Azot ve Fosfor Giderimi Yapan Arıtma Tesisi
Transkript
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