Activated Sludge Process

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

Prof.Dr. Hikmet Toprak

Aktif Çamur Sürecinin Tasarýmý - 1...

5. Dengeleme Havuzu Tasarýmý...

Dengeleme Havuzunun Ýþlevi...

Evsel nitelikli atýksularýn arýtýmýnda dengeleme havuzlarý genelde kullanýlmaz. Dengeleme havuzlarý endüstriyel nitelikli atýksularýn arýtýlmasýnda kullanýlmasý zorunlu olan bir ünitedir. Bu bölümde, evsel atýksu arýtýmýnda her ne kadar kullanýlmamasýna raðmen, bir dengeleme havuzu tasarýmý sunulmuþtur.

Günlük debi salýnýmlarýnýn arýtma tesisine þok yükleme yapmasýna engel olmak için dengeleme havuzu yapýlmasý yararlýdýr. Dengeleme yapýlmadan tasarýmý yapýlan tesislerde tasarým debisi olarak yýl içinde gelecek maksimum debiye göre boyutlar belirlenir. Dengeleme yapýlarak debi salýnýmlarýnýn bir kýsmý sönümlendirilir. Gün içinde fazla gelen debi atýksuyun az geldiði gece saatlerinde tesise verilerek tesis ortalama bir debi ile çalýþtýrýlýr. Bu aradaki bekletme dengeleme havuzunda yapýlýr. Dengelenmiþ debi ile çalýþan tesislerin hacimleri daha küçük olur. Bu da, iþletme ve ilk yatýrým masraflarýný azaltýr. Kurak hava debisinin geldiði aylarda dengeleme havuzu devre dýþý býrakýlýr.

Günlük Debi Salýnýmý...

Dengeleme Havuzu Tasarýmý...

Dengeleme havuzunun hacmi günlük debi salýnýmlarýný sönümleyecek þekilde eklenik hacim farklarý yöntemi ile bulunur. Eklenik hacimlerin farklarýnýn mutlak deðerlerinin toplamý dengeleme havuzu hacmini verir. Tasarým debisi 0.610 m³ / sn = 52,704 m³ / gün'dür. Ýki adet dengeleme havuzu inþa edilecektir. Bir dengeleme havuzuna gelen günlük debi Q_{DENGELEME - 1} = ( 52,704 ) / ( 2 ) = 26,352 m³ / gün'dür. Aþaðýdaki tabloda bir dengeleme havuzunun hacmi, eklenik farklar yöntemi ile hesaplanmýþtýr. Saat bazýnda iki dengeleme havuzuna da gelen atýksu miktarlarý ayný olup kabul edilmiþtir.

Saatler	Gelen ( m³ )	Çekilen ( m³ )	Eklenik gelen ( m³ )	Eklenik çekilen ( m³ )	Eklenik farklar ( m³ )
0 - 1	580.00	1,098.00	580.00	1,098.00	- 518.00
1 - 2	520.00	1,098.00	1,100.00	2,196.00	- 1,096.00
2 - 3	500.00	1,098.00	1,600.00	3,294.00	- 1,694.00
3 - 4	520.00	1,098.00	2,120.00	4,392.00	- 2,272.00
4 - 5	630.00	1,098.00	2,750.00	5,490.00	- 2,740.00
5 - 6	790.00	1,098.00	3,540.00	6,588.00	- 3,048.00
6 - 7	940.00	1,098.00	4,480.00	7,686.00	- 3,206.00
7 - 8	1,000.00	1,098.00	5,480.00	8,784.00	- 3,304.00
8 - 9	1,200.00	1,098.00	6,680.00	9,882.00	- 3,202.00
9 - 10	1,850.00	1,098.00	8,530.00	10,980.00	- 2,450.00
10 - 11	2,200.00	1,098.00	10,730.00	12,078.00	- 1,348.00
11 - 12	3,000.00	1,098.00	13,730.00	13,176.00	+ 554.00
12 - 13	4,460.00	1,098.00	18,190.00	14,274.00	+ 3,916.00
13 - 14	2,000.00	1,098.00	20,190.00	15,372.00	+ 4,818.00
14 - 15	1,500.00	1,098.00	21,690.00	16,470.00	+ 5,220.00
15 - 16	1,000.00	1,098.00	22,690.00	17,568.00	+ 5,122.00
16 - 17	700.00	1,098.00	23,390.00	18,666.00	+ 4,724.00
17 - 18	680.00	1,098.00	24,070.00	19,764.00	+ 4,306.00
18 - 19	580.00	1,098.00	24,650.00	20,862.00	+ 3,788.00
19 - 20	500.00	1,098.00	25,150.00	21,960.00	+ 3,190.00
20 - 21	450.00	1,098.00	25,600.00	23,058.00	+ 2,542.00
21 - 22	300.00	1,098.00	25,900.00	24,156.00	+ 1,744.00
22 - 23	250.00	1,098.00	26,150.00	25,254.00	+ 896.00
23 - 24	202.00	1,098.00	26,352.00	26,352.00	0
Toplam	26,352	26,352	-	-	-

