Atıksuların Arıtılması Dersi -...

12.03.2012

1

1

Atıksuların Arıtılması DersiCEV411

Aktif Çamur Sistemleri, Organik Karbon, Biyolojik Azot ve Fosfor Giderimi

- Aktif Çamur Prosesi -

4. Hafta

2

Dersin Kapsamı ve Önemi

1. Kirletici Parametreler ve Tasarım Verileri2. Deşarj Standartları (AB, Kentsel Atıksuların Arıtılması)3. Atıksu miktarları4. Arıtma tesislerinde debi ve parametrelerin kütle dengesi5. Organik Karbon Giderimi ve Reaktör Tasarımı6. Nitrifikasyon ve Reaktör Tasarımı7. Denitrifikasyon Proses Tasarımı8. Son Çökeltme Tankı Tasarımı9. Reaktör konfigürasyonları ve uygulamaları

Tokat-Yeşilırmak

3

1. Kirletici Parametreler ve Tasarım Verileri

1. Debi: Qortalama, Qmax, Qmin, Qpeak

2. Organik Madde: KOİ, BOİ5, TOK3. Azot: TKN, NH4-N4. Fosfor: TP, Ortho-P5. Spesifik Kirleticiler: Mikrokirleticiler, Zenobiyotikler vs.

Kirletici Parametreler: Partiküler, Çözünmüş!!

KOİ = Çözünmüş KOİ + Partiküler KOİTKN = (NH4-N + Çöz. Org. Azot) + Part. Org. AzotTP = (PO4-P + Çöz. Org. Fosfor) + Part. Org. Fosfor

You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

http://www.novapdf.com

12.03.2012

2

4

1. Kirletici Parametreler (Metcalf ve Eddy, 2003)

Zayıf Orta Kuvvetli Toplam katı madde(TKM), mg/L Toplam çözünmüş madde (TÇM), mg/L Toplam askıda madde (TAM), mg/L Çökebilen madde, mg/L BOİ5, mg/L TOK, mg/L KOİ, mg/L Azot (Top N), mg/L Organik, mg/L Amonyum, mg/L Nitrit + nitrat, mg/L Fosfor (Top P), mg/L Organik, mg/L İnorganik, mg/L Klorür, mg/L Sülfat, mg/L Alkalinite, mg/L as CaCO3 Yağ ve gres, mg/L Toplam koliform, no/100 mL

350 250 100 5

110 80

250 20 8 12 0 4 1 3 30 20 50 50

106~107

720 500 200 10

220 160 500 40 14 25 0 8 3 5

50 30

100 100

107~108

1200 850 350 20 400 290

1000 85 35 50 0

15 5

10 100 50 200 150

107~109

Konsantrasyon

5

Parametreler Konsantrasyon Minimum arıtma verimi, %

BOİ5 25 mg/l 70-90

KOİ 125 mg/l 75

AKM 35 mg/l 90

Toplam Azot (*) 15 mg/l (N=10000-100 000)10 mg/l (N>100 000 )

70-80

Toplam Fosfor(*) 2 mg/l (N=10000-100 000 )1 mg/l (N>100 000 )

80

2. AAT Deşarj Standartları (Kentsel Atıksuların Arıtılması Yönt.)

(*) Ötrofikasyona tabi hassas alanlara kentsel atık su arıtma tesislerinden boşaltmalar için şartlar. Yerel şartlara bağlı olarak parametrelerin biri yada ikisi birden uygulanabilir. Konsantrasyon değerleri yada azalma yüzdeleri uygulanacaktır. (AB: EEC271-1991) (TC: Resmi Gazete 26047 nolu 8.01.2006 terihli kanun)

6

3. Atıksu Miktarı: Debi (Flowrates)

Metcalf & Eddy, 2003

Qpeak

Qort

Qmax



12.03.2012

3

7

Debiler (İstatistiksel Değerlendirme)

Henze et al., 1995

Qmax

Qort

%85 undercut (ATV131, 2000)

