Azot ve Fosfor Giderimi Yapan Arıtma Tesisi

Azot ve Fosfor Giderimi Yapan Arıtma Tesisi

11.3
Arıtma Sistemi İçin Önerilen Proje Kriterleri
Mevcut TATLAR Atıksu Arıtma Tesisi planlamasında nihai hedef olarak azot ve fosfor
giderimi verilmiştir. Tesis üniteleri bu hedefe ulaşacak esnekliğe sahip olacak şekilde
boyutlandırılmış olup, halen sadece BOI ve AKM giderimi yapılmaktadır.
11.3.1 Mevcut Geleneksel İkinci Kademe Atıksu Arıtma Tesisinin
Genişletilmesinde Tasarım Kriterleri
Mevcut sistem aşağıdaki üniteleri içermektedir.
Atıksu Arıtma Üniteleri
•
•
•
•
•
İlk Arıtma Üniteleri
Kaba ve İnce Izgaralar
Havalandırılmış Kum Tutucu
Kum Ayırıcılar ve Tambur Elekler
İlk Çökeltme Havuzları
Havalandırma Havuzları
Son Çökeltme Havuzları
Çamur Geri Devir Pompa İstasyonları
Çamur Arıtma Üniteleri
•
•
•
•
•
•
Ham Çamur Yoğunlaştırıcı
Havasız Çamur Stabilizasyonu
Gaz Depolama Tankları
Stabilize Çamur Yoğunlaştırıcılar
Bant Filtre Presler
Çamurun Depolanma ve Uzaklaştırılması İçin Sistemler
Buna göre mevcut arıtma sistemi bir biyolojik askıda kültür sistemi (aktif çamur) olup bu
sistemin genişletilmesi halinde ünitelerinin tasarımı için Tablo 11.X'de verilen uluslararası
kriterler kullanılacak ve bunlar mevcut sistem tasarım kriterleriyle kontrol edilecektir.
Tablo 11.X Geleneksel İkinci Kademe Arıtma Sistemi Üniteleri İçin Tasarım Kriterleri
Izgaralar (Makina ile Temizlenen)
Tasarım Aralığı
Izgara Boyutları
Derinlik (mm)
25-75
En (mm)
5-15
Izgaralar Arası Boşluk
(mm)
Düşeyden Eğim, derece
10-75
Yaklaşma Hızı (m/s)
0.6-1.0
Müsade Edilen Yük Kaybı (m)
0-30
0.15
Havalandırmalı Kum Tutucu
Tasarım Aralığı
Bekleme Süresi, dak.
2-5
Derinlik (m)
2-5
Uzunluk (m)
7.5-20
En (m)
2.4-7
En-Derinlik Oranı
1:1-5:1
Uzunluk-Derinlik Oranı
2.5:1-5:1
Hava İhtiyacı (lt/sn.m)
3.1-12.4
Kum Miktarı (m³/m³)*10-³
4-200
Yüzeyde Yatay Hız (m/sn)
0.6-0.8
Ön Çöktürme Havuzları
Tasarım Aralığı
KM Giderimi (%)
50-70
BOİ5 Giderimi (%)
25-40
Bekleme Süresi, sa.
1-2.5
Yüzey Yükü
Ort. Debi (m³/m².gün)
30-50
Pik Debi (m³/m².gün)
70-130
Savak Yükü (m³/m.gün)
124-196
Çap (m)
3-60
Kenar Derinliği (m)
3-6
Taban Eğimi (mm/m)
40-100
*Ten State Standards'a göre 44 lt/sn veya daha düşük debiler için 124 m³/m.gün, 44 lt/sn' den büyük
debiler için 186 m³/m.gün
Havalandırma Havuzları
Tasarım Aralığı
Çamur Yaşı, gün
F/M Ratio, gün
-1
5-15
0.2-0.4
Bekletme Süresi, sa.
4-8
AKKM (MLSS)*, mg/lt
1500-3000
Geri Dönüş Oranı
0.25-0.75
Hacimsel Yük (kg/m³.gün)
0.32-0.64
Derinlik, m.
*Genelde MLVSS/MLSS oranı 0.75-0.85 kabul edilir.
3-5
Ham Çamur Yoğunlaştırıcıları
Giriş KKM İçeriği (%)
Çıkış KKM İçeriği (%)
Bekleme Süresi, sa.
