301 KB - Çevre Mühendisleri Odası

TMMOB
Çevre Mühendisleri Odası
V. ULUSAL
ÇEVRE MÜHENDİSLİĞİ KONGRESİ
ÖN ARITILMIŞ SIZINTI SUYUNUN YARI SÜREKLİ
İŞLETMEYLE AEROBİK BİYOLOJİK ARITIMI
M. Yunus PAMUKOĞLU , Fikret KARGI
Dokuz Eylül Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Mühendisliği Bölümü, İzmir
[email protected], [email protected]
ÖZET
Katı atık depolama alanlarında oluşan sızıntı suyu; yüksek amonyum, kimyasal oksijen ihtiyacı
(KOİ) ve ağır metaller gibi tehlikeli atıklar içerdiğinden, sızıntı suyunun doğrudan biyolojik
arıtımı, düşük amonyum ve KOİ giderimleri ile gerçekleşir. Sızıntı suyunun KOİ ve amonyum
içeriğini azaltmak için ön arıtım olarak koagülasyon-flokülasyon ve bunu takiben pH=12’de
amonyumun havalandırmayla giderimi uygulanmıştır. Ön arıtılmış sızıntı suyu yarı sürekli
(fed-batch) işletilen bir havalandırma tankında aerobik biyolojik arıtıma tabii tutulmuştur. Giriş
atıksuyunun KOİ içeriği ve debisinin, KOİ ve amonyum iyonu giderimleri üzerindeki etkileri
araştırılmıştır. 7000 mg KOİ/L giriş KOİ içeriği ve 0.21 L/sa debide yaklaşık olarak %76 KOİ
ve %23 NH4-N giderimlerine ulaşılmıştır. KOİ giderim verimi KOİ yükleme oranının
artmasıyla birlikte azalmıştır. KOİ giderimi için bir kinetik model geliştirilmiş ve deneysel
veriler kullanılarak kinetik sabitler belirlenmiştir.
Anahtar Kelimeler: Biyolojik arıtım, sızıntı suyu, yarı-sürekli işletme
AEROBIC BIOLOGICAL TREATMENT OF PRE-TREATED LANDFILL
LEACHATE BY FED-BATCH OPERATION
ABSTRACT
Landfill leachate obtained from the solid waste landfill area contained high COD (chemical
oxygen demand) and ammonium ions which resulted in low COD and ammonium removals by
direct biological treatment. COD and ammonium ion contents of the leachate was reduced to
reasonable levels by chemical precipitation with lime and air stripping of ammonia. The
pretreated leachate was subjected to aerobic biological treatment in an aeration tank by fedbatch operation. The effects of the feed wastewater COD content and flow rate on COD and
ammonium ions removal were investigated. Nearly 76% COD and 23% NH4-N removals were
obtained with a flow rate of 0.21 L/h and the feed COD content of 7,000 mgCOD/L. COD
removal efficiency decreased with increasing COD loading rates. A kinetic model for COD
removal was developed and the kinetic constants were determined by using the experimental
data.
Key words : Biological treatment, fed-batch operation, landfill leachate
Ön Arıtılmış Sızıntı Suyunun Yarı Sürekli İşletmeyle Aerobik Biyolojik Arıtımı
M. Yunus PAMUKOĞLU
GİRİŞ
Günümüzde katı atıkların arazide depolanması, katı atık bertaraf sisteminin vazgeçilmez bir
aşamasıdır. Bununla birlikte katı atık depolama alanlarında oluşan sızıntı suyu, içerdiği
yüksek organik madde ve ağır metaller gibi tehlikeli atıklar nedeniyle önemli çevre
sorunlarına neden olmaktadır. Sürdürülebilir bir katı atık yönetimi kapsamında depolama
alanlarında oluşan sızıntı suyunun arıtımı önemli bir unsurdur. Evsel sızıntı sularının direkt
olarak biyolojik arıtımında, içerdiği yüksek KOİ (6000-15000 mg/L) ve amonyum (500-3000
mg/L) konsantrasyonları, yüksek KOİ/BOİ oranı ve metal iyonları gibi toksik maddelerin
varlığından dolayı, genellikle düşük KOİ giderimlerine ulaşılmıştır (Amokrane ve diğerleri,
1997; Chiang ve diğerleri, 2001; Park ve diğerleri, 2001). Özellikle büyük yerleşme
alanlarında, sızıntı suyunun arıtımına son yıllarda daha çok önem verilmeye başlanmıştır
(Bohdziewicz ve diğerleri,2001; Ahn ve diğerleri, 2002). Sızıntı suyunun kompozisyonu, katı
atıkların doğadaki sızıntılarına, aktif mikrobiyal floraya, toprağın karakterizasyonuna, yağış
miktarına ve sızıntının yaşına göre değişiklik gösterir (Chen, 1996). Genç sızıntı suları yaşlı
olanlara göre genellikle daha kolay arıtılabilir. Bu sebepten dolayı, arıtma stratejileri
genellikle sızıntı suyunun kompozisyonuna bağlıdır.
