, 11.12.2014

Biyolojik Arıtım Organik atıklar (çimen, bitki kırpıntıları ve yapraklar gibi bahçe atıkları ile meyve sebze artıkları gibi mutfak atıkları) tipik olarak kentsel atıkların %30 ila %50’ sini, diğer bir deyişle en büyük kısmını oluştururlar. Tarihsel olarak

 

4.2. Biyolojik Arıtım

4.2.1. Tarihçe ve Uygulama

Organik atıklar (çimen, bitki kırpıntıları ve yapraklar gibi bahçe atıkları ile meyve sebze artıkları gibi mutfak atıkları) tipik olarak kentsel atıkların %30 ila %50’ sini, diğer bir deyişle en büyük kısmını oluştururlar. Tarihsel olarak, atıkların organik bölümünün ayrılması ve tarımsal kullanım için besi maddesi ve humus içeriği yüksek komposta dönüştürülmesi hep öncelikli olarak ele alınmıştır.

20. yüzyılın ikinci yarısında bir dizi KKA-kompost tesisi inşa edilmiştir. Bu tesislerde organik kısım mekanik olarak karışık atıklardan ayrılmakta ve komposta dönüştürülmekteydi. Ancak, analitik değerlendirme tekniklerinin geliştirilmesi ile kompostun yüksek miktarlarda ağır metal ihtiva ettiği tespit edildi.

Karışık evsel atıklarından elde edilen kompost, saf organik atıklardan elde edilene göre 5 ila 10 kat daha fazla ağır metal içermektedir. KKA-kompost tesislerindeki mekanik düzenlemeler durumu iyileştirememiştir. Uzun vadede karışık atıklardan elde edilen kompost kullanımı toprakta ağır metallerin birikmesine yol açabilir. Bu sorun sadece organik maddelerin ayrı olarak toplanması ile halledilebilir. Böylece düşük miktarlarda ağır metal ve görsel kirlilik içeren yüksek kaliteli kompost elde edilmesi sağlanabilir.

Buna bağlı olarak, atıklardaki organik maddelerin yönetimindeki üç ana tarihsel dönem söz konusudur ve bu evreler aşağıda verilmiştir:

  • Biyolojik işlemin olmadığı, atığın doğrudan depolamaya gönderildiği dönem

  • Karışık atıkların biyolojik olarak arıtıldığı dönem

  • Ayrı ayrı toplanmış organik maddelerin biyolojik olarak arıtıldığı dönem

Saf “geri dönüşüm” yaklaşımına ek olarak, artık diğer bir itici güç bulunmaktadır. Bu güç organik mutfak ve bahçe atıklarının işlenmesini bazı Orta Avrupa ülkelerinin (çevresel koruma uygulamaları alanında diğerlerine nazaran her zaman daha gelişmiş olanlar) yanı sıra tüm kıtada yaygınlaştıracaktır: Avrupa Komisyonunun şu an yürürlükte olan yasasına göre (bkz. Bölüm 4.9) tüm üye ülkeler (şu an için 450 milyon nüfusu olan 27 ülke – Coğrafik olarak Avrupa nüfusu 510 milyon civarındadır) zaman içerisinde kentsel atıkların biyolojik olarak ayrıştırılabilen bileşenini ciddi biçimde azaltmak durumundadırlar:Biyolojik olarak Ayrıştırılabilen Kentsel Atıkların [1] miktarının azaltılması gerekmektedir (1999 senesi esas alınarak):

  • 2006 senesine kadar, %25 oranında (ağırlık olarak)
  • 2009 senesine kadar, %50 oranında
  • 2016 senesine kadar, %65 oranında

Biyolojik arıtmanın (kompost üretimi ve/veya fermantasyon), işlenmiş malzemedeki biyolojik faaliyeti azaltma potansiyeli, aşağıda verilmiş olan yollardan herhangi biri ile yukarıda belirtilmiş olan hedefleri elde etmek için kullanılabilir:

  • ayrı ayrı toplanmış organik materyallerden olgunlaşmış ve uygulanabilir kompost üretilmesi
  • karışık atıklardan organik bileşeni stabilize ederek uzun vadeli ve aktif olmayan depolama dolgu malzemesi üretilmesi

 


Mutfak ve bahçe atıkları ile kağıt atıkları kısmen de tekstil atıklarını kapsamaktadır.