Yüzey Yükü (m³/m².gün)
KKM Yükü (kg/m².gün)
Tasarım Aralığı
0.5-5.0
2-8
18-32
4-10
25-80
11.3.2 Gelecekte Azot ve Fosfor Giderimi Yapılma Halinde Tasarım Kriterleri
Tesis Ankara Çayı Modelleme çalışması sonuçlarına göre gerekiyorsa N ve P giderecek
şekilde yeniden düzenlenecektir. Bunun için mevcut planlamaya göre 1. ve 2. aşama
sonunda inşaa edilmiş tüm havalandırma havuzları, gerekli iç düzenlemeler yapılarak
denitrifikasyon yapan anoksik havuzlara dönüştürülmesi, nitrifikasyon için ise 32 adet yeni
havalandırma havuzu inşaa edilmesi önerilmektedir.
Uluslararası uygulamalara bakıldığında N ve P giderimi için çok değişik sistem seçenekleri
olduğu
görülmektedir.
Ancak
bunların
çoğu
Ankara'da
mevcut
sisteme
uygulanamayacağından, sadece gelecekte mevcut sistemle integrasyonu sağlanabilecek
seçenekler üzerinde durulacaktır.
Biyolojik N ve P giderimli tesis tasarımı için son 10 yılda geliştirilmiş olan ve ençok kullanılan
başlıca modeller aşağıda sıralanmıştır:
•
•
•
•
IAWQ Dinamik ve Kararlı Denge Modeli,
Almanya Üniversiteleri Modeli,
Almanya ATV Modeli,
USEPA Modeli.
Bunların arasında sistemin kinetiğinden yola çıkarak, son derece ayrıntılı hesap yapma
olanağı sağlayan model IAWQ modelidir. Ancak bu modelin kullanılması için, atıksuyun son
derece spesifik parametrelerinin ve sistemdeki tüm mikroorganizmaların gelişme kinetiğine
ait katsayıların belirlenmesi gerekmektedir. Ayrıca simültane çözülmesi gerekli bağıntılar için
bir bilgisayar modeli kullanma gereksinimi vardır. Buna karşın diğer modellerin bu
gereksinimi olmadığından, mühendislerce son derece yaygın olarak kullanılmakta ve sistem
kinetiğinde yapılan kabuller, pratikten kazanılan deneyimlerle, bazı amprik ifadeler
kullanılarak dengelenmektedir. Nitekim TATLAR Arıtma Tesisi tasarımı ATV modeli
kullanılarak yapılmıştır. Bu modellerin veri gereksinimleri Tablo 11.X' de biribirleriyle
karşılaştırılmaktadır. Tüm yöntemlerde yapılan hesaplar ve bu hesaplarda kullanılan
bağıntılar ise Tablo 11.X' de biribirleriyle karşılaştırılmaktadır. Arıtma sistemi tasarımı
yapılırken tüm bu yöntemlerden yararlanılacak, esas olarak ATV modeli kullanılarak yapılan
tasarım diğer yöntemlerle de kontrol edilecektir.
Tablo 11.X Modeller İçin Gerekli Veriler
IAWPRC
ÜTY
A131
USEPA-SEDLAK
Atıksu debisi
Ort./Pik atıksu debisi
Ort./Pik atıksu debisi
Atıksu Debisi
Giriş akımındaki toplam KOİ
Giriş akımındaki toplam BOİ
Giriş akımındaki toplam BOİ
Giriş akımındaki çözünmüş inert KOİ
-
-
Giriş ve çıkış
akımındaki BOİ
-
Giriş akımındaki partiküler inert KOİ
-
-
-
Giriş akımındaki kolay ayrışabilir KOİ
-
-
-
Giriş akımındaki AKM
Giriş akımındaki AKM
Giriş akımındaki AKM
-
Giriş akımındaki TKN
Giriş akımındaki Ort./Max.TKN
Giriş akımındaki TKN
Giriş akımındaki NH4-N
-
Giriş akımındaki
Ort./Max.TKN
-
Giriş akımındaki NO3-N
Giriş akımındaki NO3-N
Giriţ akımındaki NO3-N
-
Giriş akımındaki çöz. inert org.N
-
-
-
Çıkış akımındaki NH4-N
Çıkış akımındaki NH4-N
Çıkış akımındaki NH4-N
-
Çıkış akımındaki NO3-N
Çıkış akımındaki NO3-N
Çıkış akımındaki NO3-N
-
Oksijen konsantrasyonu
-
