Ardışık kesikli reaktörlerde çoklu doldurma yöntemiyle azot gideriminin optimizasyonu

Atıksuların boşaltıldığı alıcı ortamlarda karşılaşılan en büyük çevre sorunu ötrofikasyondur. Bu sorunun önlenmesi ancak azot ve fosfor gibi besleyici elementlerin kısıtlanması ile gerçekleştirilebilmektedir. Besi maddelerinin giderilmesinde ise biyolojik arıtma en etkili ve ekonomik çözümdür. Sadece karbonlu organik madde giderimi sağlayan konvansiyonel biyolojik arıtma tesisleri ile karşılaştırıldığında organik madde ile birlikte nutrient gideriminin de amaçlandığı sistemlerin tasarımının daha güç olduğu söylenebilir. Bu durumlarda proseslerin iyi incelenmesi ve uygun tasarımın gerçekleştirilmesi gereklidir. Ardışık kesikli reaktörlerin, işletme olasılıklarındaki esneklik göz önüne alındığında, nutrient giderimi için uygun sistemler olduğu görülmektedir. Bu özelliğinden dolayı ardışık kesikli reaktörler daha yüksek azot giderim verimlerinin sağlanabilmesi için gerekli işletme koşulu değişikliklerinin uygulanmasında uygun zemini oluşturmaktadır. Biyolojik azot gideriminde rol oynayan proseslerden nitrifikasyon prosesinde atıksu bileşimindeki amonyak azotu oksitlenmiş azot türevlerine dönüştürülmektedir. Okistlenmiş azot türleri ise denitrifikasyon prosesi ile zararsız azot gazına dönüştürülmektedir. Bu iki prosesin azot giderimi için yaygın olarak uygulandığı sistemler önde denitrifikasyon sistemleridir. Sürekli sistem önde denitrifikasyon uygulamalarında anoksik tank aerobik tanktan önce yerleştirilerek, nitrifikaSyonda oluşturulan oksitlenmiş azot türevlerinin denitrifikasyon gerçekleştirilen anoksik tanka girişi iç geri devir akımı ile sağlanmaktadır. Denitrifikasyon ve nitrifikasyon ile biyolojik azot giderimi gerçekleştirilen sistemlerde giderilen azot miktarını belirleyen temel faktörler denitrifikasyon, nitrifikasyon kapasiteleri ve iç geri devir ile denitrifikasyona giren kullanılabilir nitrat miktarlarıdır. Biyolojik nutrient giderimi sağlayan sistemlerin işletilmesi işletme koşullarının esnek seçilebiliyor olması büyük önem taşımaktadır. Ardışık kesikli reaktör sistemleri tek tank içerisinde seçilen işletme koşullan ile istenen anoksik, anaerobik, aerobik ortamların oluşturulmasını mümkün kıldığından, bu esnekliği sağlayabilmektedir. Tüm bu nedenlerle bir önde denitrifikasyon sisteminin ardışık kesikli reaktörde önce karıştırarak doldurma ve sonra havalandırma fazlan ile uygulanması pratik olmaktadır. Böylece sürekli sistemlerin aksine iç geri devir için özel bir düzeneğe de gereksinim kalmamaktadır. Ardışık kesikli reaktörlerde gerçekleştirilen önde denitrifikasyon uygulamaları incelendiğinde, azot gideriminin denitrifikasyon kapasitesi ve kullanılabilir nitrat miktarlarına bağlı olarak iki olası durum ile değişebildiği görülmektedir. Denitrifikasyon kapasitesinin, atıksuyun KOİ / TKN oranının düşük olması nedeniyle kısıtlı olduğu durumlarda, nitrat denitrifikasyon prosesi ile tümüyle giderilememektedir. Bu durumda mümkün olan en düşük çıkış nitrat konsantrasyonları sağlanamamaktadır. vDiğer yandan, ardışık kesikli reaktörlerde işletme koşullarının seçilmesimde sağlanan esneklik alternatiflerin