Türkçe metni rahat izleyebilmeniz için, "browser" ınızın "document encoding" ini "Turkish" olarak değiştirdiniz mi ? ...

Arıtma Çamurlarının İşlenmesi ve Bertarafı - 1...


1. Genel...

Atıksu arıtma sistemi çamur, kum ve köpük tutma birimlerini de ihtiva eder. Arıtma işlemi sonunda çıkan çamur genellikle sıvı veya yarı katı formda olup kullanılan prosese ve işletmeye bağlı olarak % 0.25 - 12 oranında katı içermektedir. Çıkan çamur hacimce büyük olup, işlenmesi ve bertarafı atıksu arıtma alanında oldukça karmaşık bir problem olarak karşımıza çıkmaktadır. Çamur probleminin karmaşık olmasının başlıca sebepleri ;

• Arıtılmamış atıksu içindeki önemli miktarlarda koku veren maddeler
• Biyolojik arıtmada oluşan ve uzaklaştırılması gereken çamurun, ham atıksu içerisindeki organik maddelerden farklı bir yapıda, bozunma ve kokuşma eğiliminde olması
• Çamurun sadece küçük bir kısmının katı madde, büyük bir kısmının ise sudan oluşması, bu yüzden büyük hacimler işgal etmesi

olarak özetlenebilir.

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 maddeleri
• Askıda katı maddeler
• Çözünmüş katı maddeler

olarak ifade edilir. Çamur işlenmesi ve bertarafında kullanılan metodlar aşağıdaki çizelgede verilmiştir. Graviteli yoğunlaştırma, şartlandırma, susuzlaştırma ve kurutma, kullanılan başlıca arıtma metotlarıdır. Çürütme, kompostlama, yakma, ıslak-hava oksidasyonu ve derin şaft reaktörleri çamurdaki organik maddeleri stabilize etmek veya arıtmak amacıyla kullanılırlar.

2. Çamur Kaynakları, Özellikleri ve Miktarları...

Çamur işleme, arıtma ve bertaraf sistemlerini tasarlayabilmek için arıtma sisteminde oluşan çamurun kaynağı, özellikler, ve miktarının bilinmesi gerekmektedir. Çamur arıtma sistemleri, çamur kaynağı, prosesin tipi ve işletme metoduna göre değişiklik gösterir. Çamur ve katı atıkların esas kaynakları aşağıdaki çizelgede verilmiştir. Örneğin tam karışımlı aktif çamur prosesinde, çamur uzaklaştırma veya havalandırma havuzundan yapılıyorsa, son çöktürme havuzu çamur kaynağı değildir. Diğer taraftan, uzaklaştırma çamur geri dönüş hattından gerçekleştiriliyorsa çamur kaynağı çöktürme tankı olarak kabul edilebilir. Yoğunlaştırma, çürütme, şartlandırma ve susuzlaştırma için kullanılan prosesler de çamur kaynağıdırlar.

3. Çamurun Özellikleri...

3.1. Genel...

Çamur arıtımı ve son uzaklaştırma yöntemlerinin belirlenmesinde, çamur ve katı maddenin özelliği ve içeriğini bilmek çok önemlidir. Bu aynı zamanda katı atığın kaynağı, sistemdeki çamur yaşı ve proses tipi ile de yakından ilgilidir. Arıtma çamurların bazı fiziksel özellikleri aşağıdaki çizelgede verilmektedir.

3.2. Çamurun Genel Bileşimi...

Arıtılmamış (ham) ve çürümüş çamurun kimyasal bileşimi ile ilgili bilgiler aşağıdaki çizelgede verilmektedir. Son uzaklaştırma yönteminin belirlenmesinde besi maddesi de dahil olmak üzere kimyasal bileşiklerin çoğunun bilinmesi önemlidir. Havasız çürütme sisteminin kontrolünde pH, alkalinite ve organik asit içeriğinin ölçülmesi oldukça önemlidir. Yakma ve arazide bertaraf metodunun uygulanması durumunda çamurdaki ağır metal, pestisit ve hidrokarbonlar ölçülmelidir. Yakma gibi termal proses kullanılacağında çamurun enerji içeriğide hesaplanmalıdır.



