Küçüksu atıksu ön arıtma tesisi ileri arıtma alternatiflerinin değerlendirilmesi
Evaluation of advenced treatment alternatives for Küçüksu wastewater pre-treatment plant
Yazar: FATMA NUR KARATAŞ
Danışman: PROF. DR. ÖZLEM KARAHAN ÖZGÜN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Çevre Bilimleri, Mühendisliği ve Yönetimi Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Sınırlı bir kaynak olan su, nüfüs artışıyla birlikte artan kentleşme ve endüstrileşme sonucu, hızla tüketilmektedir. Bu tüketimle birlikte atıksuların doğrudan doğal ortamlara verilmesi çeşitli sağlık ve çevre problemlerine yol açmaktadır. Mevcut su kaynaklarının korunması için kirlenmelerinin önüne geçilmesi ve verimli bir şekilde kullanılması gerekmektedir. Dahası atıksuların arıtılıp su kaynaklarına deşarj edilmesinin önüne geçilerek, yeniden kazanılması gerekmektedir.
İstanbul gibi kentleşmenin yüksek olduğu bir şehirde klasik arıtma sistemleri için gerekli olan alan ihtiyacı karşılanamamaktadır. Bu nedenle atıksuların aerobik granüler çamur ve membran biyoreaktör gibi daha az alan ihtiyacı olan yöntemlerle arıtılıp hatta geri kazanılması su kaynaklarının geleceği açısından önem arz etmektedir.
Bu kapsamda Küçüksu Atıksu Ön Arıtma Tesisi detaylıca tanıtılarak evsel atıksuların arıtıldığı klasik sistemler açıklanmış ve bu sistemlere alternatif olan prosesler araştırılmıştır.
Aerobik granüler çamur prosesi, özellikleri, granül oluşumu ve mekanizması, bunları etkileyen faktörler açısından araştırılmış ve dünyada uygulanan tam ölçekli çalışmalardan örnekler sunulmuştur. Küçüksu Atıksu Ön Arıtma Tesisi'ne gelen atıksuyun, aerobik granüler çamur prosesine göre tasarımı yapılmıştır. Tesis için gerekli olan alan ihtiyacının 11.520 m2 olduğu ve bu ihtiyacın tesisin yanında bulunan 37410 m2'lik alandan karşılanabileceği görülmüştür.
Membran biyoreaktörler hakkında türleri, konfigürasyonları, membran türleri ve sistemleri hakkında bilgiler verilmiş ve avantaj ve dezavantajları araştırılmıştır. Tam ölçekli işletilen membran biyoreaktörler örnek olarak sunulmuştur. Günlük debi ve kirletici parametrelerine göre Küçüksu Atıksu Ön Arıtma Tesisi'ne gelen atıksuyun tasarımı yapılmıştır. Tesis için gerekli olan alan ihtiyacının 21.500 m2 olduğu ve gerekli olan alan ihtiyacının tesisin yanında bulunan alandan karşılanabileceği görülmüştür. Alan ihtiyacı ile birlikte iyi kalitede çıkış suyunun membran sistemlerle elde edilebileceği görülmüştür. Dahası laboratuvar ölçekli entegre sistem çalışmalarından örnekler verilmiştir ve bu entegre sistemlerin atıksuların yeniden kullanılabilmesi açısından önemli olduğu ve proseslerin verimini arttırdığı görülmüştür.
Sonuç olarak, bu tez kapsamında Küçüksu Atıksu Ön Arıtma Tesisi için uygun olan proses olarak Aerobik Granüler Çamur ve Membran Biyoreaktör prosesleri belirlenmiştir. Bu proseslere göre tasarımları ve değerlendirilmeleri yapılmıştır.

Abstract:
Water, which is a limited resource, is consumed rapidly because of increasing urbanization and industrialization with the increase in population. With this consumption, the direct discharge of wastewater into natural environments causes various health and environmental problems. To protect existing water resources, it is necessary to prevent their pollution and use them efficiently. Moreover, wastewater should be treated and reclaimed by preventing discharge to water resources.
In a city like Istanbul where urbanization is high, the space requirement for conventional treatment systems cannot be met. For this reason, it is important for the future of water resources to treat and even recover wastewater with methods that require less space such as aerobic granular sludge and membrane bioreactor.
In this context, the Küçüksu Wastewater Pre-Treatment Plant was introduced in detail, and classical systems for the treatment of domestic wastewater were explained and alternative processes to these systems were investigated.
Aerobic Granular Sludge is a technology developed for the treatment of domestic and industrial wastewater. Aerobic Granular Sludge technology allows selected microorganisms to grow as granules instead of flocs, by performing a sequential batch feed for combined carbon, nitrogen and phosphorus removal. Compared to activated sludge, Aerobic Granules have a spherical, compact, prominent wall and better settling properties. The granular growth of microorganisms allows them to have a high settling rate.
The aerobic granular sludge process, its properties, granule formation and mechanism are investigated in terms of the factors affecting them, and examples from full-scale studies applied in the world are presented. The aerobic granular sludge process, the wastewater coming to Küçüksu Wastewater Pre-Treatment Plant, has been designed and it has been seen that the required area for the plant is 11.520 m2, and this need can be met from the 37410 m2 area next to the facility.
Membrane bioreactors (MBR) are widely used for the treatment of industrial and domestic wastewater by combining membranes and biological processes. While organics and nutrients are removed through biological reactions in MBR, thanks to the membrane used in the reactor, the treated water and biomass are physically separated and the biomass remains in the reactor. Settlement tanks in traditional treatment processes are carried out in a single tank with porous membranes with a pore diameter of 0.05-0.1 μm, which are eliminated in membrane bioreactors and biological oxidation and water/biomass separation. High quality effluent is obtained because it is small enough for bacteria and activated sludge flocs to pass through. In MBR, the purified water quality obtained as a result of tertiary wastewater treatment is achieved.
Types and configurations of membrane bioreactors systems, types and information about membrane systems are given and advantages and disadvantages are investigated. Full-scale operated membrane bioreactors are presented as an example. Wastewater coming to Küçüksu Wastewater Pre-Treatment Plant was designed according to the daily flow rate and pollutant parameters. It has been observed that the area requirement for the facility is 21.500 m2 and the required space requirement can be met from the area next to the facility. It has been seen that good quality effluent can be obtained with membrane systems together with the space requirement.
Examples from laboratory-scale integrated system studies are given and it has been seen that these integrated systems are important in terms of reuse of wastewater and increase the efficiency of the processes.
As a result, within the scope of this thesis, Aerobic Granular Sludge and Membrane Bioreactor processes were determined as the suitable process for Küçüksu Wastewater Pre-Treatment Plant. Designs and evaluations were made according to these processes.