 


4.2.2. Biyolojik Arıtmanın Genel Sistematiği

Biyolojik atığı işleme amacı kirleticileri, hücre kütlesi, su ve gazlara dönüştürmektir.

Biyolojik arıtma belediye veya çözünebilir organik bileşenleri olan sanayi atıksu arıtmasının ayrılmaz bir parçasıdır.
Aerobik ve anaerobik arıtma süreçleri - Biyolojik arıtmanın iki ana yolu vardır.Adından da anlaşılacağı gibi aerobik, hava (oksijen) varlığında, anlamına gelir, hava yokluğunda da anaerobik süre anlamına gelir. Bu iki terimin organik maddelerin parçalanması mikropların türü ile ilgilidir.Aerobik arıtma organik kirleri yok etmek ve karbondioksit, su ve biyokütleye dönüştürmek için serbest oksijen kullanır.Anaerobik arıtmada organik kirleri yok etmek için hava (serbest oksijen) istemez, mikroorganizmalar (anaeroblar) havasız ortamda yer alır. Anaerobik arıtmanın son ürünleri metan ve karbon dioksit gazı ve biyokütledir.
Şekil 42. ve 43. deki resimler iki sürecin basitleştirilmiş ilkelerini tasvir eder.

figure42 tur

Şekil 42. Aerobik Arıtma Prensibi

figure43 tur

Şekil 43. Anaerobik Arıtma Prensibi

Kaynak:Arun Mittal Biological Wastewater Treatment Water Today l August – 2011

 

Süreç olarak bu iki tip büyük farklılıklar göstermektedir.

 

PARAMETRE

AEROBİK ARITMA

ANAEROBİK ARITMA

Proses Prensipleri ve Son Ürünler

▪ Oksijen varken

▪ Son Ürünler – CO2,H2O,aşırıbiyokütle

▪ Oksijen yokken

▪ Son Ürünler – CO2, CH4,aşırıbiyokütle

Uygulamalar

Örneğin biyolojik parçalanması zor olan orta organik kirlilik (COD<1000 ppm) için düşük ve atık suörn: Atıksu, Belediyekanalizasyonurafineri atık su

Yüksek organik kirleri orta (COD>1000 ppmve kolayca biyolojikarıtma örn: nişasta / şeker / alkolzengin yiyecek ve içecek atıksuyu

Kinetik Reaksiyon

nispetenhızlı

Nispeten yavaş

NetÇamurVerim

nispetenhızlı

Nispeten düşük (aerobik tedavi süreçlerinin genel olarak beşte birinden onda birine kadar)

Ön Arıtma

Genellikle doğrudan akıntı veyafiltrasyon / dezenfeksiyon

Değişmezaerobikmuamele takip eder

Kaplama Alanı

Nispeten Büyük

Nispeten küçük ve kompakt

Sermaye Yatırımı

Nispeten yüksek

Nispeten düşük geri ödemeli

Teknoloji

Aktif Çamur örneğin GenişletilmişHavalandırmaoksidasyon hendeği,MBRSabit Film Pro süreçlerini kapsar örneğin Filtre / Biotower,BAFMBBR veya Hybrid Süreçleri,damlatmalı IFAS

Sürekli reaktör, Yukarı AkışAnaerobik çamur (UASB), UltraYüksek Hız Akışkan Yataklıreaktörler, karıştırıcı tanklarörneğinEGSBTMICTM vb.

