Simultaneous nutrient removal and solids reduction in OSA process

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 tankında gerçekleşen biyolojik proses çözünmüş ve askıda organik maddelerin biyokütle ve çeşitli gazlara (CO2, CH4, N2 and SO2) dönüşmesini içerir. Aktif çamur, güvenilirliği, esnekliği, nitrifikasyonun sağlanabilmesi gibi açılardan en yaygın olarak kullanılan proses olmasına karşın fazla çamur oluşumu bu prosesin en önemli dezavantajı olarak karşımıza çıkmaktadır. Yapılan çalışmalar aktif çamur prosesinin performansını geliştirmekle birlikte azot ve fosfor giderim mekanizmalarının da sisteme entegre olmasını sağlamıştır. 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 kullanılması ile mümkündür. Fazla çamurun arıtılması ilk yatırım maliyetlerini artırmakla birlikte genellikle arıtma tesisi işletme maliyetlerinin %60'ını oluşturmaktadır. Aktif çamurun stabilizasyonu için en sık kullanılan yöntemlerden biri anaerobik çürütmedir. Çamur hacimlerinde ve uzaklaştırma maliyetlerindeki artışlar, üretilen çamur miktarının azalatılması hususunda yeni yöntemlerin geliştirilmesi ihtiyacını doğurmuştur. Bu süreç içinde çamur hacminin azaltılmasına yönelik çok sayıda ön arıtım ve yan akım teknolojiler geliştirilmiştir. Bu teknolojiler, mekanik, termal, kimyasal ve biyolojik olarak dört ayrı gurupta sıralanabilir. Yan akım sistemler aktif çamur sistemlerinin çamur geri dönüşüm mekanizmalarına entegre edilerek çoğu durumda anaerobik çürütme ihtiyacını ortadan kaldırarak uzaklaştırılacak çamur hacminde önemli azalmalara imkan tanımaktadır. Çamur problemine çözüm yaratabilmek amacıyla geliştirilecek yaklaşımların çamurun üretimi gerçekleşmesini takiben yerine mevcut arıtma prosesine entegre olacak şekilde geliştirilmesi yatırım ve işletme maliyetleri açısından daha olumlu olacaktır. Geliştirilen yaklaşımın ise mevcut prosesin arıtma karakteristiklerini ve çıkış kalitesi ile çökelme özelliklerini olumsuz yönde etkilememesi gerekmektedir. Bu bağlamda yürütülen çalışmada oksik-çökelme-anoksik prensibine gore çalıştırılan laboratuvar ölçekli ardışık kesikli reaktörlerde besi maddesi ve çamur azaltılmasının birlikte gerçekleştirilebilirliği araştırılmıştır. 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 konmuştur. Bu çalışmada, aktif çamur sistemlerinde çamur azalmasının ve besi maddesi gideriminin optimizasyonunun araştırılması amacıyla 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. Besleme, çıkış ve aerobik ile anaerobik biyoreaktörler arasındaki çamur geçişi peristaltik pompalar ile sağlanmıştır. AKR sistemlerinden istemli olarak çamur atma yapılmamıştır. Bu AKR'lerde çamur kaybı sadece anaerobik biyoreaktöre gidiş sırasında gerçekleşmiştir. Ayrıca bir miktar çıkış suyundan kaçan katı maddeler olmuştur. Biyoreaktör ve AKR arasındaki çamur geçişi 1/10 oranında gerçekleştirilmiştir. Buna göre, anaerobik biyoreaktörün hidrolik bekletme süresi ve çamur yaşı 10 gün olarak gerçekleşmiştir. Deneysel çalışma, besleme koşulları ve karıştırma süreleri farklı olarak tasarlanmış olarak işletilen OSA sistemlerinden oluşmuştur. Reaktörlerin başlangıç çamurları Paşaköy İleri Biyolojik Atıksu Arıtma Tesisi'nden temin edilmiştir. Azot ve fosfor giderimi için gerekli olan işletme koşullarının optimizasyonu için karıştırma ve havalandırma fazlarından oluşan proses fazları tasarlanmıştır. Faz sürelerinin çeşitli varyasyonları uygulanarak besi maddesi gideriminin nasıl artırılabileceği denenmiştir. Yapılan deneylerden elde edilen sonuçlar karıştırma süresinin toplam reaksiyon süresine oranının OSA sistemi ile katı madde azaltılmasını etkilemeden besi maddesi gideriminde önemli rol oynadığı görülmüştür. Tmix/Tc oranının 0,6 ve KOİ/TKN oranının 9'dan daha yüksek olduğu durumlarda düşük fosfat konsantrasyonları (2 mg/L'den daha düşük) gözlemlenmiştir. Çıkış fosfat konsantrasyonlarına KOİ/TKN oranından ziyade Tmix/Tc oranı daha çok etki etmektedir. Tmix/Tc oranı 0,7 için çıkış fosfat konsantrasyonu atıksu karakterinden bağımsız olarak 2 mg/L'nin altında olmuştur. Beklendiği üzere yüksek KOİ/TKN oranlarında daha düşük oksitlenmiş azot konsantrasyonları gözlemlenmiştir. Oksitlenmiş azot konsantrasyonları da Tmix/Tc oranından önemli derecede etkilenmektedir. Tmix/Tc oranı arttıkça çıkış azot konsantrasyonlarında daha düşük değerler elde edilmektedir. Çamur azaltılması ile birlikte azot ve fosfor gideriminin de gerçekleştirilebileceği bu çalışma ile kanıtlanmış olmaktadır. Yürütülen çalışmalar süresince çamur azaltılması oranı sistemlerin çalışma düzenlerine bağlı olarak %54 ile %67 arasında değişiklik göstermiştir.