Oksijen konsantrasyonu
Oksijen konsantrasyonu
Atıksu sıcaklığı
Atıksu sıcaklığı
Atıksu sıcaklığı
Atıksu sıcaklığı
pH
Alkalinite
Alkalinite
Alkalinite
Heterotrofik biyokütle dönüşüm oranı
Heterotrofik biyokütle dönüşüm
oranı
Ototrofik biyokütle dönüşüm
oranı
-
Heterotrofik biyokütle
dönüşüm oranı
Ototrofik biyokütle dönüşüm
oranı
-
Ototrofik biyokütle
dönüşüm oranı
-
Ototrofik biyokütle dönüşüm oranı
Çözünmüş kalıcı ürün oluşum katsayısı
-
İçsel solunum yaklaşımında biyokütlenin
inert fraksiyonu
Aktif biyokütlenin azot içeriği
-
-
Aktif biyokütlenin azot içeriği
Aktif biyokütlenin azot içeriği
-
İnert biyokütlenin azot içeriği
İnert biyokütlenin azot içeriği
İnert biyokütlenin azot içeriği
-
Heterotroflar için maksimum spesifik
çoğalma hızı
Ototroflar için maksimum spesifik
çoğalma hızı
Heterotroflar için spesifik bozunma hızı
Heterotroflar için maksimum
spesifik çoğalma hızı
Ototroflar için maksimum
spesifik çoğalma hızı
-
Heterotroflar için maksimum
spesifik çoğalma hızı
Ototroflar için maksimum
spesifik çoğalma hızı
-
-
Ototroflar için spesifik bozunma hızı
-
-
Heterotrof çoğalmada yarı doygunluk
sabiti
Ototrof çoğalmada yarı doygunluk sabiti
-
-
-
-
-
-
-
-
Ototrofların oksijen yarı doygunluk
sabiti
Denitrifikasyon yapabilen
mikroorganizma oranı
-
Çamur arıtımında geri devrettilen
Çamur arıtımında geri
suyun oranı
devrettilen suyun oranı
Giriş akımındaki biyolojik olarak
Giriş akımındaki biyolojik
ayrışmayan partiküler madde
olarak ayrışmayan partiküler
fraksiyonu
madde fraksiyonu
Ototrofik çoğalma için sıcaklık Ototrofik çoğalma için sıcaklık
düzeltme faktörü
düzeltme faktörü
Heterotrofik çoğalma için sıcaklık
Heterotrofik çoğalma için
düzeltme faktörü
sıcaklık düzeltme faktörü
Anoksik solunum düzeltme
Anoksik solunum düzeltme
faktörü
faktörü
Karbon oksidasyonu için ţok
faktörü
Azot oksidasyonu için ţok
faktör
Emniyet faktörü
Emniyet faktörü
Ototroflar için spesifik
bozunma hızı
Ototrof çoğalmada yarı
doygunluk sabiti
Ototrofların oksijen yarı
doygunluk sabiti
Emniyet faktörü
Tablo 11.X Biyolojik N ve P giderilen askıda kültür sistemlerin tasarımında kullanılan modeller
Alkalinite Hesabı:
IAWPRC
∆S ALK = S ALKO +
ÜTY
1
S − S NHO + S NOO − S NO
14 NH
[
]
S ALK = S K +
1
S + S NOO − S NO
14 NH
[
]
A131
USEPA-SEDLAK
S ALK = S ALKO − 0.007( S NHO − S NH + S NO )
S ALK = 7.14( N OX )
Salınım Faktörü:
IAWPRC
Hesaplanmıyor.
ÜTY
Nüfus <20000 kiţi ise S=2
Nüfus >20000 kiţi ise S=1.7
A131
Hesaplanmıyor.
USEPA-SEDLAK
Hesaplanmıyor.
Aerobik Çamur Yaşı:
IAWPRC
1
θ XA = )
µ A − bA
ÜTY
θ XA = f ′ ∃
µA
A131*
1
S NH max
f − b A f T ,bA
S K NH + S NH max T , A
min θ XA = f
1
µ∃A 1103
. T −15
USEPA-SEDLAK
θ XA =
1
f′
µ N − k Nd
*) Hizmet nüfusu 100000’den büyük sistemler için.
VD/V Seçimi:
IAWPRC
VD/V≤ 0.5, seçim
ÜTY
VD/V seçilmektedir.
A131
0.2< VD/V<0.5, seçim
USEPA-SEDLAK
-
Tablo 11.X devamı
Toplam Çamur Yaşı:
IAWPRC
θX =
θ XA
1 − VD / V
ÜTY
θX =
θ XA
1 − VD / V
A131
min θ X =
USEPA-SEDLAK
min θ XA
1 − VD / V
θX =
θ XA
Vaerobik
Hızlandırma Faktörü:
IAWPRC
a=2.95 (100.VD/V)-0.235
ÜTY
a= 2.95 (100.VD/V)-0.235
A131
Hesaplanmıyor.
