Biyolojik Arıtmanın Temelleri

Bilindiği üzere en genel tanımıyla, biyolojik arıtma; atıksu içerisinde fiziksel ve kimyasal proseslerde giderilemeyen organik maddelerin, besin ve enerji kaynağı olarak mikroorganizmalar tarafından kullanılıp atık sudan uzaklaştırılmasıdır.

Biyokimyasal süreçler sonunda organik maddeler mikroorganizmalar tarafından CO2 ve H2O’ya dönüştürülür. Organik maddenin yanı sıra azot ve fosfor gibi besi maddeleri de biyolojik arıtımda giderilir.

Temel Amaçlar

  1. Çözünmüş ve partikül halde biyolojik olarak parçalanabilen organik maddeyi H2O, H2S, CO2, CH4  gibi son ürünlere dönüştürmek veya okside etmek,
  2. Çökemeyen ve askıda kalan katı maddeleri floga dönüştürmek veya biyofilm tarafından yakalanmasını,
  3. Azot ve fosfor gibi nütrientleri dönüştürmek ve uzaklaştırmak,
  4. Bazı durumlarda spesifik iz organik bileşenleri ve bileşikleri uzaklaştırmak.

Bu 4 temel amaç en genel anlamda evsel atık sular için geçerlidir. Endüstriye atık sular için amaç; organik veya inorganik bileşiklerin giderilmesini sağlamaktır. Endüstriyel atık sularda bulunan bileşiklerin bazıları mikroorganizmalar için toksik olduğundan dolayı endüstriyel atık sular evsel kanalizasyon sistemine deşarj edilmeden önce ön arıtıma tabii tutulmalıdır.

Klasik Aktif Çamur Sistemleri

Biyolojik arıtmada oksijen varlığında en yaygın kullanılan yöntem aktif çamur sistemleridir. Organik kirliliğin, askıda tutulan mikroorganizmalar yardımıyla giderildiği bir arıtma yöntemidir. Bu proseste çeşitli problemleri çözmek amaçlı çeşitli modifikasyonlar yapılmıştır. Her bir modifikasyonun tasarımı için farklı kriterleri vardır.

Klasik Aktif Çamur Sistemi Tasarımı

  1. Reaktör tipinin seçimi
  2. Organik yükleme
  3. Çamur üretimi
  4. Oksijen gereksinimleri ve transferi
  5. Nütrient gereksinim
  6. Flamentli organizmaların kontrolü
  7. Çıkış suyu özellikleri

Klasik Aktif Çamur Sistemi Özellikleri

  1. Hidrolik bekletme süresi 30 dk – 24 saat kriterini sağlayan, bir veya birden fazla reaktör havuzların hacmi bu hidrolik bekletme süresini sağlayacak şekilde olmalıdır.
  2. Gerekli havanın sağlanması için difüzör veya mekanik havalandırıcı olmalıdır
  3. Reaktör içindeki atık suyun karışmasını sağlayacak sistem olmalıdır
  4. Biyolojik arıtma sonunda mikrobiyolojik kütlenin arıtılmış sudan ayrılması için bir çökeltme havuzu olmalıdır
  5. Son çökeltmede toplanan katıların tekrar biyolojik arıtımın başına geri devir yapılması sağlanmalıdır
  6. Oluşan fazla biyolojik katı maddenin atılması için bir sistem olmalıdır.

Mikroorganizmaların Rolü

Atık suyun özelliklerine, çevresel koşullara, süreç tasarımına ve sürecin işletilme biçimine bağlı olarak baskın mikroorganizma türü belirli olur. Bir aktif çamur prosesinin verimli çalışması, mikroorganizmaların organik maddeyi tüketmesine, birlikte yumaklaşmasına, geri devir için konsantre çamur oluşturacak şekilde çökelmesine ve berrak bir çıkış suyu sağlamasına bağlıdır. 

