminin küçültülmesi ve karşılaşılan problemlerin giderilmesi maksadı ile çeşitli anaerobik arıtma sistemleri geliştirilmiştir.
Bu sistemlerin bazılarının karakterleri detaya inmeden aşağıdaki tabloda verilmiştir.
Reaktör tipi Organik yük kg KOİ/m3-gün
KOİ giderme verimi
Havasız temas reaktörü (HTR)
1-6 (3-5 gerçekte uygulanan)
80-95 Havasız filtre (HF) 1-18 (7-10) 80-95 Havasız akışkan yataklı
reaktör (HAYR)
1-60 (15-30) 80-90
Havasız çamur yatağı (HÇYR)
5-15 (10-15) 85-95
Membranlı havasız rektör (MHR)
1-30 (15) 85-95
Havasız Reaktör Tipleri
Anaerobik reaktör tipleri; mikroorganizmaların askıda çoğaldığı reaktörler ve biyofilmli
reaktörler olmak üzere iki sınıfa ayrılmaktadır.
Askıda Çoğalan Sistemler
Askıda çoğalan sistemlerin başlıca uygulamaları:
• Klasik Havasız Çürütücüler
• Havasız Temas Reaktörleri
• Membranlı Havasız Reaktörler
• Havasız Çamur Yataklı Reaktörler’dir
Klasik anaerobik çürütücüler
Tam karışımlı ve geri devirsiz
reaktörlerdir. Geri devirsiz olduklarından çamur yaşı hidrolik bekletme süresine eşittir.
Yavaş çoğalan metan bakterilerinin
sistemden
yıkanmaması için çamur yaşı en az 10 gün olmalıdır.
Bu nedenle, 15- 20 günlük hidrolik bekletme sürelerinde işletilirler ve buna bağlı olarak da, reaktör hacimleri büyüktür.
Hem hacmin büyüklüğü, hem de çıkış
suyundaki askıda katı madde
konsantrasyonunun yüksekliği bu sistemlerin en önemli mahzurlarındandır.
Uygulamada, atık suların arıtılmasından ziyade arıtma çamurlarının çürütülmesi için kullanılırlar.
Havasız Temas Reaktörü
Havasız aktif çamur sistemi adı ile de bilinen bu prosesin klasik havasız çürütücüden tek farkı çöktürme tankı ve geri devir düzeneği
olmasıdır. Bu şekilde çamur yaşı arttırılarak sistemin arıtma verimi yükseltilir, ve hacim azalması sağlanır. Bu sistemin uygulamadaki en büyük dezavantajı anaeobik çamurların çürütülmesindeki zorluklardır.
Çöktürme verimini arttırmak için Vakumlu gaz ayırıcı, Termal Şok ve Plakalı
Çökelticiler gibi sistemler kullanılmaktadır.
Ancak yine de AKM konsantrasyonu
cinsinden çamur konsantrasyonu 12000 mg/l yi aşması halinde ciddi sorunlar
ortaya çıkmaktadır. Bu nedenle azami
organik yükün 5 kg KOİ/m3-gün’ü aşması
istenmemektedir.
Membranlı Havasız Reaktör
Ana kısmı tam karışımlı anaerobik bir reaktörden oluşan bu sistemde katı madde ayrımında çökelme yerine bir ultrafiltrasyon birimi kullanılmaktadır.
Ultrafiltrasyon birimindeki gözenekli sentetik membran üzerinden akarken suyu
alınan biyokitle hemen
sisteme geri döndürülmekte ve böylece çamur yaşı
istenildiği kadar
arttırılabilmektedir.
Genelde KOİ değeri 10.000 mg/l’nin üzerindeki çok konsantre ve debisi düşük endüstriyel atıklar için uygundur.
Bu sistemde çamur yaşına fazla bakılmaksızın 1-2 hafta sonunda 10-15 kgKOİ/m3-gün’lük
organik yüklemelere ulaşılabilmektedir.
Havasız Çamur Yataklı Reaktör (HÇYR)
Havasız filtrelerdeki sentetik filtre malzemesinin
pahalılığı ile askıda katı maddelerle tıkanma, kanallanma, büyük debilerdeki aşırı yük ve biyokitle kaybı gibi
sakıncaları taşımayan ve içerisinde yatak malzemesi bulunmayan bir sistemdir. Arıtma, reaktörün alt
kısmındaki çamur yatağı ile bunun üst kısmındaki çamur örtüsünce gerçekleştirilmektedir. Beslenen atığın
organik madde muhtevasına bağlı olarak, kuvvetli atıklarda çamur yatağı, seyreltik atıklarda ise çamur örtüsü arıtmada ağırlıklı rol oynar
Bu sistemle 40.000 mg/l’nin üzerinde biyokitle konsantrasyonuna ulaşılmaktadır.
