Oksidasyon Hendeði...

"Oksidasyon Havuzu" ile ilgili Ýngilizce detay bilgi için "ani52/ani4042.html" sayfasýna gidiniz...

Uzun havalandýrmalý aktif çamur sürecinin tek farký hidrolik alýkonma süresinin en az 18 saat olmasýdýr. Süreç yüksek KAS'nde (düþük F:M'de) iþletilir ve tüm mikroorganizmalar için yeterli substrat yoktur. Bunun sonucunda mikroorganizmalar birbirleriyle rekabet ederler ve substrat yokluðunda iç solunuma girerek kendi hücrelerini tüketirler. Bu durum çýkýþ suyu kalitesinin yükselmesine ve düþük çamur üretimine neden olur. Arýtma verimi % 90'dan daha fazladýr. Bu süreçlerde ön çökeltme havuzu genellikle uygulanmaz. Küçük yerleþim bölgelerinin ve tatil sitelerinin atýksularýnýn arýtýlmasýnda yaygýn bir þekilde kullanýlmaktadýr. Sistemin olumsuz yanlarý, yüksek oksijen gereksinimine sahip olmasý ve gerekli alýkonma süresinin saðlanmasý için büyük havuz hacmi gerektirmesidir. Oksidasyon hendeði uzun havalandýrmalý sürecin bir varyasyonudur. Atýksu, oval planlý bir havuza verilir ve havalandýrma genelde "rotor" adý verilen fýrça tip yüzeysel mekanik havalandýrýcýlar ile gerçekleþtirilir. Günümüzdeki uygulamalarda "jet" havalandýrma sistemleri de kullanýlmaktadýr. Sonsuz bir akým yörüngesine sahip suyun yatay akým hýzý, askýdaki taneciklerin çökelmesini önlemek amacý ile 0.2 ila 0.4 m/sn arasýnda tutulur. Bu süreçte, genelde saðlanan yüksek alýkonma süresi nedeni ile nitrifikasyon da gerçekleþmektedir.

Oksidasyon hendeklerinin popülaritesi hýzla artmaktadýr. Bu sistemde, havuz içeriði bir yüzeysel havalandýrýcý veya rotor ile dairesel bir yörünge boyunca hareket ettirilir. Bu süreçte, çözünmüþ oksijen içeriði havalandýrýcýdan itibaren su çevrimini yaptýkça azalýr. Nitrifikasyon ve denitrifikasyon ayný havuzda gerçekleþtirilebilir. Alýþýlagelen oksidasyon hendeklerinde, havuza giriþ havalandýrýcýnýn yakýnýndan, çýkýþ ise havalandýrýcýya gelmeden biraz önce yapýlýr. Nitrifikasyon-denitrifikasyon yapan süreçlerde ise, giriþ denitrifikasyonun baþlama bölgesinde uygulanýr. (1) ýzgara yapýsý, (2) türbin karýþtýrýcýlar, (3) denitrifikasyon bölgesi, (4) ara geçiþ yapýsý, (5) köprü, (6) rotor havalandýrýcýlar ve (7) çýkýþ yapýsý.

Evsel nitelikli atýksularýn ortalama toplam fosfor miktarý 8 ila 10 mg/L arasýnda deðiþir. Bu deðer toplam BOÝ₅'in 1:20'si kadardýr. Aktif çamur süreçleri, toplam fosforun biyolojik olarak sadece 1 ila 3 mg/L'lik kýsmýný giderebilir. Bazý atýksu arýtma tesislerinde % 50 ila 90 oranýnda deðiþen fosfor giderimi doðal olarak oluþmaktadýr. Yüksek oranlarda fosfor giderimi eldesi için, piston akýmlý havuz, hafifçe alkali pH, yeterli çözünmüþ oksijen konsantrasyonu ve düþük CO₂ konsantrasyonu saðlanmalýdýr. Bu arada aktif nitrifikasyonun olmamasý gerekir. Daha yüksek oranlarda fosfor giderimi eldesi için, havalandýrma havuzuna, çözünmez yapýda fosfor çökelekleri oluþturacak metal iyonlarý ilave edilebilir. Daha sonra fosfat son çökeltme havuzunda çökelen biyolojik yumaklarla beraber tutulur. Genellikle, (+2) veya (+3) deðerlikli demir veya asit tuzlarý veya alüminat þeklindeki alüminyum kullanýlýr. Ýlave edilen madde miktarýnýn ve pH'ýn kontrolu ile istenen giderme verimi elde edilebilir. Fosfor giderimi için kimyasal madde kullanýmýnýn iki önemli dezavantajý vardýr; çamur miktarýnýn artmasý ve çamurun su içeriðinin azaltýlmasý. Sürecin verimi sistemin pH'ý ile direkt ilgilidir.