Sızıntı suyunun arıtımı için geliştirilen metodlar fiziksel, kimyasal ve biyolojik olarak
sınıflandırılabilir. Bu metodlardan herhangi birini tek başına kullanarak, tatmin edici arıtma
verimleri ve çıkış suyu kalitesi elde etmek genellikle zordur. Bunun için çoğunlukla fizikselkimyasal ve biyolojik yöntemlerin kombinasyonları kullanılır. Sızıntı suyunun arıtımı için
kullanılan fiziksel metodlardan başlıcaları çöktürme, havalandırma ile giderim, adsorpsiyon
ve membran filtrasyondur (Amokrane ve diğerleri, 1997; Bohdziewicz ve diğerleri,2001;
Vogelpohl ve diğerleri, 1995). Bu yöntemler genellikle kimyasal ve biyolojik metodlarla
birlikte kullanılır. Sızıntı suyunun arıtımı için kullanılan başlıca kimyasal metodlar,
koagülasyon-flokülasyon (Amokrane ve diğerleri, 1997; Ahn ve diğerleri, 2002), kimyasal
çöktürme ve kimyasal-elektrokimyasal oksidasyonlardır (Chiang ve diğerleri, 2001). Sızıntı
suyunun arıtımı için kullanılan biyolojik arıtım yöntemleri genellikle anoksik prosesler,
aerobik ve anaerobik prosesler olarak sınıflandırılabilir. Fiziksel-kimyasal metodlar,
çoğunlukla sızıntı suyundan biyolojik olarak giderilemeyen bileşimleri gidermek için
biyolojik metodlarla birlikte kullanılırlar (Bohdziewicz ve diğerleri,2001; Ahn ve diğerleri,
2002).
Nanofiltrasyon, havalandırma ile amonyumun giderimi ve ozonlama gibi bir seri fizikselkimyasal metodlar, KOİ, amonyum ve toksisite giderimlerindeki verimleri açısından test
edilmiştir (Martinnen ve diğerleri, 2002). Nanofiltrasyon ile yaklaşık olarak %66 KOİ ve %50
amonyum giderim verimlerine ulaşılmıştır. Havalandırma ile 20 oC de 24 saatin sonunda %89
amonyum giderimi sağlanmıştır. Ozonlama, biyolojik olarak giderilebilen KOİ miktarını
arttırmıştır. Bununla beraber, test edilen metodların hiçbiri toksisite gideriminde etkili
olmamıştır. Fiziko-kimyasal metodlar sızıntı suyunun arıtımı için nanofiltrasyon ile
kombinasyon içinde kullanılmıştır. (Trebouet ve diğerleri, 2001). Membranların yüzeyinden
kirleticileri gidermek amacıyla farklı pH ve FeCl3 konsantrasyonda koagülasyon
uygulanmıştır. Nanofiltrasyon, sızıntı suyundan giderilemeyen KOİ giderimi için uygun bir
yöntem olarak bulunmuştur.
METERYAL VE METODLAR
Yapılan çalışmalar süresince, pleksiglastan oluşan 20 cm çap ve 60 cm yüksekliğinde toplam 18.8
litre olan bir havalandırma tankı kullanılmıştır. Tanktaki atıksu, difüzörler ve bir hava pompası
yardımıyla havalandırılımıştır. Ön arıtılmış sızıntı suyunun debisi, bir peristaltik pompa
kullanılarak 0.15 L/sa ile 0.6 L/sa arasında olacak şekilde reaktöre beslenmiştir. Giriş atıksuyu,
herhangi bir bozulmayı önlemek için 4 oC’de buzdolabında muhafaza edilmiştir.