Çamurun arazide bertarafı ve faydalı kullanımını etkileyen başlıca özellikleri, organik içeriği (uçucu katı olarak ölçülür), besi maddeleri, patojenler, metaller ve toksik organiklerdir. Çamurun arazide kullanılması durumunda, gübre özelliği (azot, fosfor ve potasyum içeriği) önem kazanır. Ticari bir gübre ile çamurun karşılaştırması aşağıdaki çizelgede verilmektedir. Araziye verilen çamur, bitki büyümesi için gereken besi maddelerini karşılar. Bazı uygulamalarda, çamurun fosfor ve potasyum içeriği bitki gereksinimini karşılayamayacak kadar az olabilir. Çamurdaki iz elementler, inorganik kimyasal elementler olup bitki ve hayvanlar için gerekli veya zararlı olabilir. Ağır metal konsantrasyonları aşağıdaki çizelgede verilmektedir. Çamurun arazide kullanım miktarı, yapısındaki ağır metal konsantrasyonuna bağlıdır. Besi maddesi konsantrasyonu toprak ve bitki özelliğine göre değişir.



ABD’de üretilen çamur miktarı 1972’den beri artmakta olup, 1997 yılına göre bu değer 6.23 milyon ton/senedir. Yıllara göre çamurun uzaklaştırma yöntemi de farklılıklar göstermektedir. Örneğin 1972 de, toplam çamurun %20’si arazide uygulama ile (land application), %25’i de yakma yöntemi ile uzaklaştırılmaktaydı. Ancak 1997’de üretilen toplam çamurun %55’i arazi uygulamasında, %17’si de yakma yöntemi ile uzaklaştırılmaktadır ( aşağıdaki çizelge ). Çamurun denize deşarjına ise 1991 Aralığında son verilmiştir.



Avrupa Birliği ülkelerinde 1990’de 7 milyon ton kuru çamur üretilmiştir. Aşağıdaki çizelgede görüldüğü gibi çamurun tarımda kullanımı %10 - %80 arasında değişmesine rağmen, yakma işlemi sadece birkaç ülkede kullanılmaktadır. Denize deşarj ise 1998’in sonlarına kadar devam etmiştir.



Asya ülkeleri arasında Japonya’da çamur uzaklaştırma uygulamaları aşağıdaki çizelgede verilmektedir. Ancak Japonya’da arazide depolama ve arazi ıslahı olanakları oldukça kısıtlıdır.

3.3. Çamur Miktarı...

Çeşitli proses ve işlemler sonucu üretilen çamur miktarı ve fiziksel özellikleri ile ilgili bilgiler aşağıdaki çizelgede verilmektedir. Bu bilgiler oldukça faydalı olmasına karşın üretilen çamur miktarının büyük değişkenlik gösterdiği unutulmamalıdır.



Çeşitli proseslerden elde çamurun konsantrasyonu ile ilgili bilgiler aşağıdaki çizelgede verilmektedir.

3.4. Fiziksel Özellikleri...

Özgül Ağırlık ( S Ç ) : Birim hacimdeki çamur ağırlığının aynı hacimdeki suyun ağırlığına oranına çamurun " özgül ağırlığı " denir. Örneğin, birim hacimdeki çamur 1,010 g ve su ise 1,000 g ise, bu çamurun özgül ağırlığı ; S Ç = 1,010 / 1,000 = 1.01 olur.

( 1 / S Ç ) = ( W İ ) / ( S İ )

Burada ; S Ç : çamurun özgül ağırlığı, W İ : i. kısmın ağırlığı ve S İ : i. kısmın özgül ağırlığı.

Çamurlar İçin Hacim - Kütle İlişkisi : Çamurun hacmi, esas olarak su içeriğine ve içindeki katı maddenin özelliğine bağlıdır. Örneğin, ağırlıkça % 10 katı madde içeren çamur ağırlık olarak % 90 su içerir. Çamurun içeriğindeki katı maddeler ; ( a ) sabit katı maddeler ( inorganik ) ve ( b ) uçucu katı maddeler ( organik ) olarak sınıflandırılabilir. Bu sınıflandırma için, çamur içindeki katı maddelerin özgül ağırlıkları arasında aşağıdaki eşitlik yazılabilir :

( W S ) / [ ( S S ) ( RO W ) ] = ( W F ) / [ ( S F ) ( RO W ) ] + ( W V ) / [ ( S V ) ( RO W ) ]

Burada ; W S : katı madde ağırlığı, W F : sabit katı madde ağırlığı, W V : uçucu katı madde ağırlığı, S S : katı madde özgül ağırlığı, S F : sabit katı madde özgül ağırlığı, S V : uçucu katı madde özgül ağırlığı ve RO W : suyun yoğunluğu.

Örnek - 1 :

Su içeriği % 90 olan çamurun sabit katı madde içeriği % 33.3 ve özgül ağırlığı 2.5 ve uçucu katı madde içeriği % 66.6 ve özgül ağırlığı 1.0 ise ; katı madde özgül ağırlığı ; ( 1 / S S ) = ( 0.33 / 2.5 ) + ( 0.67 / 1.0 ) = 0.802 ; S S = 1.24 ve çamurun özgül ağırlığı ; ( 1 / S Ç ) = ( 0.10 / 1.24 ) + ( 0.90 / 1.0 ) = 0.98 ; S Ç = 1.02 olarak hesaplanabilir.