Alýcý ortam standartlarýnýn saðlanabilmesi açýsýndan, nitrifikasyon sonrasý oluþan nitratýn giderilmesi gerekebilir. Bu süreç, dýþsal bir karbon kaynaðýnýn ilavesinin söz konusu olduðu anaerobik þartlarda ve uygun bakterilerin varlýðýnda meydana gelirse denitrifikasyon adýný alýr. Denitrifikasyon süreçleri ile ilgili bilgi son derece kýsýtlýdýr. Tasarýmda, genelde, KAS kullanýlýr. BOÝ₅ giderimi için gerekli olan ortamýn aksine, denitrifikasyon için anaerobik veya daha uygun bir terim ile anoksik þartlar saðlanmalýdýr. 0.5 mg/L'lik bir çözünmüþ oksijen konsantrasyonunun dahi denitrifikasyon bakterilerine toksik etki yaptýðý ileri sürülmektedir. Denitrifikasyon için dýþsal bir organik karbon ilavesine gerek vardýr. Ýki kademeli süreçlerde, BOÝ₅ daha önce giderildiði için denitrifikasyona yetecek düzeyde organik madde bulunmaz. Denitrifikasyon sürecini hýzlandýrmak için genelde metanol suya ilave edilir.

Metanol azot içermez ve düþük konsantrasyonlarda toksik etki sergilemez. Metanol ilavesinin gereðinden fazla yapýlmasý durumunda çýkýþ suyu BOÝ₅ konsantrasyonu artacaktýr. Bununla birlikte, denitrifikasyon reaktörü ile çökeltme havuzu arasýna bir havalandýrma havuzunun yapýlmasý bu sorunu ortadan kaldýrýr. Eðer yeterli metanol verilmemiþse nitrat giderme verimi düþer. Metanol yerine, çökeltimden geçirilmiþ ham evsel atýksu da kullanýlabilir. Bununla birlikte, bu uygulama ile çýkýþ suyu BOÝ₅ ve amonyak konsantrasyonlarý artacaktýr. Verimli bir denitrifikasyon eldesi için, nitrifikasyon çýkýþýndaki atýksuda en azýndan 3:1'lik bir C:N oraný gereklidir. Bu deðerden daha düþük bir oran, denitrifikasyon hýzýnýn azalmasýna neden olur. Çýkýþ suyu kalitesinin korunmasý için önerilen diðer bir yöntem de, denitrifikasyon ünitesinin aerobik reaktörden önce tesis edilmesi ve nitrifikasyon ünitesi çýkýþ suyunun yüksek oranlarda denitrifikasyon ünitesine geri çevrilmesidir.

Dýþsal bir karbon kaynaðýna gerek kalmadan % 70 ila 90 oranýnda nitrat giderimi saðlanabilmektedir. Bu durumda, nitrifikasyon ünitesi çýkýþ suyunda mümkün mertebe sýfýra yakýn bir çözünmüþ oksijen konsantrasyonu saðlanmalýdýr. Gerekli pH aralýðý 5.8 ila 9.2'dir. Optimum deðer ise 7.0 ila 8.2 arasýndadýr. Denitrifikasyon sürecinde 1 mg nitrat azotunun giderimine karþýlýk 3.6 mg CaCO₃ alkalinitesi üretilir. Reaksiyon hýzý 5 °C için 0.013 g NO₃ ^- / g MLSS . saat iken 27 °C'de 0.16 g NO₃ ^- / g MLSS . saat olmaktadýr. Denitrifikasyonun kýþ mevsiminde bile oluþtuðu saptanmýþtýr. Ancak, özellikle 10 °C'nin altýndaki sýcaklýklarda hýz oldukça yavaþlamaktadýr. Entegre nitrifikasyon-denitrifikasyon sisteminde ilk ünite denitrifikasyon ünitesidir ve daha sonra karbonlu maddelerin giderildiði ve ayný zamanda nitrifikasyonun gerçekleþtirildiði ünite yeralýr.