Eklenik Hacimler Grafiði...

Bir dengeleme havuzunun hacmi, V_{DENGELEME - 1} = 3,304 + 5,220 = 8,524 m³ olarak hesaplanabilir. Askýda katý maddelerin çökelmemesi için, bir baþka ifade ile, tam karýþýmlý þartlarýn saðlanabilmesi için sisteme verilmesi gereken güç 10 - 30 W / m³'tür. Ortalama bir deðer olarak 20 W / m³ seçilirse, bir dengeleme havuzuna verilmesi gereken güç ;

W_{DENGELEME - 1} = ( 8,524 ) ( 20 ) = 170,480 W ==== 171 kW

Karýþým amacý ile mekanik yüzeysel havalandýrýcýlar kullanýlacaktýr. Böyle bir uygulamada, havuzun boyutlarýný, seçilen yüzeysel havalandýrýcýnýn etki çapý ve etki derinliði belirler. Dengeleme havuzlarý birbirine özdeþ kare parçalarýndan oluþturulacaktýr. Aþaðýda verilen katalog kullanýlarak, bir dengeleme havuzunda seçilen yüzeysel havalandýrýcý tiplerinin belirlenmesi siz kullanýcýlara býrakýlmýþtýr.

Yüzeysel havalandýrýcý kataloðu
Kaynak :

Önemli Ýpuçlarý :

( 1 ) Bir dengeleme havuzuna verilmesi gereken toplam güç 171 kW'týr. ( Not : Katalogda verilen güç deðerleri hp, yani beygir gücüdür. 1 hp = 0.75 kW'týr ). Dolayýsý ile, bir dengeleme havuzunda bulunmasý gereken mekanik yüzeysel karýþtýrýcý sayýsý = ( 171 kW ) / ( * kW / karýþtýrýcý ) = n_{DENGELEME - 1}'dir.

( 2 ) Bir mekanik karýþtýrýcýnýn etki çapý " DCM " ile simgelenmiþ olup birimi ft'tir. ( Not : 1 ft = 0.30 m'dir ).

( 3 ) Bir kenara yerleþtirilen karýþtýrýcý sayýsý n ise, o kenarýn toplam uzunluðu ( B_TOPLAM ve L_TOPLAM ) = n x " DCM "'dir.

( 4 ) Bir mekanik karýþtýrýcýnýn etki derinliði ( h_ETKÝ ) " DEPTH " ile simgelenmiþ olup birimi ft'tir.

( 5 ) Bir dengeleme havuzunun hacmi = ( B_TOPLAM ) ( L_TOPLAM ) ( h_ETKÝ ) = 8,524 m³'tür.

( 6 ) B_TOPLAM = n x " DCM " ve L_TOPLAM = n x " DCM "'dir.

( 7 ) Sonuçta öyle bir seçim yapýlmalý ki, gerekli güç verilmeli ve gerekli tam karýþým saðlanmalýdýr. Bir yaklaþým aþaðýdaki þekilde verilmiþtir.

Dengeleme havuzundan sonraki arýtma ünitelerine üniform olarak verilecek atýksu debisi 1,098 m³ / saat = 0.305 m³ / sn'dir. Bu ünitelerin tasarýmý bu debiye göre yapýlacaktýr.

6. Ön Çökeltme Havuzu Tasarýmý...

Ön Çökeltme Havuzunun Ýþlevi...