Aşağıdaki çizelgede değişik tip arıtma çamurlarının katı madde özgül ağırlıkları ile çamurun özgül ağırlıklarının tipik değerleri verilmiştir.

Çamur S S S Ç
Ön çökeltme havuzu 1.40 1.020
Aktif çamur 1.25 1.005
Damlatmalı filtre 1.45 1.025
Mekanik havalandırmalı lagün 1.30 1.015
Fosfor giderimi için
Düşük dozda ( 350 - 500 mg / L ) KM ilavesi olan 1.90 1.040
Yüksek dozda ( 800 - 1,600 mg / L ) KM ilavesi olan 2.20 1.050

Çamur Hacmi : Çamur hacmi aşağıdaki denklem ile tanımlanmaktadır ;

V Ç = ( W S ) / [ ( RO W ) ( S Ç ) ( P S ) ]

Burada ; V Ç : çamur hacmi, RO W : suyun yoğunluğu, W S : katı madde ağırlığı, S Ç : çamurun özgül ağırlığı ve P S : ondalıklı olarak ifade edilen katı madde kısmı.

Çamur hacimleri ile katı madde yüzdeleri arasında ters bir orantı vardır ;

( V 1 / V 2 ) = ( P 2 / P 1 )

Örnek - 2 :

Aşağıdaki özelliklere sahip olan 1,000 kg ( kuru madde olarak ) ön çökeltme havuzu çamuru için çürüme sonucunda oluşacak hacim azalmasını, çürümeden önce ve sonra oluşacak sıvı hacmini bulunuz.

Çözüm :

Parametre Ön çökeltme havuzu çamuru Çürütülmüş çamur
Katı madde ( % ) 5 10
Uçucu katı madde ( % ) 60 60 ( gazlaşan )
S F 2.5 2.5
S V 1.0 1.0

( a ) Ön çökeltim çamurundaki katı maddelerin ortalama özgül ağırlığı :

( 1 / S S ) = ( 0.40 / 2.5 ) + ( 0.60 / 1.0 ) = 0.76 ; S S = 1.32

( b ) Ön çökeltim çamuru özgül ağırlığı :

( 1 / S Ç ) = ( 0.05 / 1.32 ) + ( 0.95 / 1.0 ) = 0.99 ; S Ç = 1.01

( c ) Ön çökeltim çamuru hacmi :

V Ç = ( 1,000 ) / [ ( 1,000 ) ( 1.01 ) ( 0.05 ) ] = 19.8 m 3

( d ) Çürümeden sonraki uçucu KM yüzdesi :

% UKM = { [ ( 0.40 ) ( 0.60 ) ( 1,000 ) ] / [ 400 + ( 0.40 ) ( 600 ) ] } ( 100 ) = % 37.5

( e ) Çürümeden sonraki KM özgül ağırlıkları :

( 1 / S S ) = ( 0.625 / 2.5 ) + ( 0.375 / 1.0 ) = 0.625 ; S S = 1.60

( 1 / S ÇÇ ) = ( 0.10 / 1.60 ) + ( 0.90 / 1.0 ) = 0.963 ; S S = 1.04

( f ) Çürütülmüş çamurun hacmi :

V ÇÇ = [ 400 + ( 0.40 ) ( 600 ) ] / [ ( 1,000 ) ( 1.04 ) ( 0.10 ) ] = 6.15 m 3

( g ) Çürütmeden sonra çamur hacmindeki azalma :

% Azalma = ( 19.8 - 6.15 ) / ( 19.8 ) = 0.689 = % 68.9

Çamur Katı Madde İçeriği : Çamurun katı ve sulu kısımları arasındaki ilişki " katı madde konsantrasyonu " olarak tanımlanır ve ( mg / L ) veya ( % KM ) cinsinden verilir. Örneğin, 10,000 mg / L % 1 KM'yi gösterir. Su içeriğine bağlı olarak katı madde konsantrasyonu ; % KM = 100 - % Su içeriği olarak tanımlanır.

Çamurun Çökelme Özellikleri : Çamurun çökelme özelliklerinin belirlenmesi amacı ile yapılacak testlerden biri de " çökelme testi " dir. Alınan örnek bir dereceli mezüre konur ve zamana karşı çamurun çökelme özelliği izlenir. Çamur numunesi seyreltik ise arakesiti zamana karşı izlemek daha kolay olur. Çamurun çökelme özellikleri hakkında önemli bilgi veren diğer bir deney " SVI " ( çamur hacim indeksi ) testidir. Alınan 1,000 mL'lik çamur numunesi dereceli mezüre konur ve 30 dakika sonra çökelen hacim mL olarak okunur. " SVI ", çamurun mg / L birimindeki AKM konsantrasyonuna bölünerek bulunur.