Biyolojik arıtımda rol oynayan mikroorganizmalar hücre yapıları ve fonksiyonları dikkate alınarak Eucaryotes, Eubacteria ve Archaebacteria olarak sınıflandırılırlar. Bakteriler ise tek hücreli prokaryotik organizmalardır. Atıksu arıtma ünitelerinde oldukça yaygın olarak bulunurlar ve karbon, azot, fosfor ve kükürt bileşiklerinin giderilmesinde kullanılırlar. Bakteri hücrelerinin büyüklükleri 0,5-3 µm aralığındadır ve şekillerine göre değişiklik gösterirler.

Çözünmüş Oksijenin Önemi

Çözünmüş oksijen (ÇO), aktif çamur sistemlerinde önemli bir parametredir. Atıksu içinde oksijenin sürekli sağlanması ve oksijen sınırlanmasının önüne geçilebilmesi için oksijen transfer hızının oksijen kullanma hızından daha büyük olması gerekir. Kritik oksijen konsantrasyonu, bakteri ve mantarlar için doygunluk konsantrasyonunun %5-10’u arasındadır (1-2 mg/l). Ortamda oksijen sınırlamasını gidermek için saf oksijen kullanılabileceği gibi, sistem yüksek basınç altında (2-3 atm)da çalıştırılabilir.

Gerekli F/M Oranı Ve Katı Alıkonma Süresi

Aktif çamur süreçleri, organik yükleme hızları yüksek, orta ve düşük hızlı olarak üç ana grupta sınıflandırılabilir.

Yükleme hızıKatı Alıkonma Süresi (gün) (*)F : M (kg BOİ5/kg MLVSS.gün)
Yüksek3 – 50.4 – 1.5
Orta5 – 150.2 – 0.4
Düşük15 – 300.05 – 0.2

(*) : Havalandırma havuzu bazında

Endüstriyel Atıksu Arıtımında Biyolojik Arıtımın Yeri

Endüstriyel atıksuların arıtımında biyolojik arıtma uygulamaları olan aktif çamur sistemleri, biyofilm sistemleri, stabilizasyon havuzları, havalandırmalı lagünler ve damlatmalı filtreler kullanılmaktadır. Aktif çamur sistemi; dengeleme, havalandırma, çöktürme ve dezenfeksiyon ünitelerinden oluşmaktadır. Aktif çamur tekniğine göre çalışan sistemler, uygulamada en çok kullanılan sistemlerdir. Stabilizasyon havuzları havuzlarının işletilmesi basittir ve fazla mekanik donanıma ihtiyaç duymaz ve aerobik, anaerobik ve fakültatif stabilizasyon havuzları olarak gruplandırılır. Havalandırmalı lagünler için gerekli oksijen, difüzör veya yüzeysel havalandırıcılar vasıtasıyla temin edilir. Anaerobik filtre; hareketsiz hücre reaktörlerinin bir uyarlaması olarak geliştirilen, anaerobik filtre şeklinde kullanılan dolgu malzemesi biyofilm gelişmesi için gerekli olan temas yüzeyini sağlar. Akışkan yataklı sistemler; bu sistemde yukarı akışlı reaktör, kısmen bir taşıyıcı malzeme (genellikle kum) ile doldurulur. Söz konusu reaktörde kum tanecikleri üzerinde biyofilm oluşturularak arıtmanın gerçekleştirilmesi amaçlanır.

Sonuçta..

Evsel ve endüstriyel atıksu arıtımında çeşitli biyolojik arıtma teknikleri kullanılmaktadır. Bu atık suların biyolojik olarak arıtılmasında çeşitli parametreler etkili olup, bu parametreler belirlenen değerler arasında olmalıdır. Etkili olan F/M oranı, çözünmüş oksijen miktarı, bekletme süresi vb. parametreler doğru seçildiği takdirde arıtma verimi yüksek olacaktır. Bu bağlamda atık suyunuzdan azot, fosfor, organik madde, partiküler madde vb. kirleticileri giderme hedefiniz varsa, biyolojik arıtım prosesleri sizin için doğru seçenek olacaktır.