Tablo 15: Aerobik ve Anaerobik Arıtmadaki Temel Farklılıklar

 

Kaynak: Arun Mittal, Biological Wastewater Treatment, 36 Water Today l August - 2011

Organik atıklar kompostlama veya anaerobik çürütme (genellikle AÇ biçiminde kısaltılır ve çürütme olarak da anılır) ile arıtılır. Anaerobik çürütme şehir içi alanlardan ve gıda sanayi gibi endüstriyel faaliyetler gösterilen yerlerden toplanan yaş atıklar için tavsiye edilmektedir. Anaerobik çürütme ile biyogaz üretimi yapılarak materyalden enerji elde edilmesi sağlanır.

Kompostlama ise özellikle daha küçük işleme birimleri için tavsiye edilen daha ucuz bir işleme yöntemidir (yıllık 5.000 – 20.000 ton atık) ve iyi bir havalandırma için daha sağlam materyaller gerektirir.

Parametre

Kompostlama

Anaerobik Çürütme (AÇ)

Mikroorganizmaların

Çoğalması

H ı z l ı

(aerobik organizmalar)

Y a v a ş

(anaerobik metan bakterisi)

Giren maddeler

kararlı yapı,

nem < 65 %,

= “katı"

Düşük kararlılıktaki yapı

Nem > 65%

= "çamurlu"

Ürünler

CO2, H2O,

Kompost

CH4, CO2,

AD artığı, tipik olarak komposta dönüştürülmüş

Enerji Üretimi

I s ı

(buharlaştırılmış Su )

B i o g a z

(%70CH4, % 30CO2)

Isıl değeri 7 kWh/m3

Bozunma zamanı

7 - 10 hafta

1 - 3 hafta

(ek olarak 2 - 4 haftalık olgunlaşma

Ortama duyarlılık

(ısı, pH)

Düşük

yüksek

(özellikle metan organizmaları)

Enerji (elektrik)
 

Girdi/Çıktı/Net

-15 ila - 40/0/-40 kWh/t

- 60/210/150 kWh/t

Sızıntı suyu/ atıksu

-50 - 50 l/t

300 - 400 l/t

AD kalıntısının suyunun alınmasından

Alan Gereklilikleri

0,5 - 1 m2/t,a

0,2 - 0,7 m2/t,a

Arıtma Maliyetleri

30 - 70 €/t

50 - 80 €/t

Birim Yatırım maliyeti

100 – 400 €/t

400 – 700 €/t

Tablo 16: Kompostlamanın ve Anaerobik Arıtımın Özelikleri

 

Organik atıkların işlenmesindeki en önemli husus, civar alanlardan gelen şikayetlerin temel kaynağı olan koku emisyonlarının engellenmesi ve giderilmesidir. Bu nedenle yaklaşık 20.000 t/a’ dan daha fazla kapasitedeki kompostlama tesisleri biyo-filtreler ile çevresi sarılarak koku giderilmelidir.

Konuma bağlı olarak, daha küçük tesisler de koku işleme ekipmanları içermelidir.

Yere bağlı olarakdaha küçük sitelerin de kapatılarak koku önleyici işlem yapılması gerekebilir.Açıkkompostlama yapılması hali.Açık sıralamalı kompostlama en basit kompostlama sistemidir ve sadece düşük miktarlarda yeşil atık işleneceği zaman basit bir biçimde kurulabilir. Teknik işlem, organik atıkların beton bir zemine sıralar halinde kabaca ton başına 0.8 metrekare alan üzerine yerleştirilmesini içermektedir (bu, 4.000 m2 alana yıllık 5.000 ton anlamına gelmektedir). Bu işlemin kapatılmış bir depolama alanında da yapılması mümkündür. Tek bir tesiste yıllık 10.000 tondan fazla işleme miktarları için parçalayıcı, çevirme makinesi ve kompostu rafine etmek için mobil bir davul eleği satın alınması faydalı olacaktır. Daha küçük tesisler için ekipman dönüşümlü olarak çok sayıda tesiste kullanılmalıdır.