8

9

Parametre Birim DeğerQortalama m3/gün 600,000KOİ mg/L 450BOİ5 mg/L 220TKN mg/L 50AKM mg/L 310UAKM mg/L 210TP mg/L 8.1

Örnek: Kadıköy Atıksuyunun Konvansiyonel Karakterizasyonu(ref: Okutman, 2001)



12.03.2012

4

10

4. Kirletici Parametrelerin Kütle Dengesi

QGirişKOİ = 450TKN = 50AKM = 310TP = 8

Qfiltrat2AKM = 300KOİ = 700TKN = 450TP = 150

Qfiltrat1AKM = 200TKN = 40TP = 9

11

5. Organik Madde Giderimi ve Proses Tasarımı

Giriş (Qin) Çıkış

Geri Devir (RAS) Fazla Çamur

(PX)

Aktif ÇamurReaktörü

SonÇökeltme

Standart Tasarım Parametreleri:

F/M oranı Çamur Yaşı (SRT) Hidrolik Bekletme Süresi (HRT)

Insel vd., 2006Deri OSB-WWTP

12

Oxidation Ditch



12.03.2012

5

13


Sadece BOİ5 ve toplam KOİ parametreleri proses tasarımı açısından yeterli olamamaktadır?

Toplam KOİ okside olabilen tüm organiklerin bir eşdeğerini göstermektedir.

Toplam KOİ parametresini fraksiyonlar halinde getirmemiz kolaylık sağlayacaktır.

f = (BOI5 ÷ COD) = 0.4-0.6 buzdağı etkisi !!

BOİ5 deney koşulları: poorly conditioned

F/M (Besin/Biyokütle) parametresi

14

KOİ Fraksiyonları

Toplam KOİ (CT)

Çözünmüş KOİ (ST)

Partiküler KOİ (XT)

Çözünmüş İnert KOİ

(SI)

Kolay AyrışabilenKOİ (Ss)

Yavaş AyrışanKOİ (Xs)

Partiküler İnert KOİ

(XI)

BOİ5L=BOİu

?

CS BOİuCS = SS+XS

<0.45 micron >0.45 micron

15

H2O

hydrolysis

growth decay

XH

SS

XS

XP

O2

H2O

O2

Organik Karbon Giderim Modeli



12.03.2012

6

16

Respirometre-OTH

İTÜ Çevre Mühendisliği /Dr. Sedat Üründül Laboratuvarı

17

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 120

20

40

60

80

100

120

140

160

time [hour]

respiration rate [mgO2/l.h]

nitrite

ammonia

acetate

wastewaterwastewater

18

KOİ Fraksiyonları

Evsel Atıksu KOİ Fraksiyonları- İstanbul

Fraksiyon Konsant. Fraksiyon

SI 22 mg/l 5%

SS 45 mg/l 10%

XS 338 mg/l 75%

XI 45 mg/l 10%

Orhon, D., Ateş, E., Sözen, S. and Ubay Çokgör, E. (1997) Characterization and COD fractionation of domestic wastewaters, Environmental Pollution, 95, 2, 191-204.

• Ayrışabilen KOİ: Respirometrik (OTH) yöntemler• İnert KOİ: AAT Çıkış suyu analizi ve analitik yöntemler

VSS (UAKM)



12.03.2012

7

19

Karbon Giderimi Reaksiyonları

Heterotrofik Çoğalma

Hidroliz

İçsel Solunum

Partiküler maddelerin oluşumu (İçsel Solunum)

HSS

SHXH X.

SKS.ˆr

HdHX Xkr

ShSS

SX X.kdt

dXdt

dSr

HddP

PX X.k.fdt

dXr

20


Pg747-Metcalf & Eddy, 2003

21

Karbon Giderimi Stokiyometrisi

Ayrışabilen KOİ (SS+XS)

Oksijen(1-YH)

Biyokütle (hücre COD )YH (g hücreKOİ /g KOİ)

YH = 0.5-0.67 ghücre KOİ / gKOİ1 g UAKM = 1.42-1.48 g KOİUAKM / AKM = 0.7-0.9

YN

HdHS

HXH XkX.SK

S.ˆr

Çoğalma ve Ölüm Kinetiği

Xd

HN k

YY

1



12.03.2012

8

22

Karbon Giderimi 20Tmaxk)T(k

23

KOİ Kütle Dengesi

SISS

XSXI

SIXH

SIXS

XI

KOİSI

XHXI

AKM-UAKM

AKM-UAKM

10-20 mg/lÇıkış AKM

Endüstriyel!