Çökelme hızı çok yüksek ağır aktif
granüler çamur yatağı sayesinde hidrolik
bekleme süresinin 3-4 saat gibi değerler
alması halinde dahi biyokitle kaybı
olmaksızın sistem işletilebilmektedir.
Yüksek verimi ve basitliği sebebi ile bu gün için başta özellikle gelişmekte olan ülkeler olmak üzere dünyada en yaygın uygulama alanı bulan sistemdir.
Biyofilm Sistemleri
Biyofilm sistemlerinin başlıca uygulamaları:
• Havasız Akışkan Yataklı Reaktörler (HAYR)
• Havasız Filtreler (HF)
• Havasız Döner Diskler
• Perdeli Reaktörler’dir
Havasız akışkan yataklı reaktörler (HAYR);
HAYR sistemlerde
biyokütle akışkan haldeki, 0,1-0,6 mm çaplı kum,
antrasit, aktif karbon gibi ince tanecikli yatak
malzemesi üzerinde tutunur.
Akışkan haldeki yatak malzemesinin üzerinde 30000 mg/lt gibi yüksek konsantrasyonlarda
biyokütle
tutulabilmektedir
HAYR’ler 40-60 kg KOİ/m3-gün gibi yüksek organik yükler uygulanabilen ve hidrolik bekletme süresi 1,5-3 saate kadar indirilebilen sistemlerdir.
Bu sistemlerin en büyük mahzuru,
yatağın akışkan tutulabilmesi için
gerekli olan geri devirdeki terfi
maliyetidir.
Havasız filtreler
İçerisinde
kırma taş veya plastik dolgu malzemesi bulunan
reaktörlerdir.
Yukarı veya aşağı akışlı olarak
işletilebilirler.
Dolgu
malzemesi bakterilerin tutunması için yüzeyi arttırır.
100,000 mg/lt konsantrasyonlarında biyokütle filtre içinde tutulabilmektedir. Çeşitli
inhibitörler karşısında biyokütle kaybı sınırlı olup, sistemin yeni durumlara uyum sağlaması daha rahat olabilmektedir.
Buna karşılık olarak, biyofilm teşekkülünün zaman alması, yüksek oranda askıda katı madde ihtiva eden atıksularda tıkanma,
kanallanma ve kısa devre ihtimalleri oluşu ve özellikle dolgu malzemesinin pahalı olması bu reaktörlerin önemli dezavantajlarıdır
Bununla birlikte, yapılan çalışmalar sonucunda, filtre içerisindeki mevcut biyokütlenin
takriben %60’ının filtre malzemesinin
boşluklarında olduğu ve arıtmanın büyük bir kısmının burada gerçekleştiği tespit edilmiştir.
Diğer Anaerobik Sistemler
Farklı olarak uygulanan diğer reaktör tiplerinin başlıcaları:
• Hibrid Filtreler
• İki Kademeli Reaktörler
• Havasız Kompost Reaktörleri’dir
Hibrid filtreler
Havasız Çamur Yataklı Filtre (Hibrit Filtre) sisteminde alt kısım havasız çamur yatağı üst kısım ise havasız filtre olarak teşkil edilir. Filtre kısmındaki dolgu malzemesi yüksekliği 2 m’den az olmayacak şekilde filtre kısımı toplam hacmin
%50-70’ini kapsamalıdır. Bu reaktörlerde biyolojik
arıtmanın büyük kısmı çamur yatağında gerçekleşir. Üst kısımdaki filtre yapısı sıvı ve katı fazlarının ayrımını sağlar ve biyokütle kaçışını engeller.
Ancak son uygulamalarda dolgu malzemesi içinden geçen biyogazdan dolayı çökelmede
istenilen etkinliğin sağlanamadığı saptanmıştır.
Bu nedenle, dolgulu kısmın reaktör dışında ayrıca teşkilinin daha faydalı olacağı belirtilmiştir. Bu durumda havsız çamur yataklı reaktör dışında, teşkil edilecek bir yukarı akışlı havasız filtrede ayrıca hidrolik bekleme süresinin 2 saat olması yeterlidir.
Filtre dolgu malzemesi olarak özgül yüzeyi
100m2/m3 civarında ticari plastik malzemeler ile 55 derece eğimle döşenen oluklu levhalar
kullanılmaktadır.
Havasız çamur yataklı filtrenin 5-10 kg KOİ/m3- gün’lük organik yüklerde başarıyla çalışan birçok kurulu örneği bulunmaktadır.