381
Ön Arıtılmış Sızıntı Suyunun Yarı Sürekli İşletmeyle Aerobik Biyolojik Arıtımı
M. Yunus PAMUKOĞLU
Atıksuyun Kompozisyonu
Deney süresince kullanılan sentetik atıksu, KH2PO4 ve ön arıtılmış sızıntı suyundan
oluşturulmuştur. Girişteki KOİ konsantrasyonu, ön arıtılmış sızıntı suyunun seyreltilmesiyle 1000
mg/L ile 7000 mg/L arasında olacak şekilde ayarlanmıştır. Giriş atıksuyundaki toplam nitrojen ve
fosfor konsantrasyonları, 100/10/1.5 - KOİ/N/P oranı olarak ayarlanmıştır.
Organizmalar
Aktif çamur kültürü, PAK-MAYA Maya Endüstrisi Fabrikası (İzmir) atıksu arıtma tesisinden
alınmıştır. Aktif çamur kültürü, kullanılmadan önce bir havalandırma tankında seyreltilmiş
sızıntı suyuna adapte edilmiştir.
Deneysel İşlemler
Sızıntı suyunun ön arıtımı, koagülasyon-flokülasyonu takiben pH=12’ de amonyumun
havalandırma ile gideriminden oluşmuştur. pH=12’de 1 g/L konsantrasyonda kullanılan kireç
çözeltisi, test edilen koagülantlar arasında en uygun bulunmuş ve bu amaçla deneyler
süresince kullanılmıştır. Amonyum konsantrasyonunu istenilen seviyeye azaltmak için,
flokülasyondan sonraki çıkış suyu, pH=12’ de 45 dakika süresince havalandırmaya tabii
tutulmuştur. Ön arıtımın sonunda KOİ ve NH4-N konsantrasyonları sırasıyla yaklaşık 7000
mg/L ve 700 mg/L’ ye düşürülmüştür. KOİ/N/P oranını 100/10/1.5’ e ayarlamak için fosfatı
eksik olan sızıntı suyuna gerekli oranda KH2PO4 eklenmiştir.
Biyolojik arıtım deneyleri kesikli olarak başlatılmıştır. Yaklaşık 5 litre ön arıtılmış sızıntı
suyu havalandırma tankına konmuş ve önceden sızıntı suyuna adapte olmuş aktif çamur
kültürüyle aşılanmıştır. Reaktör, yoğun bir kültür elde etmek için, bir kaç gün
havalandırılmıştır. Sürekli operasyonun sonunda, ortamdan 2 litre sıvı alınmış ve çıkış
olmaksızın ortam, sürekli beslemeye başlanmıştır. İşlem boyunca medyanın sıcaklığı, pH’ si
ve çözünmüş oksijeni sırasıyla T=20±2 oC, pH=8.0±0.5 ve Ç.O=3±0.5’ tir. Reaktörün sıvı
hacmi, debiye bağlı olarak zamanla doğrusal şekilde artmıştır. Deneyler 30 saat sürmüş ve
sonuçların tekrarlanabilirliğini test etmek için 2 kez yapılmıştır. Bir kontrol deneyi (K),
organizma olmaksızın, her deney için aynı şartlarda yapılmış ve KOİ konsantrasyonları
değerlendirilmiştir. Kontrol deneylerindeki KOİ giderimleri sıfır kabul edilip, biyolojik arıtım
(B) deneylerindeki KOİ giderimleri, kontrol deneylerindeki KOİ değerleri baz alınarak
hesaplanmıştır.
Analitik Yöntemler
Örnekler her satte bir, deneysel ve kontrol reaktörlerinden alınmış, 6000 rpm’ de 30 dakika
santrifüjlenmiştir. KOİ analizleri, berrak üst sıvıdan kapalı reflux metodu kullanılarak standart
metodlara göre yapılmıştır (APHA, 1989). Amonyum iyonu analizleri ise bir spektrometre ve
test kitleri (Merck, No 14752) kullanılarak yapılmıştır.
Biyokütle konsantrasyonları, numunenin 0.45 µ milipore filtre kağıdından geçirilip 105 oC’ de
sabit ağırlığa gelene kadar kurutulması ve ağırlığının ölçülmesi ile yapılmıştır Çözünmüş
oksijen (Ç.O) ölçümleri, bir WTW Ç.O analizörü ve bir Ç.O probu vasıtasıyla yapılmıştır.
SONUÇLAR VE DEĞERLENDİRME
Sızıntı Suyunun Karakterizasyonu
İzmir’in Harmandalı çöp toplama alanından alınan sızıntı suyunun kompozisyonu Tablo 1’ de
verilmiştir.