Biyolojik arýtýmdan önce atýksuyun bünyesindeki çökelebilen askýda katý maddelerin giderilmesini, ikincil arýtým ünitelerinin daha küçük boyutlarda gerekli verimi saðlamalarýný ve iþletme sorunlarýnýn azaltýlmasýný saðlamaktýr. Kum tutucuda inorganik maddeler giderilir. Atýksuyun bünyesindeki askýda organik maddeler ise ön çökeltme havuzunda giderilir.

Tasarým Kriterleri...

Dikdörtgen planlý ön çökeltme havuzlarýnýn tasarým kriterleri aþaðýdaki gibi özetlenebilir ;

- Alýkonma süresi : ( a ) Damlatmalý filtre süreci öncesinde t = 1.5 - 2.5 saat, aktif çamur süreci öncesinde t = 1.0 - 2.0 saat

- Yüzeysel hidrolik yük : ( a ) Proje debisi için v_S = 30 m³ / m² . gün, ( b ) maksimum debi için v_S = 45 m³ / m² . gün

- Geniþlik / Uzunluk oraný : 1 / 4

Tasarým Verileri...

- Tasarým debisi = 1,098 m³ / saat = 0.305 m³ / sn

- Alýkonma süresi = 2.0 saat

- Yüzeysel hidrolik yük = 30 m³ / m² . gün = 1.25 m³ / m² . saat

- Ön çökeltme havuzu sayýsý = 2 adet ( Not : Her bir dengeleme havuzu bir ön çökeltme havuzuna hizmet edecektir. )

Bir Ön Çökeltme Havuzu Ýçin Tasarým...

- Gerekli toplam havuz hacmi : V_{ÖN ÇÖKELTME - 1} = ( 2.00 ) ( 1,098 ) = 2,196.00 m³

- Gerekli toplam yüzey alaný : A_{ÖN ÇÖKELTME - 1} = ( 1,098 ) / ( 1.25 ) = 878.40 m²

- Geniþlik / Uzunluk oraný : 1 / 4 ==== B = 14.81 m ve L = 59.24 m

Hesaplarda B = 15.00 m ve L = 60.00 m olarak alýnacaktýr. Gerek inþaat açýsýndan gerekse de büyük havuzlarda esen rüzgarýn yaratacaðý türbülansýn ve dalga etkisinin sonucunda oluþacak kýsa çevrintiler açýsýndan, dikdörtgen planlý havuzlarýn maksimum uzunluðu 60 m olarak tercih edilmektedir. Bu uygulamada da kabul edilen maksimum uzunluk 60 m'dir. Yüzey alaný ise, A_{ÖN ÇÖKELTME - 1} = ( 15.00 ) ( 60.00 ) = 900 m²'dir. Havuz derinliði, h = ( V ) / ( A ) = ( 2,196.00 ) / ( 900 ) = 2.44 ==== 2.50 m'dir.

Akým Koþullarý...

Havuzdaki akýmýn laminer olup olmadýðýný belirleyen " Reynolds " sayýsý ( Re ) ve akýmýn kararlý olup olmadýðýný belirleyen " Froude " sayýsý ( Fr ) aþaðýdaki denklemlerle tanýmlanmaktadýr ;

- Re = [ ( V_O ) ( R ) ] / ( MU )

- Fr = ( V_O² ) / [ ( g ) ( R ) ]

Burada ; V_O : yatay akým hýzý ( m / sn ), R : hidrolik yarýçap ( m ), MU : kinematik viskozite ( 10^O'de 1.31 x 10^{- 6} m² / sn), g : yerçekimi ivmesi ( = 9.81 m / sn² )

- Yatay akým hýzý : V_{O - ÖN ÇÖKELTME - 1} = ( Q_{ÖN ÇÖKELTME - 1} ) / [ ( B_{ÖN ÇÖKELTME - 1} ) ( h_{ÖN ÇÖKELTME - 1} ) ] = ( 1,098 / 3,600 ) / [ ( 15.00 ) ( 2.50 ) ] = 8.13 x 10^{- 3} m /sn

- Hidrolik yarýçap : R_{ÖN ÇÖKELTME - 1} = ( A ) / ( X ) = [ ( 15.00 ) ( 2.50 ) ] / [ ( 2 x 2.50 ) + ( 15.00 ) ] = 1.875 m

- " Reynolds " sayýsý : Re = [ ( 8.13 x 10^{- 3} ) ( 1.875 ) ] / ( 1.31 x 10^{- 6} ) = 11,636 > 2,000 olduðundan türbülanslý akým koþullarý söz konusudur.