İki kademeli havasız arıtma sistemleri
Havasız arıtım sistemleri, asit ve metan üretiminin tek bir reaktörde meydana
geldiği tek kademeli reaktör şeklinde uygulamak yerine bu iki safhanın ayrıldığı iki kademeli (asit reaktörü- metan reaktörü) reaktörler tarzında kullanılabilmektedir.
Son yıllardaki eğilimde bu yöndedir.
Faz ayırımının uygulanmasıyla havasız arıtmada organik yükün %50'ye yakın oranda arttırılması mümkündür. Böyle bir uygulama ile toplam hacimde %30-40 oranında bir
küçülme sağlanabilmektedir. Tam karışımlı bir havasız tank veya derin havasız lagün asit reaktörü olarak kullanılabilir
TEK KADEMELİ SİSTEMLER İKİ KADEMELİ SİSTEMLER ÜSTÜN YÖNLERİ:
Daha az yatırım maliyeti İşletme ve kontrol kolaylığı
Daha hızlı işletmeye alma Prosesin daha kararlı olması
Arıtma veriminin daha yüksek oluşu Katı organik maddelerin daha iyi parçalanması
DEZAVANTAJLARI
Daha uzun sürede işletmeye alma Daha kararsız proses
Organik yük değişimlerine daha hassas olması
Daha yüksek yatırım maliyeti Daha güç kontrol
Dikkatli pH kontrolü gerekliliği
Havasız kompost reaktör
Havasız kompost reaktörler, katı madde oranı %20-35 organik katı atık veya arıtma tesisi çamurlarının mezofilik veya termofilik işletme şartlarında havasız olarak
kompostlaştırıldığı sistemlerdir.
Özellikle son yıllarda organik kısmı ayrı toplanan evsel atıklar ile arıtma tesisi çamurları ve zırai atıkların karışımıyla oluşturulan org. atıkların 3-4 haftalık hidrolik bekleme süresi sonunda gübre değeri yüksek
kompost haline dönüştürülmesi mümkün olmaktadır.
Bu sistemle %50 oranında metan gazı da üretilebilmektedir.
Günümüzde yaygın olarak kullanılan Havasız Çamur
Yataklı Reaktör (HÇYR), Havasız Filtre (HF), ve Havasız Akışkan Yataklı Reaktörün (HAYR)proses davranışları bakımından karşılaştırılması aşağıdaki tabloda verilmiştir.
Karakteristik Davranış HÇYR HF HAYR İşletmeye alma yetersiz yetersiz yetersiz Biyokitle (çamur) gelişimi Çok iyi İyi Çok iyi Sıvı fazın karışımı yetersiz orta Çok iyi Hidrolik şoklara karşı koyma yetersiz Çok iyi Çok iyi Organik şoklara karşı koyma iyi iyi iyi
Askıda katılara duyarsızlık yetersiz iyi Çok iyi Tıkanmaya duyarsızlık Çok iyi yetersiz Çok iyi Biyokitle yüzme riski yetersiz İyi iyi
Reaktörün kontrol ihtiyacı iyi iyi yetersiz
Endüstriyel atıksuların arıtımı uygulamaları esnasında bu üç sistemde yaşanan en önemli işletme sorunları
aşağıdaki tabloda sıralanmıştır.
HÇYR HF HAYR
Yatak genleşmesinin kontrol güçlüğü
Giriş akımını uniform dağıtma zorluğu
Giriş akımını uniform dağıtma zorluğu
Değişken giriş suyu özelliklerine bağlı
proses stabilitesi sorunu
Yatakta tıkanma ve kanallanma riski
Yatak genleşmesini kontrol güçlüğü Şok yüklerde biyokitle
kaybı
Filtrenin periyodik olarak geri yıkanma gereği
Biyopartikül kaçışı Vanalarda arıza
İnert katı madde birikimi
İnert katı madde birikimi
Akışkanlaşma özelliklerinin değişkenliği Biyokütle yüzmesi
(kaçması)
Çıkışta AKM ayırma ihtiyacı
Biyofilm kopması Sürekli geri devir mecburiyeti
BİYOGAZ ÜRETİMİ VE ENERJİ GERİ KAZANIMI
Anaerobik arıtma sürecinin son ürünü olarak üretilen metanın KOİ eşdeğeri aşağıdaki denklem yardımı ile hesaplanabilir
CH4+2O2 CO2+ 2H2O
Denkleme göre 1mol CH4’nın oksidasyonu için 2 mol (64 g) O2 gereklidir. Bu durumda standart şartlarda 1 gram KOİ başına 0.35 l CH4 üretilir ( 22.4l/64 g=0,35l)
Sıcaklık arttıkça bu değer artar.