382
Ön Arıtılmış Sızıntı Suyunun Yarı Sürekli İşletmeyle Aerobik Biyolojik Arıtımı
M. Yunus PAMUKOĞLU
Tablo 1. Deneysel çalışmada kullanılan sızıntı suyunun karakterizasyonu
Parametre
Konsantrasyon
(mgl-1)
pH
KOİ
TOK
TN
NH4N
NO3N
TP
PO4P
TKM
Zn
Cu
8.15
9500
3750
1450
1270
7.3
33
31
21000
0.160
0.665
* TN :toplam azot, TP :toplam fosfor, TKM: toplam katı madde, TOK : toplam organic
karbon, KOİ: kimyasal oksijen ihtiyacı
Sızıntı suyunun TOK/KOİ oranı yaklaşık olarak 0.4’ tür ve bu değer teorik değere uygun bir
değerdir. Ham sızıntı suyunun KOİ/NH4-N/PO4-P oranı 100/13.4/0.32’ dir ve buda sızıntı
suyunun, yüksek amonyum azotu ve düşük fosfat fosforu değerlerine sahip olduğunu
göstermektedir. Atıksuyun etkili biyolojik arıtımı için, KOİ/N/P oranı 100/6/1.5 civarında
olmalıdır. Bu değer gözönüne alınarak deneysel çalışmalar boyunca nütrient dengesini
sağlamak için, sızıntı suyuna ilaveten fosfat fosforu eklenmiş ve yüksek amonyum muhtevası
havalandırma ile giderilmiştir.
Sızıntı Suyunun Ön Arıtımı
Ham sızıntı suyunun direkt olarak biyolojik arıtımı sonucunda, yüksek KOİ ve amonyum
giderimlerine ulaşılamamıştır. Bu yüzden de sızıntı suyuna, kimyasal koagülasyonflokülasyonu takiben, pH=12’de amonyumun havalandırmayla gideriminden oluşan bir ön
arıtım uygulanmıştır. Koagülasyon-flokülasyon deneyleri ile KOİ ve amonyum giderimleri
için, farklı konsantrasyonlarda alum (Al2(SO4)3), FeCl3 ve kireç (CaO) olarak üç farklı
kimyasal koagülant kullanılmıştır.
Koagülasyon-flokülasyon deneyleri, bir jar-testi aparatıyla 1 litrelik beherler kullanılarak
yapılmıştır. Sızıntı suyunun pH değerleri alum ve FeCl3 için 6’ya, kireç için 12’ye
ayarlanmıştır. Koagülant konsantrasyonları 0 ile 3.5 g/L arasında değiştirilmiştir. Jar
testindeki beherler 200 rpm’de 2 dakika hızlı ve 20 rpm’de 30 dakika yavaş karıştırılmış ve
sonunda 1 saat çökelmeye bırakılmıştır. Daha sonra örnekler, üst taraftaki berrak sıvıdan
alınmış ve KOİ içerikleri için analiz edilmiştir.Test edilen üç koagülant için, koagülant
dozlarına bağlı olarak yüzde KOİ giderimleri Şekil 1’de gösterilmiştir. Alum ve demir klorür
için koagülant dozlarının artmasıyla birlikte yüzde KOİ giderimleri artmıştır. Bununla birlikte
kireç dozunun artmasıyla, yüzde KOİ giderimleri azalmıştır. En yüksek KOİ giderimi (%60),
3 g/L dozda demir klorür eklemesiyle elde edilmiştir. Üç koagülantın KOİ giderim
performanslarının düşük dozlarda (0.5-1 g/L) karşılaştırılması daha uygundur. Yüksek
koagülant dozlarında daha fazla çamur oluşumu ve koagülant maliyeti gibi problemler
düşünüldüğünde, 1 g/L gibi düşük konsantrasyonlar tercih edilebilir. 1 g/L dozda üç
koagülant için yüzde KOİ giderimleri %45 civarındadır. Koagülasyondan sonra amonyumun
havalandırmayla giderimi için en uygun olan pH=12 değerinin, kireç için uygulanan pH
değeriyle aynı olması ve bunun yanında kirecin dezenfeksiyon etkisinden dolayı, kireç daha
