Derin deniz deşarjı sistemlerinin atıksu arıtma sistemleriyle mukayesesi ve İstanbul örneği
The comparison of deep sea outfall systems and wastewater treatment systems with samples of İstanbul
Yazar: ERHAN ÇELİK
Danışman: PROF.DR. AHMET DEMİR
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2005
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
ÖZET Arıtma tesislerinin arıtma kapasiteleri arttıkça birim işletme maliyetinin azaldığı bilinmektedir. Bu sebeple imkanlar elverdiği ölçüde atıksuların bir yerde toplanarak arıtılması daha ekonomik olacaktır. Ancak atıksuların bir yere toplanabilmesi yerleşimin dağılımına, iskan alanının topoğrafik yapısına bağlıdır. Ana terfi pompalarının elektrik tüketim değerleri öngörüsü için 4.2 watt-sa/lm3-atıksuların değeri kabulü yapılabilir. Mekanik Arıtmaya Müteakip Deniz Deşarjı Sistemleri, Biyolojik ve İleri Biyolojik Arıtma Sistemleri'ne göre çok daha az mekanik ekipman bulunduğundan ve yetişmiş eleman gerektirecek bir proses bulunmadığından büyük kapasiteli terfi pompalan da yoksa mühendis çalıştırmadan işletilebilir. Ancak atıksuların terfi ettirilmesinin gerektiği büyük kapasiteli tesislerde 1 veya 2 tane tecrübeli mühendisin çalıştırılması gerekecektir. 350.000 -500.000 m3/gün arasındaki debiyi mekanik arıtmadan geçiren ve bu debiyi yaklaşık 15 m yükseldiğe çıkarabilecek kapasitedeki terfi pompalarının bulunduğu arıtma tesisinin işletilmesinde 2 si mühendis olmak üzere toplam 24-34 kişilik personel yeterli olmaktadır. Kaba ızgara, ince ızgara ve havalandırmalı kum tutucu düzeneklerinden oluşan mekanik arıtma kısmının birim elektrik sarfiyatının 3.7 watt-sa/m3 olacağı söylenebilir. 350.000-500.000 m3/gün arasında debiyi arıtan bir mekanik arıtma tesisinin işletme gideri birim maliyeti 0.0043-0.0047 $/m3-atıksu ozonla koku giderimi yapan KKB (Koku Kontrol Birimi) bulunmayan sadece mekanik arıtma yapan bir tesisin toplam işletme maliyeti de 0.0047-0.0051 $/m3-atıksu arasında olacaktır. Ozonla koku kontrolü yapan mekanik arıtma tesilerinin birim işletme maliyeti 0.0075 $/m3-atıksu civarında olacaktır. Ozonla koku kontrolü yapan 300.000-500.000 m3/gün debide atıksu arıtan mekanik arıtma tesislerinin işletme ve birim işletme maliyeti yaklaşık olarak Toplam İşletme Maliyeti ($/ay) = 0.0075*Q + [4.2*Q*H*(YTL/kw-sa)*($/YTL)] (Terfi varsa terfi maliyeti) Birim İşletme Maliyeti ($/m3) = 0.0075 + [4.2*H*(YTL/kw-sa)*($/YTL)] (Terfi varsa terfi maliyeti) Q : Atıksu debisi (m3/ay) H : Yük kayıpları da dahil terfi yükseldiği (m) denklemlerinden hesaplanabilir. Biyolojik veya ileri biyolojik atıksu arıtma sistemleri kapasitelerine göre 60.000 m3/gün debili bir tesis 9 u mühendis olmak üzere toplam 70 kişiyle, 230.000 m3/gün debili bir tesis 9 u mühendis toplam 80 kişiyle, 665.000 m /gün debili bir tesis 9 u mühendis toplam 125 kişiyle işletilebilmektedir. Çamur oluşan ve çamur susuzlaştırma yapan arıtma tesislerinde (3 tanesinde) çamur susuzlaştırma ekipmanına (bant filtre veya santrifüj) % 4 KM den daha fazla KM içeren çamurların gönderilmesi halinde yüksek KM oranlı (>%25) bir çamur keki ve düşük konsantrasyonlu bir sentrat suyu çıkışı elde etmek için kullanılması gerekli optimum polielektrolit miktarının ortalama 3 kg-poli/1-ton kuru madde olduğu ortaya çıkmıştır. xiBiyolojik atıksu arıtma sistemlerinin elektrik sarfiyatının birim maliyeti ortalama 0.0117 $/m3-atıksu, ileri biyolojik arıtma tesislerinin elektrik sarfiyatının birim maliyetinin de ortalama 0.034 $/m3-atıksu olarak alınabilir. Biyolojik ve İleri Biyolojik Arıtma Tesislerinin (terfi için harcanan elektriğin maliyeti ile gaz üretimiyle enerji eldesi hesap dışında tutulduğunda) işletme giderinin birim maliyetinin 60.000 m3/gün debili bir tesisin 0.081 $/m3- atıksu, 230.000 m3/gün debili bir tesisin 0.029 $/m3-atıksu, 665.000 m3/gün debili bir tesisin 0.013 $/m3 -atıksu olacağı düşünülebilir. Biyolojik atıksu arıtma sistemlerinin birim elektrik sarfiyatının ortalama 110 watt/m3 -atıksu, 450-550 kw-sa/ton-BOl5, ileri biyolojik arıtma tesislerinin birim elektrik sarfiyatının da ortalama 320 watt/m3 -atıksu 1480kw-sa/ton-BOI5 olacağı söylenebilir. Paşaköy İleri Biyolojik Arıtma Tesisi'nde yaklaşık 40 