- " Froude " sayýsý : Fr = ( 8.13 x 10^{- 3} )² / [ ( 9.81 ) ( 1.875 ) ] = 4.42 x 10^{- 7} < 1 x 10^{- 5} olduðundan kararsýz akým koþullarý söz konusudur.

Tabanda Sürüklenme Kontrolü...

Tanecik çökelme hýzý ;

v_S = ( h ) / ( t ) = ( 2.50 ) / ( 2.00 ) = 1.25 m /saat = 3.47 x 10^{- 4} m / sn

Sürükleme hýzý ;

v_D = ( 18 ) ( v_S ) = ( 18 ) ( 3.47 x 10^{- 4} ) = 6.25 x 10^{- 3} m / sn

v_D > v_S olduðundan, dibe çökelen çamurlarýn sürüklenmesi söz konusu deðildir.

Çamur Toplama Çukurlarýnýn Tasarýmý...

Tasarým Verileri...

- Çökeltme havuzu giriþ AKM konsantrasyonu = 325 mg / L
- Çökelen çamurun katý madde içeriði = % 6
- Çamurun özgül aðýrlýðý = 1.030
- AKM giderme verimi = % 60

Tasarým...

- Günlük çamur miktarý = ( 0.60 ) ( 325 g / m³ ) ( 10^{- 3} kg / g ) ( 1,098 m³ / saat) ( 24 saat / gün ) = 5,138.64 kg / gün

- Günlük çamur debisi = ( 5,138.64 kg / gün ) / [ ( 0.06 ) ( 1.030 ) ( 1,000 kg / m³ ) ] = 83.15 m³ / gün

- Bir çökeltme havuzunun içten içe geniþliði 15.00 m'dir. Giriþ kýsmýnda uzun kenarý 3.00 m olan 5 adet çamur toplama haznesi inþa edilecektir. Kesik piramit þeklinde olan çamur toplama haznelerinin tabaný 0.70 m olarak öngörülmüþtür. Hazne kenarýna çökelen bir çamurun yerçekimi etkisi ile tabana kenarlarda birikime uðramadan çökelebilmesi için önerilen yan yüzey açýsý 60^O'dir. Bu durumda çamur toplama haznelerinin yükseklikleriði aþaðýdaki gibi hesaplanabilir ;

tan ( 60 ) = ( h_HAZNE ) / [ ( 3.00 - 0.70 ) / ( 2 ) ] = 1.732 ==== h_HAZNE = 1.99 ==== 2.00 m

- Bir çamur toplama haznesinin hacmi = ( 2.00 / 3 ) { ( 3.00 x 3.00 ) + ( 0.70 x 0.70 ) + [ ( 3.00 x 3.00 ) ( 0.70 x 0.70 ) ]^{1 / 2} } = 7.73 m³

- Toplam çamur haznesi hacmi = ( 5 ) ( 7.73 m³ ) = 38.65 m³

- Çamur çekme sýklýðý = ( 83.15 m³ / gün ) / ( 38.65 m³ ) = 2.15 1 / gün

Giriþ Yapýsý Tasarýmý...

Çökeltme havuzuna su ileten kanalýn daðýtým kanalýna tek bir noktadan girmesi, suyun havuza üniform þekilde girmesine engel olur. Bu nedenle, daðýtým kanalýna iki ayrý noktadan girmesi daha uygun olacaktýr. Giriþ aðzý yapýsý " Stengel " tipinde olacaktýr. " Stengel " tipi giriþ yapýsýnda borudan çýkan su jetinin önüne yerleþtirilen küresel çanaklara çarparak geri yansýmasý ve tekrar havuz akýþý yönüne dönmesi saðlanarak suyun momentumu sönümlendirilir.

Yüksek hýzlý su giriþi çanaðýn enerji kýrma etkisini yetersiz kýlacaðýndan giriþ hýzý 0.50 m / sn olarak seçilmiþtir.