sonraki çalışmalar için en uygun koagülant olarak seçilmiştir. 1 g/L kireç eklemesiyle
koagülasyon-flokülasyondan sonra sızıntı suyunun KOİ ve amonyum azotu değerleri
sırasıyla, KOİ0=9500 mg/L ve NH4-N0=1270 mg/L’ den KOİ=7250 mg/L ve NH4-N=1200
mg/L’ ye düşmüştür. pH=12’ de 1 g/L kireç ile koagülasyondan sonraki sızıntı suyunda
bulunan fazla amonyumu gidermek için, pH=12’de havalandırma uygulanmıştır. 45 dakika
havalandırmayla giderimin sonunda amonyum konsantrasyonu 1200 mg/L’ den 700 mg/L’ ya
düşürülmüştür. Havalandırmayla amonyumun gideriminden sonra, yarı sürekli işletilen bir
havalandırma tankında biyolojik arıtımda kullanılmak üzere sızıntı suyunun pH’ ı alkaline
ilavesiyle (1 M NaOH) 12’ ye ayarlanmıştır. Havalandırmayla giderimden sonra ön arıtılmış
sızıntı suyunun KOİ ve NH4-N konsantrasyonları yaklaşık olarak KOİ=7000 mg/L ve NH4N=700 mg/L’dir. Biyolojik arıtımdan önce sızıntı suyunun KOİ/N/P oranını 100/10/1.5’ e
ayarlamak için, gerekli KH2PO4 miktarı ön aıtılmış sızıntı suyuna ilave edilmiştir.
383
Ön Arıtılmış Sızıntı Suyunun Yarı Sürekli İşletmeyle Aerobik Biyolojik Arıtımı
M. Yunus PAMUKOĞLU
Yüzde KOİ giderimi
65
60
55
50
45
40
35
30
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
Koagülant Dozu ( g/L )
Şekil 1. Farklı koagülant ve konsantrasyonlarda sızıntı suyundan KOİ giderim verimleri
Δ FeCl3
● Alum
▲ Kireç
Ön Arıtılmış Sızıntı Suyunun Yarı-Sürekli Biyolojik Arıtımı
Ön aıtılmış sızıntı suyunun yarı-sürekli biyolojik arıtımı için iki farklı deney seti
uygulanmıştır. KOİ değerlerini istenilen seviyeye getirmek için sızıntı suyu çeşme suyuyla
seyreltilmiştir. Birinci deney setinde, giriş debisi Q=0.18 L/sa’ de sabit tutulup, giriş KOİ
konsantrasyonu 1000 mg/L ile 7000 mg/L arasında değiştirilmiştir. Bu deney setinde 30
saatlik işletme süresinde KOİ yükleme oranı (LKOİ) 180 mg KOİ/sa ile 1260 mg KOİ/sa
arasında değiştirilmiştir. İkinci deney setinde ise giriş atıksuyunun KOİ konsantrasyonu 7000
mg/L’ de sabit tutulup, giriş debisi 0.05 L/sa ile 0.60 L/sa arasında değiştirilmiştir. Bu deney
setinde 10 saatlik işletme süresince, KOİ yükleme oranı (LKOİ) 350 mg KOİ/sa ile 4200 mg
KOİ/sa arasında değiştirilmiştir. Havalandırma tankındaki başlangıç KOİ değeri yaklaşık 300
mg/L, başlangıç biyomas konsantrasyonu ise kuru ağırlık bazında 4200±200 mg biyomas/L’
dir. Deneyler süresince sıcaklık 20 oC ve pH=8-8.5’dir. Havalandırma tankındaki çözünmüş
oksijen konsantrasyonunu 2 mg/L’ nin üzerinde tutmak için, bir hava pompası ve difüzörler
vasıtasıyla havalandırma sağlanmıştır. Deneyler süresince sıcaklık, pH ve Ç.O izlenmiş ve
elle kontrol edilmiştir. Herbir deneysel koşul için, biyolojik arıtıma paralel olarak herhangi bir
organizma olmaksızın bir kontrol deneyi yapılmıştır. Kontrol deneylerindeki yüzde KOİ
giderimleri sıfır kabul edilip, KOİ giderimleri, kontrol deneylerindeki KOİ değerleri baz
alınarak hesaplanmıştır.