m lik bir terfide birim toplam işletme maliyeti 0.1145 $/m -atıksu değerinden 0.1329 $/m3-atıksu değerine % 16.1 lik bir artış oram ile yükselmiştir. Tuzla Biyolojik Arıtma Tesisi'nde birim işletme maliyeti 0.0407 $/m3-atıksu değerinden yaklaşık 18 m lik bir terfi ile % 20.5 artarak 0.0493 $/m3-atıksu değerine yükselmiştir. ASKİ Biyolojik Arıtma Tesisi'nde ise gazdan elektrik enerjisi üretimiyle birim toplam işletme maliyeti 0.0244 $/m3-atıksu değerinden % 44.3 azalarak 0.0136 $/m3-atıksu değerine düşmüştür. Paşaköy İleri Biyolojik Arıtma Tesisi'nde nitrifikasyon için de ilave oksijen verilmesi gerektiğinden sadece organik karbon giderimi yapan biyolojik arıtma tesislerinden biyolojik arıtma ünitesi olarak daha fazla elektrik tüketmekte olduğundan ve terfi yüksekliğinin fazla olmasından dolayı birim işletme maliyeti oldukça yüksek çıkmıştır. İleri biyolojik arıtma sistemlerinde ( Nutrient gideren sistemler) çamur bekletme süresinin fazla olması sebebiyle içsel solunumla organik kısmın önemli miktarı okside olduğundan çamurun anaerobik çürütülmesinden sadece karbon giderimi yapan aktif çamur prosesi atık çamurlarının çürütülmesiyle açığa çıkacak olan metandan daha az bir metan gazı elde edilecektir. ASKİ Biyolojik Arıtma Tesisinin terfi yapmaması ve gaz üretimi ile elektrik sarfiyatının %90 lik gibi önemli kısmım karşılaması dolayısıyla birim işletme maliyeti yaklaşık 14-15 m terfi yapan İstanbul'daki Mekanik Arıtmaya Müteakip Derin Deniz Deşarjı Sistemleri'nin (incelenen iki adet tesise göre) neredeyse birim işletme maliyetine düşmüştür. Tuzla Biyolojik Arıtma Tesisi'nin elektrik gider maliyeti toplam maliyetinin yaklaşık olarak % 41 ni teşkil etmektedir. Bu sebeple anaerobik çürütücülerden çıkacak gazı elektriğe dönüştürecek sistemin teçhiz edilmesiyle ve iyi bir işletme koşullarında işletme maliyeti önemli oranda düşecektir. Mekanik Arıtmaya Müteakip Derin Deniz Deşarjı Sistemleri'nin kapasite üzerinden hem birim ilk yatırım maliyeti hem de birim işletme maliyeti Biyolojik ve İleri Biyolojik Arıtma Sistemleri'ne göre çok daha ekonomiktir. Anahtar kelimeler: Mekanik Arıtmaya Müteakip Derin Deniz Deşarjı Sistemleri, Paşaköy İleri Biyolojik Arıtma Tesisi, Tuzla Biyolojik Arıtma Tesisi, ASKİ Biyolojik Arıtma Tesisi, birim işletme maliyeti, elektrik sarfiyatının birim maliyeti, birim toplam işletme maliyeti xii

Abstract:
ABSTRACT It is known that as the capacity of treatment plant increases the unit cost of operation decreases. For this reason it is more economical to collect and treat the wastewater at one place as it is possible. However, to collect wastewater at one place depends on distribution of population and topographical form of the housing area. The electricity consumption of main pumps could be accepted as 4,2 watt-h/1 m3 wastewater (ww)-l m. As Mechanical Treatment Plants with Deep Sea Outfall Systems has less mechanical equipment than Biological and Advanced Biological Treatment Plants, being no process that needs expert personnel and if no high capacity main pumps, they can be operated without any engineers. However, one or two engineers should be employed in high capacity plants that wastewater has to pumped. 24-34 personnel including 2 engineers are enough for operation of the mechanical treatment plants with capacity of 350,000-400,000 mVd and have pumps for 15 m height. The electricity consumption of mechanical treatment consists of coarse screen, fine screen and aerated grit chamber can be said 3.7 watt-h/m3. The unit operation cost of a mechanical treatment plant with 350,000-500,000 m3/d will be 0.0043-0.0047 $/m3-ww and the unit cost of a mechanical treatment plant with odour removal by ozone without Odour Control Unit will be between 0.0047-0.0051 $/m3-ww. The unit operation cost of mechanical treatment plants with odour control by ozone will be nearly 0.0075 $/m3-ww. The operation and the unit operation cost of mechanical treatment plants with odour control by ozone with capacity of 300,000-500,000 m3/d can be calculated as follows: Total operation cost ($/month) = 0.0075. Q + [4.2. Q. H. (YTL/kw-h). ($/YTL) ] (also pumping cost if pumping exists) Unit operation cost ($/m3) = 0.0075 + [4.2. Q. (YTL/kw-h). ($/YTL) ] (also pumping cost if pumping exists) Q : Wastewater flow rate (m3/month) H : Pumping head including head loss (m) A biological or advanced biological wastewater treatment plants are operated according to their capacity. A plant with 60,000 m3/d capacity is operated with 70 persons including 9 engineers, a plant with 230,000 m3/d capacity is operated with 80 persons including 9 engineers and a plant with 665,000 m3/d capacity is operated with 125 persons including 9 engineers. In the wastewater treatment plants in which sludge is produced and sludge dewatering unit exists (3 plants), in the case of discharging sludge to dewatering unit that solid matter (SM) content more than %4, to get sludge cake with high SM content (> 25%) and low concentrate supernatant, it is determined that optimum polyelectrolyte amount is 3 kg-poly/ 1 tonne dry solid matter. xinThe average unit cost of electricity consumption can be taken as 0.0117 $/m3 - ww for biological wastewater treatment systems and the average unit cost of electricity consumption can be taken as 0.034 $/m3 - ww for advanced biological wastewater treatment systems. The unit operation cost for 60,000 m3/d capacity plant would be 0.081 $/m3-ww, 0.029 $/m3-ww for 230,000 m3/d capacity and 0.013 $/m3-ww for 665,000 m3/d capacity (electricity cost for pumping and energy production from gas are not included). The unit electricity consumption for biological wastewater treatment plants can be taken 110 watt/m3-ww 450-550 kw-h/tonne-BOIs and the unit electricity consumption for advanced biological wastewater treatment plants can be taken 320 watt/m3-ww 1480 kw-h/tonne-BOIs. The total unit cost of operation increases 16.1% from 0.1145 $/m3-ww to 0.1329 $/m3-ww by 40 m pumping in Paşaköy Advanced Biological treatment Plant. The total unit cost of operation increases 20.5% from 0.0407 $/m3-ww to 0.0493 $/m3-ww by 18 m pumping in Tuzla Biological Treatment Plant. The total unit cost of operation also decreases 44.3% from 0.0244 $/m3-ww to 0.0136 $/m3-ww by electricity production from gas in ASKİ Biological Treatment Plant. The operation cost of Paşaköy Advanced Biological Treatment Plant is very high, because of high pumping height and electricity cost for additional oxygen requirement for nitrification process besides the biological treatment plants only for carbon removal. As high sludge retention time, significant amount of the organic part is oxidized by endogenous respiration and in advanced biological treatment plants (nutrient removal systems) the methane produced by sludge digestion is less than in biological treatment plants for only carbon removal by active sludge process. For these reasons, the amount of produced gas per removed organic matter in treatment plants for nutrient removal with advanced biological system should be investigated if it is worth or not for such an investment and the economical analysis of nutrient removal by different processes after biological treatment for only carbon removal to benefit from organic part of wastewater could be studied. As ASKİ Biological Treatment Plant has no main pumping station and nearly 90% of the electric consumption is covered by gas production, its unit operation cost decreases nearly the unit operation cost of Mechanical Treatment Plants with Deep Sea Outfall Systems in Istanbul (according to two examined plants) which have 14-15 m pumping head. The cost of electricity is 41% of total cost in Tuzla Biological Wastewater Treatment Plant. For this reason by equipping the system that convert the anaerobic digester gas to electricity, the operation cost will decrease in good operation conditions. Mechanical Treatment Plants with Deep Sea Outfall Systems' investment and operation cost related to capacity is more economical than biological and advanced biological treatment systems' cost. Key words: Mechanical Treatment Plants with Deep Sea Outfall Systems, Paşaköy Advanced Biological Treatment Plant, Tuzla Biological Treatment Plant, ASKİ Biological Treatment Plant, unit operation cost, unit cost of electricity consumption, total unit operation cost. xiv