24

Karbon Giderimi Proses Hesabı (KOİ Bazlı)

1. Konvansiyonel Atıksu KarakterizasyonuParametre Birim DeğerQortalama m3/gün 50,000KOİ mg/L 450BOİ5 mg/L 220TKN* mg/L 50AKM mg/L 310UAKM mg/L 210TP mg/L 8.1Alkalinite mgCaCO3/L 320

2. KOİ Fraksiyonlarının belirlenmesi

Fraksiyon KonsantrasyonSI 22 mg/l 5% SS 45 mg/l 10%XS 338 mg/l 75%XI 45 mg/l 10%CS 383 mg/l 85%

* Tamamı Ayrışabilir



12.03.2012

9

25


1. Tasarım Verileri• Atıksu karakterizasyonu• Seçilen Çamur Yaşı, X = 5 gün (!)• Reaktördeki MLSS konsantrasyonu 3500 g/m3

• Soğuk havada proses sıcaklığı = 15 C

2. Günlük Çamur oluşumunun bulunması

Xd

Xdd

XdXVSS k

SSQYkfk

SSYQP

1)(

1)( 00Biyokütle çoğalması:

QXP IXI İnert Organik Madde:

Girişteki inert katı madde:(AKM-UAKM)

Q)UAKMAKM(PXF

XfIXXVSSXToplam PPPP Toplam Çamur Miktarı:

Reaktörde Giderilemeyen UAKM

26Xd

Xdd

XdXBM k

)SS(Qkfk

)SS(YQP

11

00

12015202015 10041120 gün...kk )(T

dd

Tasarım

12015202015 6307105 gün...ˆˆ )(T

mHmH

CT 015

l/mgKOİ)*.(*.

)*.()k(ˆ

)k(KSXdXmH

XdS 25101563

5101201

1

Çıkış suyu kalitesi (mgKOİ/l)

L/mgKS 20

Sıcaklığa bağlı kinetik

Çamur Oluşumu, PX

27

Xd

Xdd

XdXBio k

)SS(Qkfk

)SS(YQP

11

00

5101523830005010080

5101238345000050

.)(,..

.)(.,PXBio

gün/kgUAKM)(PXBio 62555105745

80.)AKM

UAKM(SS

VSS gün/kgAKM

.PXBio 7818

806255

gün/kgKOİQXP IXI 22501000

15000045

AKMUAKM.

gUAKMgKOİ.

gün/kgKOİQXP IXI80

1

421

12250

gün/kgAKM1980



12.03.2012

10

28


3. Reaktörün hacmi, VT

X

TTXT

XVP

Reakt. MLSS: XT= 2000 – 5000 g/m3

X = 5 gün

Reaktör Geometrisi (Autocad örneği!)

Oksidasyon Havuzu-Carousel

Piston Akımlı Reaktör

Dikdörtgensel-Tam karışımlı

Atnalı tipi reaktör

Dairesel Reaktör

29

gün/kg)(Q)UAKMAKM(PXf 50001000

150000210310

gün/kgPPPP XfXIXBioXT 14800500019807818

X

TXT

XVP

5

5314800 .VT

Reaktör Hacmi, V

321142mVT

Hsu = 5 m

Alan = 4228 m2

Ödev: Önçökeltme yapılması durumunda reaktör hacmini hesaplayınız? (M&E, 2003, pg405)