- Tasarým debisi = 1,098 m³ / saat = 0.305 m³ / sn

- Giriþ borularýnýn toplam alaný : A_{G - T} = ( 0.305 ) / ( 0.50 ) = 0.610 m²

- Giriþ borusu çapý : D_G = 0.15 m

- Bir giriþ borusunun alaný : A_{G - 1} = [ ( PI ) ( 0.15 )² ] / ( 4 ) = 0.0177 m²

- Gerekli giriþ borusu sayýsý : n_{G - 1} = ( 0.610 ) / ( 0.0177 ) = 34.46 ==== 34 adet

- Giriþ borularý arasýnda 30.00 cm mesafe olacaktýr. Baþ ve sondaki borular havuz yan duvarlarýnýn hemen kenarýnda inþa edilecektir. B = ( 34 ) ( 15.00 ) + ( 34 - 1 ) ( 30.00 ) = 1,500 cm = 15.00 m

- Küresel çanaklar boru aðzýndan 10.00 cm uzaklýkta monte edilecektir.

- Giriþ kanalý taban eðimi 1 : 5 olarak kabul edilmiþtir.

Çýkýþ Yapýsý Tasarýmý...

Daha hassas ve üniform debi çekimi saðladýklarý için üçgen savaklar kullanýlacaktýr. Savak diþ açýsý ALFA = 90^O ve savak katsayýsý C = 0.60 olarak alýnmýþtýr. Bir üçgen savaktan geçen debi aþaðýdaki eþitlik ile hesaplanabilir ;

q_{ÜS - 1} = ( 8 / 15 ) ( C ) [ tan ( ALFA / 2 ) ] [ ( 2 ) ( g ) ]^{1 / 2} ( h_{ÜS - 1} )^{5 / 2}

Hassas ve üniform debi çekimi için savak üzerindeki su yüksekliði 5.00 cm olarak kabul edilmiþtir.

q_{ÜS - 1} = ( 8 / 15 ) ( 0.60 ) [ tan ( 90 / 2 ) ] [ ( 2 ) ( 9.81 ) ]^{1 / 2} ( 0.05 )^{5 / 2} = 7.92 x 10^{- 4} m³ / sn . savak

Gerekli savak sayýsý ;

n_{ÜS - 1} = ( 0.305 m³ / sn ) / ( 7.92 x 10^{- 4} m³ / sn . savak ) = 385 savak ==== 400 savak

400 adet savaðýn 15.00 m'lik havuz geniþliðine bir sýra halinde yerleþtirilmesi olanaksýzdýr. Ýki seçenek söz konusudur ;

( a ) Akým yönüne dik yerleþtirilen savaklar ve toplama oluklarý.

( b ) Akým yönüne paralel yerleþtirilen savaklar ve toplama oluklarý.

Her iki seçenekte de, yüzücü katýlarýn kaçmasýný önlemek üzere, savaklarýn önüne dalgýç perdeler inþa edilecektir. Dik yerleþimde savak öncesi dalgýç perdeler oluklarýn uzunluðu boyunca monte edilebilir. Bu durumda ön çökeltme havuzunun faydalý uzunluðu azalmaz, ancak dalgýç perde uzunluðu artar. Paralel yerleþimde ilk oluðun önüne tek bir dalgýç perde monte edilebilir. Bu uygulama dalgýç perde uzunluðunu azaltýrken, ön çökeltme havuzunun faydalý uzunluðunun azalmasýna neden olur. Çünkü, faydalý uzunluk giriþteki dalgýç perdeden çýkýþtaki dalgýç perdeye kadardýr. Ön çökeltme havuzu uzunluðu sýnýr deðerde ( 60.00 m ) olduðundan bu tasarýmda ( a ) seçeneði uygulanabilir. Ancak, bu seçenekte önde yer alan savaklardan, geridekilere kýyasla daha fazla su çýktýsýnýn olmasý ve bu nedenle çýkýþ oluklarýnýn hidrolik hesabýnýn zorluðu unutulmamalýdýr. Tasarýmda ( b ) seçeneði uygulanacaktýr. Savak plakalarýnýn uzunluðu 1.50 m olacak ve her bir olukta 10'ar adet plaka bulunacaktýr. Bir savak plakasý aþaðýdaki þekilde verilmiþtir.

Herbir plakada 5 savak yer almaktadýr. Bir oluðun bir kenarýndaki plaka sayýsý 10 olduðundan bir oluðun kenarýnda 5 x 10 = 50 savak bulunur. Bir oluðun iki kenarý dikkate alýndýðýnda bir olukta 2 x 50 = 100 savak mevcuttur. 4 oluk inþa edileceðinden toplam savak sayýsý 4 x 100 = 400'dür.