figure44 tur

Şekil 44: Yeşil alan atığı kompostlama alanı


4.2.3. Kapalı Alan/ Reaktörde Kompostlama Sistemleri 

Daha yüksek miktarlardaki ve daha yüksek koku emisyonu potansiyeli bulunan biyolojik ayrışabilen atıkların işlenmesi için kapalı işleme sistemleri tavsiye edilmektedir (bunlar hassas arazi kullanım sahalarına ve yaşam alanlarına yakın olması durumunda sorun yaratabilirler). Kokulu hava bir biyofiltre kullanılarak tutulur ve arıtılır. En yaygın kullanılan sistemler aşağıda verilmektedir.

  • Tünel kompostlama sistemi, her biri 10 ila 40 havalandırılmış tünel kümeleri içinde yaklaşık 200 m³ materyal barındırır.
  • Kapalı alan döndürme sisteminde özel bir makine 2 metre kalınlığındaki çürütülmekte olan materyal tabakası üzerinde hareket eder ve materyali birkaç hafta süresince aşamalı olarak kompost çıkışına taşır.

 

figure45 tur

Şekil 45: Kapalı alan kompostlama sistemi 


4.2.4. Çürütme Sistemleri ve Kanalizasyon Arıtma Tesisleri

İnsan faaliyetleri su yollarına deşarj etmeden önce kanalizasyon ve atık suyu bir çok prosesten geçirmektedirler. Genellikle bunlar, atık su, azot, fosfor, ve metal bileşiklerinden aşırı miktarda, hem de makul olmayan bir yük ile su yollarını pisletecek organik kirletici maddeleri içerirler. Atık su, aynı zamanda biyolojik olmayan kimyasal atıklar, hem de bulaşıcı hastalığa neden olabilecek patojenik mikroorganizmaları içerir.

Kanalizasyonveatık su arıtma

Organik madde ve mikroorganizmaların çeşitliliği ve hacmi büyük olduğu için arıtma su arıtma prosesiniiçerir.
Kanalizasyon ve atık suda ilk adımya da primer arıtma, bitki atıkları gibi partikül maddelerin tanklarda çökeltilmesidir.Çıkan katı atıklar yakılmak üzere toplanır veya depolara gömülürAlternatif olarak, bir anaerobik çamur sindirici tankında bertarafı aşağıdaki gibi olur.
Atık su ve kanalizasyon ikincil arıtmasısırasındasıvı ve çamur atıkların miktarı azaltılır.Anaerobik çamurçürütücülerdemikroorganizmalar (proteinler, lipidlerve selüloz organik maddeler) diğer organizmalar tarafından daha küçük maddelere maddelere dönüştürülürler.Bu dönüşümün sonucu, organik asitler,alkoller ve basit bileşikleri içerir. Metan gazı çamur tankındaüretilmiş olabilir vebu da atık arıtma tesisiniçalıştırmak için yakıt olarak kullanılabilinir.Geri kalan çamur yakılarak veya gömülerek yok edilir ve sıvısı da geri dönüştürülür ve arıtılır.

http://www.cliffsnotes.com/study_guide/Sewage-and-Wastewater-Treatment

 

Read more

Kanalizasyon ve atıksu arıtma için kullanılan yöntemlerden bazıları:

Damlatmalı Filtreler

Damlatmalı filtrelerin birkaç farklı türü vardır ama hepsi aynı temel ilkeye dayanmaktadırHava matrisine süzülebilmesi için belli bir süre olmalıdırOrganizmalar katı ortama kendilerini bağlayarak havadan sıvı veoksijen olarak besinlerini alırlar.