30

AE X

prop

0,3

Değişik tank uygulama şekilleri



12.03.2012

11

31


4. Oksijen İhtiyacı, ORC

XVSSP.)SS(QOR 4210

)T(

LH,T,S

,S .)CC(F

CORSOR 2020 0241

Standard Şartlardaki oksijen ihtiyacı, SOR

32

)T(

LH,T,S

,S .)CC(F

CORSOR 2020 0241

SOR: Standart şartlardaki oksijen ihtiyacı (kgO2/gün)

: Oksijen transferi düzeltme faktörü (0.6-1.2)

: Tuzluluk yüzey gerilimi düzeltme faktörü (0.8-1.0)

F: Difüzör tıkanma faktörü (0.65-0.9), (mekanik hav: F=1.0)

CS,T,H: Proses şartlarındaki oksijen doygunluk konsantrasyonu (mg/l)!!

T: Aktif çamur proses sıcaklığı (C)

33

XBioP.)SS(QOR 4210

8883190506255421238350000 .)(

gün/kgO210167

gün/kgOOR.SOR 217795751

)(.),,.(..

.ORSOR 2015024100200118090750

09

gün/kg.SOR 10167751



12.03.2012

12

34

Karbon Giderimi + Nitrifikasyon Proses Hesabı

Nitrifikasyon Kinetiği

35

DOKDO

NKN

Onmnn

120152015 4601031750 gün...ˆ )(T

mnmn

120152015 060041080 gün...kk )(T

dndn

L/mg...KK )(Tnn 6300351750 201520

15

dnOn

mnXA

kDOK

DONK

N

1

0600250

0250630

504601 ...

...

..XA

gün.minXA 79 Minimum aerobik çamur yaşı

36

Nitrifikasyon Proses Hesabı

gün.minXA 79Pik faktörü (TKNpik/TKNort) = 1.2

gün.*.PF nXAmiXA 127921

l/mgKOİ.)*.(*.

)*.()k(ˆ

)k(KSXdXmH

XdS 7212101563

12101201

1

Xdn

xn

Xd

Xdd

XdXBio k

)NO(YQk

)SS(Qkfk

)SS(YQP

111

00

L/mg..

.UAKMAKM)...(

QPXBio 74121

8013997392716378

L/mgN.NOx 3950780



12.03.2012

13

37


L/mgN..Q

P.NTKNNO XBioex 3968115050120

gün/kgmkg.*

günm.QPXBio 60871217405000074121 3

3

gün/kgKOİQXP IXI 22501000

15000045

AKMUAKM.

gUAKMgKOİ.

gün/kgKOİQXP IXI80

1

421

12250

gün/kgAKM1980


38



X

TTXT

XVP

12

5313060 .VT

344780mVT

NOxQ.P.)SS(QOR XBio 3344210

Oksijen İhtiyacı, OR

100037500003344262421

1000238350000

..)(OR

gün/kgOR 182007794104057794864519050

39


)T(

LH,T,S

,S .)CC(F

CORSOR 2020 0241

gün/kgOOR.SOR 231850751

L/mgCaCOL/gN*NgNH

gCaCO. 3257364

3147

Alkalinite Kontrolü

Kullanılan Alkalinite (nitrifikasyon)

Kalan Alkalinite = Toplam Alkalinite – Kullanılan Alkalinite

L/COmgCa 393257320



12.03.2012

14

40

Karşılaştırma

Tasarım Parametresi Birim Organik Karbon

Organik Karbon +

NitrifikasyonAerobik Çamur Yaşı, XA gün 5 12

Tank Hacmi, VT m3 21,142 44,780

F/M oranı kgBOI5/kgMLVSS 0.17 0.07

Hidrolik Bekletme Süresi saat 10 21

Standart Oksijen İhtiyacı (SOR)

kgO2/gün 17,795 31,850

41

Son Çökeltme Tankları

42

Son Çökeltme Tankları

DriveScum troughScum line

Skimmer assembly

Scraper armCentershaft Influent baffle

Water level

EffluentpipeSludge

line Center scraperConcrete tank

Kesit



12.03.2012

15

43

44

40.7 m diam.

Scum baffle

Walkway.