0.18 L/sa debi ve 4170 mg/L KOİ konsantrasyonundaki bir deney için önemli işletim
verilerinin zamanla değişimleri Şekil 2’ de verilmiştir. Havalandırma tankındaki atıksu hacmi,
beklendiği gibi zamanla doğrusal bir şekilde artmıştır. Kontrol tankındaki KOİ
konsantrasyonları KOİ’ nin birikimleri sonucunda zamanla artmıştır. Bununla birlikte deney
tankındaki KOİ’ler yavaşça artmış ve biyolojik olarak giderimin sonucunda 500 mg/L
civarında sabit kalmıştır. Havalandırma tankındaki toplam biyomasın artması sonucu, deney
tankı ile kontrol tankındaki KOİ değerlerinin farkına bağlı olarak zamanla artmıştır. Toplam
biyomas miktarı da teorik olarak beklendiği üzere, zamanla doğrusal biçimde bir artış
göstermiştir.
384
Ön Arıtılmış Sızıntı Suyunun Yarı Sürekli İşletmeyle Aerobik Biyolojik Arıtımı
M. Yunus PAMUKOĞLU
9
2800
8
2300
KOİç ( mg/L))
Vt ( L )
7
6
5
1800
1300
4
800
3
300
2
0
5
10
15
20
Zaman (sa)
25
0
30
5
10
15
20
Zaman (sa)
(a)
25
30
(b)
80
70
24
Xt ( g )
Yüzde KOİ giderimi
60
50
40
30
20
19
14
10
0
0
0
5
10
15
20
25
30
Zaman (sa)
(c)
5
10
15
20
25
30
Zaman (sa)
(d)
Şekil 2. 0.18 L/sa debi ve 4170 mg/L KOİ besleme konsantrasyonu için, sızıntı suyunun yarı
sürekli işletiminde önemli işletim verilerinin zamanla değişimleri
a. Tanktaki atıksu hacmi
b. KOİ konsantrasyonu (● kontrol , ○ deneysel )
c. Yüzde KOİ giderimi
d. Tanktaki toplam biyomas konsantrasyonu
Farklı KOİ Besleme Deneyleri
Farklı KOİ besleme değerleri için yüzde KOİ giderimlerinin zamanla değişimi Şekil 3’ de
verilmiştir. Yüzde KOİ giderimleri kontrol deneylerindeki KOİ’ler kullanılarak
hesaplanmıştır (E=1-KOİç/KOİg). Tüm deneyler için KOİ giderim verimleri zamanla
artmıştır. 30 saatlik işletimin sonundaki KOİ giderimleri, giriş KOİ beslemesinin artmasıyla
birlikte artmış, yüksek KOİ beslemesinde ise bu değer E=%76’ da sabit kalmıştır. Yüksek
KOİ beslemesinde ulaşılan %76 civarındaki yüksek KOİ giderim verimleri, KOİ beslemesi
yüksekken havalandırma tankındaki biyomas miktarının da artmasıyla ilişkilendirilebilir.
Aynı zamanda NH4-N beslemesi veya NH4-N yükleme oranını ile yüzde NH4-N giderimleri
de değişiklik göstermiştir. Düşük NH4-N beslemesinde (200 mg/L) giderim %24 iken bu
değer yüksek NH4-N beslemesinde (490 mg/L) %18’ e düşmüştür.
385
Ön Arıtılmış Sızıntı Suyunun Yarı Sürekli İşletmeyle Aerobik Biyolojik Arıtımı
M. Yunus PAMUKOĞLU
80
Yüzde KOİ giderimi
70
60
50
40
30
20
10
0
0
3
6
9
12
15
18
21
24
27
30
Zaman (sa)
Şekil 3.0.18 L/sa’ lik besleme debisinde farklı KOİ besleme konsantrasyonları için yüzde
KOİ giderimlerinin zamanla değişimi
○ 980 mg/L , ● 2800 mg/L ,
Δ 5100 mg/L , ▲ 7050 mg/L
KOİ Yükleme Oranının Reaktör Performansı Üzerindeki Etkileri
KOİ yükleme oranı, hem KOİ beslemesi hem de debi ile değişiklikler göstermiştir. KOİ ve
amonyum-N yükleme oranlarının (Ls=QSg), çıkış KOİ değerleri ve KOİ giderim verimleri
üzerindeki etkileri Şekil 4’de gösterilmiştir. İşletimin sonunda çıkış KOİ değerleri KOİ
yükleme oarnlarının artmasıyla birlikte artarken, yüzde KOİ giderimleri azalmıştır. Düşük
KOİ yükleme değerlerinde, çıkış KOİ değerleri kademeli olarak artmış ve yüzde KOİ
giderimleri de aynı şekilde azalmıştır. Bununla birlikte, her iki parametre içinde bu
değişiklikler yüksek KOİ yüklemelerinde yavaşlamış ve 3.5 g KOİ/sa’in üzerindeki
yüklemelerde ise sabitlenmiştir. Yüksek KOİ giderim verimlerine ulaşmak için KOİ yükleme
oranı 1 g KOİ/sa’ in altında tutulmalıdır.