Bu uygulamada karbon kaynaðý ham atýksudur. % 80 gibi yüksek bir toplam Kjeldahl azotu giderme verimi eldesi olasýdýr. Bazý uygulamalarda denitrifikasyon ünitesi sabit film reaktöründen teþkil edilmektedir. Azot giderme verimini en az % 90 mertebesine çýkarmak için dört kademeli sistemler geliþtirilmiþtir. Bu sistemde daha az metanol ilavesi ile daha yüksek nitrat indirgenmesi saðlanmaktadýr. Birinci ve üçüncü havuzlarýn tasarýmý, minimum sýcaklýkta istenen denitrifikasyonunun eldesine olanak tanýyacak þekilde yapýlýr. Nitrifikasyon bakterileri ikinci ünitede baskýn durumdadýrlar ve KAS bunlarýn yýkanýp sistemden atýlmasýný önleyecek kadar uzundur. Toplam KAS deðeri 30 ila 50 gün arasýnda deðiþir. Dördüncü havuzun ana amacý, üçüncü havuzdan gelen karbon dioksitin sýyýrýlmasý, kalan amonyaðýn oksitlenmesi, çözünmüþ oksijen konsantrasyonunun arttýrýlmasý, fosfatýn çökeltme havuzunda sývý fazýna geçmesinin önlenmesi ve iyi bir çökeltim için gereken þartlarýn hazýrlanmasýdýr.

Evsel nitelikli atýksuyun içerisindeki BOÝ₅ konsantrasyonunun % 90 mertebesinde giderimi için bazen tek kademe yerine çok kademeli aktif çamur süreçleri de uygulanabilmektedir. Çok kirli evsel atýksular için çok kademeli süreç, ayný reaktör hacmi için, tek kademeli sürece kýyasla daha iyi bir çýkýþ suyu eldesi saðlar. Diðer bir seçenek de, biyolojik arýtýmdan önce kimyasal arýtýmýn uygulanmasýdýr. Çok kademeli sistemler, genelde, nitrifikasyon ve denitrifikasyonun istendiði durumlarda tercih edilir. Birinci kademede, ki bu yüksek hýzlý veya modifiye havalandýrmalý aktif çamur süreci olarak da adlandýrýlabilir, % 80 ila 90 oranýnda gerçekleþen BOÝ₅ giderimi gerçekleþir. Ýkinci kademede ise, nitrifikasyon oluþur. Nitrifikasyonun ikinci kademeye alýnmasý ile gerekli reaktör hacmi azalýr. Birinci kademe karbonlu, ikincisi ise azotlu maddelerin giderimi esasýna göre tasarýmlanýr. Bu sürecin olumsuz yanlarý, daha fazla çamur oluþumu, ilave çökeltim havuzu maliyeti ve pH kontrolu için kimyasal madde masrafýdýr. Ayrýca ikinci kademeden bakteri kaçýþýnýn kontrolü de çok önemlidir. Hücre sentezi için yeterli katý konsantrasyonunun eldesi, ancak, giren atýksuyun bir miktarýnýn ikinci kademeye "by-pass" edilmesi ve birinci kademeden alýnan çamurun ikinci kademeye verilmesi ile olasýdýr. Birinci kademeden sonra çökeltme havuzu yer almayabilir. Bununla beraber, nitrifikasyon ünitesine katý girdisi olumsuz etki yaratabilir. Ýkinci kademenin tasarýmýnda 20 ila 40 mg/L'lik BOÝ₅ konsantrasyonu dikkate alýnýr. Böylelikle ikinci reaktörde daha fazla nitrifikasyon bakterisi ürer.

Üç kademeli aktif çamur sürecinin birinci kademesinde karbonlu maddelerin giderimi, ikinci kademesinde nitrifikasyon, üçüncü kademesinde ise denitrifikasyon gerçekleþir. Bu süreç toplam azotun giderilmesinde oldukça etkindir. Bununla birlikte, bu süreç dýþsal karbon kaynaðý (metanol) gerektirir. Denitrifikasyon ünitesinden sonra azot gazýnýn ve uçucu organiklerin sýyýrýlmasý amacý ile bir havalandýrma ünitesinin tesis edilmesinde yarar vardýr. Azot kabarcýklarý çamur yumaklarýna tutunurlar ve son çökeltme havuzunda çamurun yüzmesine neden olurlar. Üç kademeli sürecin olumsuz yanlarý iki kademelininki ile aynýdýr. Biyolojik aktivitenin her kademede gerçekleþen faaliyetler için optimize edilmesine raðmen, ilk yatýrým masrafý oldukça yüksektir. Ayrýca, iþletme masrafýný arttýran diðer bir etmen de metanol sarfiyatýdýr.

Azotlu Maddelerin Oksidasyonu (Nitrifikasyon)...