Scum line.

Influent pipe

Sludge pipe

Scum trough

Rake arm

Influent pipe

Outer sewerEffluent box

2 m × 2 m

Effluent launder

316 SS 90° V-notchsaround the weir

plate @ 39.5 cm c/c

Plan

45



12.03.2012

16

46

47

Up to 200 ft

48

Up to 400 ft



12.03.2012

17

49

KütleDengesi

Son Çökeltme Tankı kütle dengesi:

50

Aktif Çamur Reaktörü üzerinde kütle dengesi:

51

ALAN (A)



12.03.2012

18

52

Tasarım Kriterleri • Hidrolik Yük• Katı Madde Yükü (SLR)• Su derinliği, HS

Çıkış Kalitesi

Q

QR= 0.5-1.5 · Q

MLSS Konsantrasyonu

SonÇökeltme

AX)QQ(SLR MLSSR

UAKMKOİ

AKMUAKMXSSS effISeeff

AQHLR

ATV, 131 (2000)

53

Tasarım Kriterleri • Hidrolik Yükleme Hızı• Katı Madde Yükleme Hızı (SLR)• Su yüksekliği, HS

54

Tasarım

6305309

53 ...

.XX

XQ

QRRASMLSS

MLSSR

XRAS= 5000 – 12000 mg/L

24227553500006301

.).(

AX)QQ(SLR MLSSR

day.m/mAA

QHLR 232250000

h.m/kg. 225

3n

2275A

nD 22754

2

mD 31



12.03.2012

19

55

56

57

Membran Biyoreaktör Modülü



12.03.2012

20

58

Havalandırıcı Sistem SeçimiA. Difüzörlü Sistem

59

Difüzör...

60Problem!



12.03.2012

21

61

Blower-Üfleyiciler

Santrifüj Blower Lobe-type positive displacement blower

61

62

Jet Aeration

63



12.03.2012

22

64

65

66



12.03.2012

23

67

68

69

Fixed aerator Floating aerator

Turbine aerator

B. Yüzeysel Havalandırıcılar

Disk aerators



12.03.2012

24

70

Yüzeysel Havalandırıcılar

71

Karıştırma İhtiyacı

Difüzörlü Sistem

Mekanik Havalandırıcı

Minimum gerekli hava miktarı: Grid System: 10-15 m3/103 m3/min (hacimsel)Spiral Roll: 4.6- 10.8 L/m.sec (reaktör uzunluğunca)

Volumetrik Enerji 20-40 kW/103 m3

0.75-1.50 HP/103 ft3

72

Dikdörtgen kesitli tanklardaki yatay akış

klavuz duvarsızhavuzdaki kayıplar

simetrik kılavuz duvarlıhavuzdaki kayıplar

asimetrik kılavuz duvarlıhavuzdaki kayıplar

Vort = 0.3 m/sn = 1 feet/sec



12.03.2012

25

73

Örnek:

Tankta kum birikmesi oluşmuş, çünkü tesiste kum tutucu çalışmıyor!

74

Yarı Kesikli sistemler: Ardışık Kesikli Reaktörler

Idle

Decant

Settle

React

Fill

Time

75

AKR Sistemi

Influent Holding Tank

2 Tank SBR Effluent

Influent Transfer Pumps

Influent



12.03.2012

26

76

77

AKR: Doldurma ve Karıştırma Sistemi

78

AKR: Doldurma, Karıştırma ve Boşaltma Sistemi



12.03.2012

27

79

Advantages§ Simple operation§ Automatic failure response§ Automatic aeration control§ Lower operating cost§ Highest degree of flexibility available§ Automatic removal of tanks from service§ Power failure memory§ Monitors tank levels and flow rates§ Readily expandableDisadvantages § Slightly higher cost

80

Kaynaklar

• Metcalf & Eddy, (2003)• Qasim S., (1999)• Henze vd., (2005)• ATV-DVWK, 131



Atıksuların Arıtılması Dersi -...

Documents

Transcript of Atıksuların Arıtılması Dersi -...