1600
77
75
1000
72
71
800
70
350
NH4-Nç
73
Yüzde KOİ giderim
74
1200
KOİç
27
26
25
24
23
22
21
20
19
18
17
400
76
1400
300
250
200
69
600
68
150
30
400
300
80
130
180
230
280
330
Yüzde NH4-N giderimi
Benzer şekilde NH4-N yükleme oranının artması ile birlikte, işletimin sonundaki çıkış NH4-N
konsantrasyonları artmış ve yüzde giderimleri azalmıştır. NH4-N yükleme oranı ile bu
parametrelerdeki değişiklikler, yüksek yükleme oranlarında hızlı bir şekilde artmış ve
yükleme oranının artmasıyla birlikte yavaşlamıştır. Yüzde NH4-N giderimleri amonyum-N
yükleme oranının 35 mg N/sa’ den 420 mg N/sa’ e artmasıyla, %26’ dan%18’ e düşmüştür.
380
67
800
1300 1800 2300 2800 3300 3800
L(NH4-N) (mg/sa)
L(KOİ) (mg/sa)
( a ) KOİ
( b ) NH4-N
Şekil 4. İşletimin sonunda KOİ ve NH4-N yükleme oranlarının, yüzde KOİ ve NH4-N
giderimleri ve çıkış konsantrasyonları ile değişimleri
386
● Çıkış KOİ veya NH4-N,
○ Yüzde KOİ veya NH4-N giderimi
Ön Arıtılmış Sızıntı Suyunun Yarı Sürekli İşletmeyle Aerobik Biyolojik Arıtımı
M. Yunus PAMUKOĞLU
Sistemin Kinetik Analizi
30 saatlik işletimin sonundaki deneysel verilerin değerlendirilmesi için aşagıdaki kinetik
model kullanılmıştır.
Q ( Sk – S)
kXS
Rm S
Rs = --------------- = ------------- = ----------Vo + Q t
Ks + S
(1)
Ks + S
Q, debi (L/sa);Sk, kontrol tankındaki KOİ konsantrasyonu (mg/L); S, 30 saatlik işletimin
sonunda tanktaki KOİ değeri (mg/L); Vo, tanktaki atıksu hacmi (3 litre); t, işletim süresi (h);
k, maksimum KOİ giderim oran sabiti (h-1); X, herhangi bir zamandaki havalandırma
tankındaki biyomas konsantrasyonu (mg/L); Ks, doygunluk sabiti (mg/L) ve Rm, maksimum
KOİ giderim oranı (k.X; mg KOİ/Lsa)
Eşitlik 1 tekrar düzenlenirse
1
(Vo + Q t )
1
Ks
1
------- = ----------------- = ------- + ------ ----Rs
Q (Sk –S)
Rm
Rm
(2)
S
1/Rs’e karşılık 1/S çizilirse, orataya çıkan dogrunun eğimi Ks/Rm, kesim noktasıda 1/Rm’i
verir.
Rm = 81.7 mgKOİ/L.sa,
Ks = 377 mg /L
(r2 = 0.90)
3
1/Rs*10 (L h / mg)
28
26
24
22
20
18
y = 4,614x + 12,241
2
R = 0,9043
16
14
0,7
1,2
1,7
2,2
2,7
3,2
3
1/Se*10 (L / mg)
Şekil 5. KOİ giderimi için kinetik sabitlerin belirlenmesinde 1/Rs’ e karşılık 1/S’ in gösterimi
Havalandırma tankındaki ortalama biyomas konsantrasyonunu X=2200 mg/L alınıp Rm=k.X
eşitliğini kullanarak kullanılan biyolojik sistem için k sabiti 0.037 L/sa = 0.89 L/gün olarak
bulunmuştur.
Kullanılan sızıntı suyunun içerdiği engelleyici bileşiklerden dolayı sistemin k sabiti ve
dolayısıyla doygunluk sabiti (Ks), konvansiyonel aktif çamur sistemlerinkilerinden düşük
çıkmıştır.