USEPA-SEDLAK
Hesaplanmıyor.
Karbon Oksidasyonu İçin Oksijen İhtiyacı:
IAWPRC
OIH=(1-YN-YP)Q(CSO-SS)
ÜTY
OI H = QE C S 0*
0.5 + 0.24YH θ X f T ,bH
1 + bH f T ,bH θ X
A131
USEPA-SEDLAK
0144
. θ X 1072
.
T −15
1 + 0.08θ X 1072
.
T −15
OI H = QE C S 0*
IAWPRC gibi.
Azot Oksidasyonu İçin Oksijen İhtiyacı:
IAWPRC
OIN=4.57 Q NOX
ÜTY
Hesaplanmıyor.
A131
OIA=4.6 SNO+1.7ND
USEPA-SEDLAK
IAWPRC gibi.
Tablo 11.X devamı
Toplam Oksijen İhtiyacı:
IAWPRC
OI =
VA
OI H + 4.57QN OX
cV
ÜTY
A131
USEPA-SEDLAK
[
Hesaplanmıyor.
OI = OI H f C + (4.6S NO + 17
. ND)
] C Csa
−C
sa
x
OI = 4.33 N OX
Denitrifikasyon Potansiyeli:
IAWPRC
ND =
1  OI HR V D η (OI H − OI HR ) 
+

Q  2.86 V c
2.86

ÜTY
A131
0.24YH θ X f T ,bH
af
V
)
N D = D E C S 0* D (0.5 +
V
1 + bH f T ,bH θ X
2.86
N D = S 0*
0.8.0.75 V D
OI H
2.9 V
USEPA-SEDLAK*
ND=RN.t
*) Nitrifikaston kapasitesi
Biyokütle Bünyesindeki Azot:
IAWPRC
NX =
1
(i P + i P )
Q XB XH XE XE
ÜTY
N X = i XB
VX H
θX
+ i XB
A131
VX A
θX
+ i XB
VX E
θX
N X = bAS 0*
USEPA-SEDLAK
A 131 gibi.
Tablo 11.X devamı
Oksitlenen Azot:
IAWPRC
N OX = C NTO − S NT − N X
ÜTY
A131
N OX = C NTO + rX N X + N FK − S ION − S NH − N X N OX = C NTO − S NH − S ION − N X
USEPA-SEDLAK
N OX = S NH 0 − N X
İndirgenmesi Hedeflenen Azot:
IAWPRC
Hesaplanmıyor.
ÜTY
N D* = N OX + S NOO − S NO
A131
N D* = N OX + S NOO − S NO
USEPA-SEDLAK
Hesaplanmıyor.
Atılan Çamur:
IAWPRC
PXT = PXH + PXE + PXA + PXI
ÜTY
PXT =
VX T
θX
=
V
θX
(XH + X A + XE)
A131
PXT =
VX T
θX
=
V
θX
(XH + XA + XE)
USEPA-SEDLAK
A 131 gibi.
Toplam Hacim1:
IAWPRC
V = PXT
1
θX
XT
ÜTY
V = PXT
θX
XT
) Daha önce seçilen VD/V oranından aerobik ve anoksik bölgelerin hacimlerini bulmak mümkündür.
A131
V = PXT
θX
XT
USEPA-SEDLAK
A 131 gibi.
Tablo 11.X devamı
Biyokütle Konsantrasyonu:
IAWPRC
Seçim*
*) Genellikle 2000-3000 mg/l arasında seçilmektedir.
ÜTY
Seçim*
A131
Seçim*
USEPA-SEDLAK
Seçim*
ÜTY
A131
USEPA-SEDLAK
Hesaplanmıyor.
Çamur Yükü:
IAWPRC
Hesaplanmıyor.