SVI = [ ( mL çamur ) ( 1,000 ) ] / ( mg / L AKM )

Partikül Boyutu : Partiküllerin boyutu yanında, şekli ve ağırlıkları gibi diğer özellikleri de değiştiğinden, yalnızca partikül boyutuna göre çamur tanımlanamaz.

Çamur numunesi
V
V
V
V
100 mikronluk elek ====> Çok kolay çökelebilen KM ( Elek üzerinde kalan )
V
V
V
V
15 dakika yumaklaştırma
V
V
V
V
1 saat çökeltme ====> Kolay çökelebilen katılar
V
V
V
V
1 mikron membran ====> Yarı kolloidal katılar
V
V
V
V
0.001 mikron membran ====> Gerçek kolloidler
V
V
V
V
Çözünmüş katılar

Çamurda Suyun Dağılımı : Çamurun asıl yapısını oluşturan su, serbest halde veya partiküllere yapışık halde bulunur. Çamurdaki su ;

( a ) Serbest su : Partiküllere bağlı olmayıp yerçekimi etkisi ile ayrılır.
( b ) Yumak suyu : Yumaklar arasında hapsedilmiş sudur. Mekanik su alma işlemleri ile uzaklaştırılır.
( c ) Kapiler su : Partiküllere bağlı olarak bulunur. Partiküllerin sıkıştırılarak deformasyonu ile uzaklaştırılır.
( d ) Kimyasal bağlı su : Partiküllerin içinde bağlı olarak bulunur.

Tipik bir aktif çamurda ;

( a ) Serbest su : % 75
( b ) Yumak suyu : % 20
( c ) Kapiler su : % 2
( d ) Kimyasal bağlı su : % 2.5
------------------------------------
Toplam su içeriği : % 99.5
Toplam katı madde içeriği : % 0.5

Karışık çürütülmüş çamurda ;

Hücreler arası su : % 70
Adhezyon ve kapiler su : % 22
Adsorbsiyon ve hücre içi suyu : % 8

Çamurun Akışkanlık Özelliği : Aşağıdaki şekilde y küçük olmak üzere, profil doğrusaldır.

TO = ( MU ) ( du / dy )

Bu şekildeki akışkanlara " Newtonian " akışkanlar denir.



Plastik akışkanlarda ;

TO = TO y + ( ITA ) ( du / dy )

Burada ; TO y : cidar kayma gerilmesi ve ITA : plastik viskozite. Çamur bu iki akışkan türünün özelliklerini yansıtmaz. Bu iki akışkan türü arasında olan arıtma çamuru " pseudo - plastik " akışkan adını alır.

TO = ( ITA ) ( du / dy ) n

Burada ; n : davranış indeksi. n = 1 ve ITA = MU ise akışkan " Newtonian " akışkandır.

Ham çamur : ITA = 0.28
Aktif çamur : ITA = 0.06
Çürütülmüş çamur : ITA = 0.92

3.5. Kimyasal Özellikleri...

Isıl Değeri : Çamurun ısıl değerini, çamurun organik madde içeriği ( C, H, N, vb. ) belirler. C a O b H c N d yapısına sahip çamurun yanması için gerekli O 2

C a O b H c N d + ( a + 0.25 c - 0.5 b ) ( O 2 ) ====> a ( CO 2 ) + 0.5 c ( H 2 O ) + 0.5 d ( N 2 )

Çamurun ısıl değeri kaynağına bağlı olarak değişim gösterir. Isıl değer laboratuvarda " kalorimetre " cihazı ile ölçülür. Aşağıda değişik tip çamurların tipik ısıl değerleri verilmiş ve bu değerlerin düşük kaliteli kömür ile kıyaslaması yapılmıştır.

Ham ön çökeltme havuzu çamuru = 25,000 kJ / kg KM
Aktif çamur = 20,900 kJ / kg KM
Anaerobik olarak çürütülmüş çamur = 11,620 kJ / kg KM
Düşük kaliteli kömür = 7,700 kcal / kg KM

Çamur belirli oranlarda su içeriğine sahiptir ve 0.5 kg suyun buharlaştırılması için 2.0 - 2.5 MJ ısıya gereksinim vardır. Bu nedenle, çamur için ısıl değer yaklaşık olarak 550 kcal / kg çamur'dur.