387
Ön Arıtılmış Sızıntı Suyunun Yarı Sürekli İşletmeyle Aerobik Biyolojik Arıtımı
M. Yunus PAMUKOĞLU
Değerlendirme
Sızıntı suyunun direkt biyolojik arıtımının, içerdiği yüksek KOİ ve amonyum-N
konsantrasyonlarından dolayı zor olması sonucunda düşük KOİ giderimlerine ulaşılmıştır.
KOİ ve NH4-N değerlerini arıtılabilir seviyelere düşürmek için sızıntı suyuna, koagülasyonflokülasyonu takiben amonyumun havalandırma ile gideriminden oluşan bir ön arıtım
uygulanmıştır. Kireç ile koagülasyonun ardından, pH=12’ de amonyumun havalandırmayla
giderimi ile KOİ ve NH4-N konsantrasyonları yaklaşık olarak KOİ = 7,000 mg/L ve NH4-N =
700 mg/L’ ye düşürülmüştür.
Ön arıtılmış sızıntı suyuna bir havalandırma tankında, yarı sürekli işletme ile biyolojik aıtım
uygulanmıştır. KOİ besleme oranı (Sg) ve besleme debisinin (Q), KOİ giderimleri üzerindeki
etkileri incelenmiştir. KOİ besleme değerinin artması ile, deney tankındaki KOİ giderim
verimlerinin düştüğü ve çıkış KOİ değerlerinin de arttığı görülmüştür. KOİ yükleme
oranlarının (LKOİ = Q Sg) artması sonucunda ise, çıkış KOİ giderimleri düşmüştür. 30 saatlik
işletim süresi ile yüksek KOİ giderimlerine ulaşabilmek için, sistem 1 g KOİ/sa’ in altındaki
KOİ yükleme oranlarında çalıştırılmalıdır. Ön arıtılmış sızıntı suyunun kesikli beslemeli
biyolojik arıtımı ile, %76 KOİ giderimine ve %23 amonyum-N’ u giderimlerine ulaşılmıştır.
30 saatlik işletimin sonundaki deneysel veriler kullanılarak, sistemin kinetik sabitleri olan
aşağıdaki k ve Ks değerleri bulunmuştur.
k = 0.037 L/sa = 0.89 L/gün, Ks = 377 mg/L
KAYNAKLAR
Ahn, D.H., Yun-Chul, C., Won-Seok, C. 2002. ‘‘Use of coagulant and zeolite to enhance the
biological treatment efficiency of high ammonia leachate.’’ J.Environ. Sci. Heal.
A:Toxic/Hazardous Substances & Environmental Engineering. 37, 163-173 .
APHA, 1989. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 17th edn.
Washington DC.
Amokrane, A., Comel, C., Veron, J. 1997. ‘‘Landfill leachate pretreatment by coagulationflocculation.’’ Water Res. 31(11), 2775-2782.
Bohdziewicz, J., Bodzek, M., Górska, J. 2001. ‘‘Application of pressure-driven membrane
techniques to biological treatment of landfill leachate.’’ Process Biochem. 36, 641-646.
Chen, P.H. 1996. ‘‘Assesment of leachates from sanitary landfills: Impact of age, rainfall and
treatment.’’ Environ. Inter. 22, 225-237.
Chiang, L., Chang, J., Chung, C. 2001. ‘‘Electrochemical oxidation combined with physicalchemical pretreatment processes for the treatment of refractory landfill leachate.’’ Environ.
Eng. Sci. 18, 369-378.
Marttinen, S.K., Kettunen, R.H., Sormunen, K. M., Soimasuo, R. M. and Rintala, J.A.
‘‘Screening of physical-chemical methods for removal of organic material, nitrogen and
toxicity from low strength landfill leachates.’’ Chemosphere, 46, 851-858 (2002).
Park, S., Choi, K.S., Joe, K.S., Kim, W.H., Kim, H.S. 2001. ‘‘Variations of landfill leachate's
properties in conjunction with the treatment process.’’ Environ. Technol. 22, 639-645.
Trebouet, D., Schlumpf, J.P., Jaounen, P. and Quemeneur, F. ‘‘Stabilized landfill leachate
treatment by combined physicochemical-nanofiltration processes.’’ Water Res.35, 2935-2942
(2001).
Vogelpohl, A., Morawe, B. and Ramtekejune, D.S. 1995. ‘‘Activated carbon column
performance studies of biologically treated landfill leachate.’’ Chem. Eng. Process. 299-303
388