QS 0*
F
=
M X TV
S*
F
1
= 0 =
M X T θ YN θ X
Geri Devir Oranı:
IAWPRC
R=
ND
S NO
ÜTY
N
R= D
S NO
A131
R=
ND
S NO
USEPA-SEDLAK
R=
S NH 0 − S NHe
−1
S NOe
Tablo 11.X için Notasyon Listesi:
Q: Debi, m³/gün,
CTO:Giriş akımındaki toplam organik madde, mg/lt KOİ,
SIO: Giriş akımındaki çözünmüş inert organik madde , mg/lt KOİ,
XIO: Giriş akımındaki partüküler inert organik madde, mg/lt KOİ,
SSO: Kolay ayrışabilir organik madde konsantrasyonu, mg/lt KOİ,
S 0* : Giriş akımındaki ortalama organik madde konsantrasyonu, mg/lt BOİ5,
AKMO: Giriş akımındaki AKM, mg/lt KOİ,
CS: Ayrışabilir organik madde, mg/lt,
CNTO: Giriş akımındaki ayrışabilir organik azot ve amonyak azotu toplamı, mg/lt,
SNHO: Giriş akımındaki amonyak konsantrasyonu, mg/lt,
SNOO: Giriş akımındaki nitrat azotu konsantrasyonu, mg/lt,
SION: Giriş akımındaki çözünmüş inert organik azot konsantrasyonu, mg/lt,
SNHe: Çıkış akımındaki amonyak azotu konsantrasyonu, mg/lt,
SNOe: Çıkış akımındaki nitrat azotu konsantrasyonu, mg/lt,
SO: Oksijen konsantrasyonu, mg/lt,
T: Sıcaklık, °C ,
YN: Gözlenen dönüşüm oranı,
YH: Hetotrofik biyokütle dönüşüm oranı,
YA: Ototrofik biyokütle dönüşüm oranı,
YP: Çözünmüş kalıcı ürün oluşumu katsayısı,
fE: İçsel solunum yaklaşımında biyokütlenin inert fraksiyonu,
iXB: Aktif biyokütlenin azot içeriği, grN/grUAKM,
iXE: Inert biyokütlenin azot içeriği, grN/grUAKM,
µ, µN:Spesİfİk çoğalma hızı, 1/gün,
µH: Heterotroflar için maksimum spesifik çoğalma hızı, 1/gün,
µA: Ototroflar için maksimum spesifik çoğalma hızı, 1/gün,
bH: Heterotrofların spesifik bozunma hızı, 1/gün,
bA, KNd: Ototrofların spesifik bozunma hızı, 1/gün,
Ks: Hetetrofik çoğalmada yarı doygunluk sabiti, mg/lt,
KNH: Ototrofların yarı doygunluk sabiti, mg/lt,
KOA: Ototrofların oksijen yarı doygunluk sabiti, mg/lt,
η: Denitrifikasyon yapabilen mikroorganizma oranı,
θ: Hidrolik bekletme süresi,
θX: Çamur bekletme süresi, gün,
θXA: Aerobik çamur bekletme süresi, gün,
OI: Oksijen ihtiyacı, kg/gün,
OIH: Karbon oksidasyonu için gerekli oksijen miktarı, kg/gün,
OIHR: Kolay ayrışabilen substratın oksijen ihtiyacı, kg/gün,
SALK: Alkalİnİte konsantrasyonu, mg CaCO3/lt,
NX: Biyokütle bünyesine geçen azot miktarı, mg/lt,
NOX: Oksitlenen azot miktarı
PXT: Net üretilen biyokütle miktarı, gr/gün,
PXA: Sistemde üretilen ototrofik biyokütle miktarı, gr AKM/gün,
PXH: Sistemde üretilen hetetrofik biyokütle miktarı, gr AKM/gün,
PXE: Sistemde üretilen biyokütle miktarı, gr AKM/gün,
ND*: Indİrgenmesİ hedeflenen nitrat azotu miktarı, mg N/lt,
ND: Denitrifikasyon potansiyeli, mg/lt,
XT: Biyokütle konsantrasyonu, mg/lt,
XA: Hetetrofik biyokütle konsantrasyonunu, mg AKM/lt,
XH: Ototrofik biyokütle konsantrasyonunu, mg AKM/lt,
XE: Inert biyokütlekonsantrasyonu, mg AKM/lt,
VA: Aerobik aktif çamur havuzu hacmi,m³,
VD: Anoksik aktif çamur havuzu hacmi, m³,
V: Toplam hacim,m³,
c: Hacim düzeltme faktörü,
a: Anoksik solunum hızlandırma faktörü,
F/M: Organik yükleme oranı, grKOİ/grUAKMgün,
f′: Emniyet faktörü,
fT,A: Ototrofik çoğalma için sıcaklık düzeltme faktörü,
fT,bA: ototrofik bozunma için sıcaklık düzeltme faktörü,
fD: Anoksik solunum düzeltme faktörü,
fC: Karbon oksidasyonu için sok faktörü,
fN: Azot oksidasyonu için ţok faktörü,
EC: Karbon giderim verimi,
SK: Giriş akımındaki karbonat sertliği, mg/lt,
Csa: Oksijen doygunluk sabiti, mg O2/lt,
CX: Ortamdakİ oksijen konsantrasyonu, mg O2/lt,
rX: Çamur arıtımında devretirilen suyun oranı,
R: Geri devir oranı,
Vaerobik : Aerobik hacim fraksiyonu