uygulanmasında kolaylık sağlamakla beraber geri devir oranının sürekli sistemlerden farklı olarak belirli kısıtlar altında seçilebiliyor olması, özellikle önde denitrifikasyon sistemlerinde azot giderim potansiyelinin tümüyle kullanılamaması problemini oluşturmaktadır. Bu şartlarda özellikle yüksek KOİ / TKN oranına sahip atıksularda sıklıkla karşılaşılan, diğer olası durum ise denitrifikasyon kapasitesinin söz konusu geri devir kısıtı nedeniyle kullanılabilir nitrat miktarından büyük olmasıdır. Bu durumda da yine denitrifikasyon potansiyeli tümüyle kullanılamamakta ve mümkün olan minimum nitrat çıkış konsantrasyonlarına ulaşılamamaktadır. Bu potansiyelin kullanılabilmesi ancak işletme koşullarında değişiklik yapılarak çoklu doldurmak anoksik periyodlar sayesinde mümkün olmaktadır. Bu koşullarda, denitrifikasyon kapasitesi bu anoksik periyodlarda paylaştırılacak ve birinci anoksik periyotta denitrifikasyon kapasitesi, önde denitrifikasyon sistemine benzer şekilde, geri devir akımı ile denitrifikasyon prosesine giren kullanılabilir nitratın giderilmesinde, ikinci anoksik periyotta denitrifikasyon kapasitesi ise birinci havalandırma bölgesinde oluşturulan oksitlenmiş azotun giderilmesinde kullanılacaktır. Böylece sistemin denitrifikasyon kapasitesinin israf edilmeden kullanılabilmesi söz konusu olacaktır. Bu yaklaşımdan hareketle çalışmada, ardışık kesikli reaktörlerde biyolojik azot giderimi gerçekleştirilen sistemlerden, mevcut atıksu karakterizasyonu ve seçilen işletme koşullarında, optimum azot gideriminin sağlanması için uygulanabilecek işletme alternatifleri ve bu işletme alternatiflerinin tasarımının gerçekleştirilmesinde kullanılabilecek bir stokiyometrik hesap yöntemi geliştirilmiştir. Geliştirilen hesap yöntemi, ardışık kesikli reaktörlerde önde dentirifikasyon, ikili veya üçlü doldurmak anoksik periyodların kullanıldığı çoklu doldurma yöntemlerinin hesap sistematiğini kapsamaktadır. Bu hesap yöntemi ile elde edilen sonuçlar, ASM 2d aktif çamur modeli matematik simülasyonlarından elde edilen sonuçlar ile karşılaştırılarak sulanmıştır. Bu karşılaştırma, stokiyometrik hesaplar ile elde edilen verilerin matematik Simülasyonlardan elde edilen veriler ile bağdaştığım göstermiştir. Matematik simülasyonlara nazaran çok daha kolay ve özel araç gerekmeksizin gerçekleştirilebilecek bu stokiyometrik hesapların daha da pratik gerçekleştirilebilmesi için Microsoft Visual Basic ile bir uygulama geliştirilmiştir. Bu uygulama sayesinde önde denitrifikasyon, ikili doldurma ve üçlü doldurma alternatiflerinin hesaplan kısa sürede yapılabilmektedir. Tez kapsamında aynı zamanda laboratuvar ölçekli bir ardışık kesikli reaktörde deneysel çalışma yürütülmüştür. Deneysel çalışmada öncelikle stokiyometrik yöntem yaklaşımı ile hesaplan gerçekleştirilen iki farklı işletme koşulunda ardışık kesikli reaktör sentetik atıksu beslemesi ile önde denitrifikasyon şartlarında işletilmiştir. Önde denitrifikasyon, ikili ve üçlü doldurma alternatifleri için geliştirilen stokiyometrik hesap yöntemi ile elde edilen sonuçların ASM 2d model simülasyonları ve deneysel çalışma sonuçları ile uyumlu olduğu görülmüştür. XV