Preparation of solids balances for municipal wastewater treatment facilities

Kütle dengesi; reaktör tasarımı, proses değerlendirilmesi gibi pek çok mühendislik uygulamalarında kullanılan ve iyi bilinen bir yöntemdir. Bu metot, kütle akışının olduğu bir sistemde giriş ve çıkış maddelerinin korunduğunu varsayan bir hesaplama yönetimidir. Çevre Mühendisliği'nde, atıksu arıtma tesislerinde, giriş, çıkış atıksu debileri ve atıksu özelliklerine göre bileşen akılarının hesaplanması, farklı işletim koşullarının karşılaştırılması ve tesisinin genel durumunun değerlendirilmesinde, katı kütle dengelerinin hazırlanması önemli bir araç olarak göz önünde bulundurulmaktadır. AAT'lerde bu hesaplamanın yapılmasında uygulanan işlem adımları doğrudan uygulanan adımlar olmakla birlikte, AAT işletim verilerine bu dengenin uygulanması, arıtım proseslerinin çok dinamik sistemler olması ve tesise giriş yüklerindeki salınımlar nedeniyle çok kolay değildir (Puig vd., 2008). Her ne kadar kütle dengesi hesaplamaları AAT işletim kalitesini arttırmak üzere tercih edilse de (Meijer vd. 2002), AAT'ye ait ham veriden güvenli bir bilginin elde edilmesi genellikle mümkün olmamaktadır. Örneğin, aktif çamur sistemine sahip bir biyolojik atıksu arıtma tesisinde proses entegrasyonuna yönelik olarak tüm giren ve çıkan atıksu debileri, aktif çamurun özellikleri ve çamur üretiminin bilinmesi gerekmektedir (Puig vd., 2008). Kütle dengesini içeren proses tasarımlarında, atıksu arıtım proseslerinin matematiksel modellemesinin mühendislik ölçeğinde uygulanması, 1990'lı yıllar ve 2000'li yılların başlarından beri oldukça dikkat çekmektedir. Proses konfigürasyonlarına karar verilmesi ve değerlendirilmesinde sadece özel ünitelerin tasarımında değil aynı zamanda tesis genelinde etkilerin değerlendirilmesinde, bazı firma ve kuruluşlar tarafından BioWin, GPS-X ; ATV- 131 E simülasyon programları geliştirilmiştir (WERF, 2010). Bu modeller, giriş-çıkış atıksu debileri ve atıksu özellikleri, kinetik ve stokiyometrik parametreler ve tesis içi yan akımlar göz önünde bulundurularak tüm tesis için entegre bir kütle dengesinin geliştirilmesinde oldukça yararlıdır. Bu tez çalışmasında Microsoft Excel program kullanılarak biyolojik atıksu arıtma tesislerinde kütle denkliğinin çıkarılmasına yönelik olarak bir hesaplama programı oluşturulmuştur. Bu hesaplama yöntemi, farklı atıksu arıtma akım şemalarında uygulanan proseslerin ve onların oluşturduğu yan akımların kütle dengesi sonuçlarını nasıl etkilediğini ortaya koymaktadır. Bu araştırmada üç farklı proses türü ( klasik aktif çamur, uzun havalandırmalı aktif çamur ve A2/O prosesi) ve üç farklı debi (1000 metreküp/gün, 10000 metreküp/gün, 100000 metreküp/gün) ile çalışılmıştır. Her bir proses için üç iterasyon yapılmış olup, dördüncü bir iterasyona gerek kalmamıştır. Hesaplamalarda kullanılan sabitler, katsayılar ve kabul edilen yaklaşımlar, kıyaslama yapılabilmesi açısından her bir proses için aynı seçilmiştir. Klasik ve uzun havalandırmalı aktif çamur sistemlerinde yan akımlarda debi, BOİ, TKM; biyolojik nütrient giderimini yapan A2/O prosesinde, yan akımlarda debi, BOİ, TKM, organik azot, amonyak azotu, nitrat azotu, toplam azot ve toplam fosfor hesaplamalarda dikkate alınmıştır. Tüm hesaplamalar, orta derecede kirliliğe sahip evsel atıksu karakterizasyonu dikkate alınarak yapılmıştır. Sonuçlarda, klasik aktif çamur sisteminin diğer sistemlere oranla, iterasyon farklarının bazı hesaplarda yüzde 5'i aşmasından dolayı daha az kararlı olduğunu göstermiştir. Bu yüksek lisans tezinde, tüm hesaplama adımları, yapılan kabuller ve elde edilen sonuçlar proses ve debi farklılıklarına göre detaylı olarak verilmektedir.