Dynamic modelling of facultative stabilization ponds

Oksidasyon veya stabilizasyon havuzlan, kırsal bölgeler ve küçük yerleşim yerlerinin atıksu arıtımı için mevcut olan en ekonomik ve en basit yöntemdir. Su bünyesindeki atıkları kolayca atmak için kullanılan ilk arıtma yöntemlerindendir. Bundan dolayı, maliyeti yüksek olan tekniklerden kaçınan gelişmiş ülkeler için en uygunudur. Karmaşık ve pahalı ekipmanlar kullanılmaz ve halkın sağlığı için havuz bakımı uygun yapılırsa yararlı sonuçlar elde edilir. Ama bu arıtma yöntemi basit görünse de çıkış organik konsantrasyonuna ve çevre faktörlerine bağlı olarak kötü sonuçlar alınabilir. Fakat çoğu problem yanlış işlemlerin ve biyokimyasal mekanizmanın anlaşılma eksikliğinin sonucudur. Bu çalışma en yaygın olarak kullanılan ve doğal ekosisteme benzeyen fakültatif havuzlardan bahsetmektedir. Basitçe tanımlarsak, anaerobik bentik tabakayla desteklenmiş aerobik su tabakası. Organik atıksu aerobik tabaka içinde bakteriyel faaliyetlerle alg fotosentezi tarafından sağlanan oksijenin güneşli üst yüzeye ulaşmasıyla dengelenir. Fakültatif havuzlardaki arıtmada, organik maddeden aerobik bakteri sentezi sonucunda alg hücresinin büyümesi ve fotosentezinde kullanılan nutrients ve inorganik karbon meydana gelir. Onunla beraber gerekli olan oksijende oluşur. Bu alg ve bakteri arasındaki ortak yaşam ilişkisi çok iyi bilinir fakat nicel olarak hiçbir kaynakta anlatılmamıştır. VII Fermentasyon sonucunda olan bentik tabaka içindeki alg hücresinin süreçleri ve parçalanması, anaerobik sindirimin ürünlerini meydana getirir. Bundan dolayı adına fakültatif denir. Üst su yüzeyinde askıdaki kütleyle birleşmek için nutrientler serbestçe dolaşır. Zayıf süreç havuzlarında, nutrientlerin yavaş geri kazanımı ve inorganik karbonun önderliğinde periyodik olarak temizlenmesi gereken bentik tabaka oluşabilir. Son zamanlara kadar havuz tasarımı belli yönlerde seçilmiş alanlardan alınmış verilere dayanırdı. Bunlarda yaklaşık ve genellikle BOD performansına bağlıydı. Matamatiksel ilişkilerin tabanında organik yükleme ve alıkonma süresi vardı. Önceden fiziksel ve biokimyasal faktörlerin çeşitliliğine dayanan modeller yoktu. 1970'li yıllara kadar bijolojik kütlenin ve biyokimyasal türlerin kararsız şartlardaki tasarımındaki çevresel mekanizma hakkında kaynak eksikliği vardı. Ayrıca tasarım işlemlerinin bütünüyle geliştirilmesinden önce modelin iklim ve hidrolojik sınırlardaki anlık değişimlerin gereksinimine ihtiyaç vardır. Bu çalışmada fakültatif stabilizasyon havuzlarındaki biyokimyasal ve biokütle bileşenlerinin davranışının simule edildiği bir model sunulmaktadır. Bu model 12 birinci derece sıradan doğrusal olmayan diferansiyel denklemden oluşmaktadır ki bu denklemler aynı zamanlı çözülmelidir. Fakat bu çalışmada çözüm kolaylığı açısından, kararlı şartlarda analitik çözüm uygulanmıştır. Çözüm için bir basic programı hazırlanmıştır. Denklemler organik madde, bakteriyel, alg, oksijen, organik azot, amonyak, nitrat, organik fosfor, inorganik fosfor, inorganik karbon, alkalinite ve detritus kütle dengelerini ifade etmektedir. Bunun yanında ışık şiddeti, ısı dengesi ve hidrolojik dengeler hesaplanmıştır Fakültatif stabilizasyon havuzlarının değişen atıksu özellikleri, çevresel etkiler ve konfıgurasyonlarının hesaplanması için model bir araç olarak kullanılmıştır. Havuzlardaki askıdaki biokütlenin büyümesi sonucunda giriş COD akışına karşın birçok havuzda yüksek düzeyde çıkış COD değeri bulunur. Alg içindeki birleşim tarafından nutrientce zengin atıksuların arıtımının gerçekleştiği havuzlarınVIII yeteneğinin altını çizmek gerekir. Fakat biokütleyi çıkıştan uzak tutmak, filtrasyon ve uygun çökelme için ihtiyacı da belirtmek gerekir. Atıksu arıtma sistemlerinde hız sabitleri genellikle biyolojik süreçlerin tanımlanması için kullanılır. Bunlar direk olarak stabilizasyon havuzları ile kullanım için uygulanamaz. Özellikle, nutrientlerin organik form hızının inorganik forma dönüşümünü ve ntrifikasyon hızlarını içerir. Hız ayarlamalarının nedeni, periyodik oksijen eksikliği, sıcaklık, pH değişimleri ve karışımdır. Sonuç olarak, soğuk mevsimler boyunca inorganik nitrojen depolanır ve sıcak yaz aylarında alg sentez yapmaya başlayınca kullanılır. Fakültatif stabilizasyon havuzlarındaki alg büyümesi toplam inorganik karbona karşı karbon dioksitin sınırlayıcı olduğunu gösteriyor. Bu modelin geliştirilmesinde bu varsayım kullanılmıştır. Sınırlayıcı alg büyümesi atıksu oksidasyon havuzu ile sığ göllerde ayni değildir. Bazı durumlarda, fosfor, nitrojen, CO2, veya Ct her yerde analiz gerektirir. Bu nedenle, bu modelde fosfor ve nitrojen hız sınırı içermektedir Bu model bir yıllık bir süre içinde uygulanabilir. Bunun sonucunda da mevsimsel değişimler görülebilir. Bunun yanında örnek bir fakültatif stabilizasyon havuzundan alman bazı verilerle de hesaplanan verilerle karşılaştırma yapılabilinir. Hassaslık analizi yapılarakta reaksiyon hızlan kalibre edilir.