Çamur minimizasyonununun ve azot gideriminin birlikte gerçekleştirilebilirliği

Aktif çamur prosesi evsel ve endüstriyel atıksuların biyolojik olarak arıtılmasında yaygın olarak kullanılan bir prosestir. Bir aktif çamur sistemi esas olarak bir ön çöktürme havuzu, biyolojik proseslerin gerçekleştiği bir havalandırma havuzu ve bir son çöktürme havuzundan oluşur. Son çöktürme havuzunda çökelmiş biyolojik çamurun bir kısmı sistemde belirli bir çamur yaşını sağlamak üzere atılarak çamur arıtma proseslerine gönderilirken bir kısmı da havalandırma havuzuna geri devrettirilir. Havalandırma havuzunda gerçekleşen biyolojik prosesler çözünmüş ve askıdaki organik maddelerin biyokütleye ve son ürün olarak ilgili gazlara dönüşmesini içerir. Aktif çamur prosesi, güvenilirliği, esnekliği, nitrifikasyonun sağlanabilirliği ve benzeri açılardan en yaygın olarak kullanılan proses olmasına karşın fazla çamur oluşumu bu prosesin en önemli dezavantajı olarak karşımıza çıkmaktadır. Proses verimli bir şekilde çalışsa dahi çamur yaşının kontrolü amacıyla mikroorganizmaların çoğalması sonucu uzaklaştırılması gereken yüksek miktarda çamur üretimi söz konusudur. Bu çamurun arıtılması çürütme, kimyasal arıtma, susuzlaştırma ve yoğunlaştırmanın birlikte uygulanılması ile mümkündür. Fazla çamurun arıtılması, genellikle arıtma tesisi işletme maliyetlerinin %60'ını oluşturken, ilk yatırım maliyetlerini de arttırır. Bu nedenle, aktif çamur sistemlerinde oluşan fazla çamur miktarının azaltılması, arıtma çamurlarının yarattığı çamur problemlerinin azaltılması yönünde akılcı bir yaklaşım olarak karşımıza çıkmaktadır. Aktif çamur prosesinde oluşan fazla çamurun miktarını azaltmak üzere çeşitli yöntemler önerilmiştir. Bu yöntemler (1) çamurun çeşitli etkilerle parçalanması, (2) enerji ayırımı, (3) işletme şartları optimizasyonu 'dur. Çamur azaltılması amacıyla geliştirilen teknolojiler arasında yer alan ve ticari adıyla Cannibal prosesi olarak yaygınlaşan proses, aşırı çamur üretiminde azalma, KOİ gideriminde ve çamurun çökebilme kapasitesinde iyileşme gibi avantajları dolayısıyla bu proje kapsamında araştırılacaktır. Son yıllarda yaygınlaşan bu proses esas olarak aktif çamur prosesine geri devir hattı ile bağlı bir anaerobik tanktan oluşmaktadır. Bu prosesin pratik uygulamaları ile %60- 70 oranında çamur azalması sağlanabildiği ortaya konulmuştur. Bu çalışma, OSA sistemi veriminin, aktif çamur sistemlerinde çamur azalmasının ve azot gideriminin optimizasyonunun araştırılması amacıyla yapılmıştır. Bu amaçla, aralarında geri devir hattı ile bağlı anaerobik biyoreaktör ve aktif çamur sisteminden oluşan laboratuvar ölçekli bir sistem işletilmiştir. Paralel olarak işletilen iki adet OSA sistemi, bir ardışık kesikli reaktör ile bir anaerobik biyoreaktörden oluşmuştur. Sistemler oda sıcaklığında tutulmuşlardır. Her bir AKR çevrimi 5 saat reaksiyon fazı, 45 dakika çökelme ve 15 dakika boşaltma ve dinlendirme fazından oluşmuştur. Kontrol reaktörü haricinde tüm AKR sistemlerinde istemli olarak çamur atma işlemi uygulanmamıştır. Bu AKR'lerde çamur kaybı sadece anaerobik biyoreaktöre gidiş sırasında ve bir miktar çıkış suyundan kaçan katı maddeler dolayısıyla olmuştur. Biyoreaktör ve AKR arasındaki çamur geçişi 1/10 oranındadır. Buna göre, anaerobik biyoreaktörün hidrolik bekletme süresi ve çamur yaşı 10 olarak işletilmiştir. Sistem teorik olarak 450 mg/L KOİ içerecek şekilde karbon kaynağı olarak pepton ve et ekstraktı ile hazırlanan sentetik atıksu ile beslenmiştir. Sentetik atıksu günlük olarak hazırlanmıştır. Atıksuya karbon kaynağının yanı sıra makro ve mikro besi maddeleri ilave edilmiştir. Deneysel çalışma; besleme koşulları ve karıştırma süreleri farklı olarak tasarlanmış OSA sistemlerinden oluşmuştur. Reaktörlerin başlangıç çamurları Paşaköy İleri Biyolojik Atıksu Arıtma Tesisi'nden temin edilmiştir. Azot gideriminin optimizasyonu amacıyla besleme düzeninin ve anoksik faz süresinin etkisinin araştırıldığı 5 set tasarlanmıştır. İlk üç sette atıksu beslemesi sadece reaksiyon fazının başlangıcında gerçekleştirilmiştir. Bu setlerden birisi çamur atmanın gerçekleştirildiği kontrol setidir. Elde edilen veriler ışığında, OSA sisteminde besleme düzeni ve karıştırma süresi/toplam reaksiyon süresi oranının azot giderim verimi üzerinde önemli rol oynadığı, karıştırma süresi/toplam reaksiyon süresi oranındaki değişimlerin çamur minimizasyonu üzerinde dikkate alınması gereken olumsuz bir etkiye yol açmadığı ortaya konulmuştur. Tüm OSA setlerinde %45'in üzerinde çamur azalması görülmüştür. Besleme frekansının birden ikiye gerçekleştirilmesi çamur miktarı azalması üzerinde önemli bir olumsuz etki yaratmaz iken azot gideriminde önemli bir artışa sebep olduğu görülmüştür. Buna göre; çamur minimizasyonunun yanında azot giderimin de gerçekleştirilebileceği gösterilmiş ve deneysel çalışma sonuçları azot giderim verimi açısından değerlendirilerek, beslemenin iki eşit hacimde reaksiyon fazı başında ve ortasında yapılması önerilmiştir. En uygun anoksik faz süresi/toplam reaksiyon süresi oranı olarak 0,6 belirlenmiştir. Bu çalışmada elde edilen veriler ve değerlendirmeler doğrultusunda eşit-iki-aşamalı besleme düzeni ve Tanox/TC = 0,6 değeri hem çamur azalması hem de azot giderimi açısından önerilmektedir.