Atýksuyun arýtýmý için gerekli oksijenin belirli bir kýsmý, amonyaðýn nitrata yükseltgenmesinde kullanýlýr. Ototrofik bakteriler olan Nitrosomonas ve Nitrobacter bu iki kademeli oksidasyondan sorumludur. Nitrifikasyon bakterileri, hücre büyümesi için, atýksudaki karbon dioksit ve onunla ilgili iyon türleri gibi oksitlenmiþ karbon bileþiklerini kullanýrlar. Bu nedenle, büyümeleri ve geliþmeleri için karbonlu maddelerin giderimi tamamlanmýþ olmalýdýr. Nitrifikasyon bakterileri gerekli olan enerjilerini amonyaðýn önce nitrite ve nitritin de nitrata yükseltgenmesi sonucunda elde ederler. Bu reaksiyonlar sýrasýnda açýða çýkan enerji miktarý oldukça az olduðundan ve ayrýca bu enerjinin karbon dioksitin hücresel karbona dönüþtürülmesinde kullanýlmasýndan dolayý, aktif çamur süreçlerindeki nitrifikasyon bakterisi sayýsý oldukça azdýr.

Nitrifikasyon bakterilerinin büyüme hýzlarýný, iz elementlerin varlýðý da etkiler. Kalsiyum, bakýr, demir, magnezyum, mangan, fosfor, sodyum ve çinko gibi elementler büyüme için gereklidir. Bakýr, amonyaðýn nitrite yükseltgenmesi kademesinde enzimleri aktive eden bir "ko-faktör"dür. Molibden Nitrobacterin büyümesini hýzlandýrýr. Nitrifikasyon bakterileri evsel atýksularda bulunur. Bununla beraber, aktif çamur süreçlerinde birçok atýksu, sistem karbonlu maddelerin giderimini saðlayan organizmalarýn hýzlý büyümesine göre tasarýmlandýðýndan dolayý nitrifiye edilemez. Katý alýkonma süresinin (KAS) arttýrýlmasý ile nitrifikasyon gerçekleþir. Yüksek KAS nitrifikasyon bakterilerinin belirli bir sayýda bulunmasýný saðlar. Tam nitrifikasyon için gerekli olan oksijen miktarý oldukça fazladýr. Evsel atýksuyun 20 ila 30 mg/L mertebesinde amonyak azotu içermesi ve 1 mg amonyak azotunun 4.3 ila 4.6 mg O₂ / mg NO₃^-'lik oksijen gereksinimi, aktif çamur süreci için gerekli olan toplam oksijen gereksinimini ve dolayýsý ile sistemin kurulu gücünü arttýrýr.

Nitrifikasyonun gerçekleþmesi için % 90'ýn üzerinde bir amonyak azotu giderimi sözkonusudur. Daha önce de deðinildiði gibi, nitrifikasyon KAS'ne baðlýdýr ve en azýndan 10 gün'lük bir KAS gerektirir. Sabit bir sýcaklýkta, nitrifikasyon eldesi için gerekli havalandýrma süresi, genellikle, giren BOÝ₅ konsantrasyonunun artmasý ile artar. Bunun nedeni, yüksek karbonlu madde nedeni ile artan karbonlu madde gideren organizma sayýsý karþýsýnda nispi nitrifikasyon bakterisi sayýsýnýn azalmasýdýr. Nitrifikasyon için yüksek KAS gerektiðinden, azot oksidasyonu için iki kademeli aktif çamur sürecinin yapýlmasý önerilmektedir. Ýlk kademede teþkil edilen yüksek hýzlý aktif çamur sürecinde karbonlu madde giderimi gerçekleþtirilir. Ýkinci kademede ise nitrifikasyon gerçekleþtirilir. Her kademe ayrý bir çökeltme havuzuna ve geri çevrim oranýna sahiptir.

Oksijen konsantrasyonunun 1 mg/L'den daha az olmasý nitrifikasyon bakterilerini inhibe eder. Yüksek KAS'nde ve düþük oksijen alým hýzlarýnda, nitrifikasyon bakterileri için sistemde daha fazla oksijen bulunacaktýr. Nitrifikasyon bakterilerinin büyümesi için gerekli olan optimum pH aralýðý 8-9'dur. Nitrifikasyon için çok geniþ bir sýcaklýk aralýðýnýn verilmesine raðmen, sýcaklýðýn azalmasý ile nitrifikasyon hýzý azalýr. KAS'nin arttýrýlmasý ile düþük sýcaklýðýn etkisi karþýlanabilir. Amonyaðýn nitrata yükseltgenmesi sýrasýnda mineral asidite üretilir. Yeterli alkalinite yoksa, sistemin pH'ý düþer. Sonuçta nitrifikasyon inhibe edilebilir. Atýksuyun tamponlama kapasitesine baðlý olarak, oksitlenen 1 mg amonyak azotu baþýna 7.1 mg CaCO₃ alkalinitesi tüketilir. pH'ý sabit tutmak için, oksitlenen 1 kg amonyak azotu baþýna 5.4 kg sulu kireç ilave edilmelidir. Nitrifikasyon süresince 50 mg/L'lik bir kalýntý alkalinitenin korunmasý gerekir.