 

figure46

 

Şekil 46. Damlatmalı Filtrekanalizasyon-arıtma tesisi, Henderson, USA

www.industrial-landscape.com

 http://www.youtube.com/watch?v=g7XaUbDqZ6k 

Aktif Çamur
Aktif çamur üniteleri genellikle yerinde ya da fabrikasyon olarak inşa edilen tanklardır. Her iki yapı şeklinde de, besleme hava kabarcıkları ve sıvı iyi bir temas sağlayacak şekildehavalandırılır.Havalandırma eşit olarak konik tank içerisinde dağıtılır veya işlem isteğe bağlı olarak geliştirilir.

 

figure47

 

Şekil 47. Aktif çamurhavalandırmahavzaları

www.slcclassic.com

 http://www.youtube.com/watch?v=arPqPoFOQUM

Havalandırmalı Havuzlar
Atıksu lagünler yüzyıllardır atık su arıtma için bir proses olarak kullanılmışlardır. 1950’ lerle birlikte, yapay göletler kullanımı küçük belediyeler ve sanayi tarafından ekonomik bir atık su arıtma yöntemi olarak kullanılmıştır. 1980’lerden sonra, yaklaşık 7000 atık stabilizasyon lagünü ABD'de hizmete girmiştir. Bugün, tüm ikincil atık su arıtma tesislerinin üçte biri ya bu tür veya başka bir gölet sistemini içerir. Havuzlar atıksu arıtma tesisi içerisinde daha çok büyük şehirler için kullanılır. ABD’de en büyük gölet sistemlerinden bazıları Kuzey Kaliforniya’da bulunmaktadır ve Modesto (150,000 nüfuslu), Napa (175,000 nüfuslu) ve Stockton (275,000 nüfuslu), Sunnyvale gibi şehirlerde (105,000 nüfuslu) hizmet vermektedir.

figure48

Şekil 48 Havalandırmalı Havuzlar

  http://www.lagoonsonline.com/

  http://www.youtube.com/watch?v=YctXi9jDK8U

Toprakve çevreye verilmeden önce,kanalizasyonve kimyasal ve biyolojikatıklarınayrıştırılmışolması gereklidirBu ayrışımsulardakimikrobiyalüremeyi kontrolle ve organik maddelerinmikroorganizmalartarafından observe edilmesiyle kontrol edilebilir. İçmek içinuygunluğukabul edildikten sonrasuarındırılmalıdır. Zeminkaynaklardanalınan sudatüketilmeden önce arıtılmalıdır.

Su Arıtma

Su arıtma, kirlenmiş su kimyasallarıbiyolojik kirleticileraskıda katı madde ve gazların kaldırılmaişlemidirAmaç belirli bir kalitede su üretmektir. Pek çok su insan tüketimi için (içme suyu) için arıtılır,fakat su arıtma diğer çeşitli amaçlar için de tasarlanmış olabilir - Tıbbi, farmakolojik, kimyasal veendüstriyel uygulamalarda kullanılmak üzere. Genel olarak kullanılan yöntemler, filtrasyon,sedimantasyon ve damıtma gibi fiziksel işlemler dahilbu tür flokülasyon ve klorlama ve bu ultraviyoleışık gibi elektromanyetik radyasyon kullanımı gibi yavaş kum filtreleri veya biyolojik olarak aktif karbon,kimyasal işlemler gibi biyolojik süreçler içerir.
İçme suyunu arıtmak, bir dizi mikrobiyaldan suyu arındırmak ve nüfusu korumak için yapılmaktadırİlk olarak, katı madde, bir çökelme tankı içinde çökelmeye bırakılırAlum gibi farklı malzemeler, tankındibine mikroorganizmaları sürüklemek için kullanılır.
Daha sonra süzme işlemi başlatılır. Su yavaş bir kum filtresi veya hızlı kum filtresinden süzülür. Bu süreçler, mikroorganizmaların yüzde 99’unu çıkartır.Yavaş kum filtresi ince kum tanelerinden oluşur vefiltrasyon işlemi büyük taneler kullanılan hızlı kum filtresinden daha uzun sürer.
Birçok proseste daha sonra klorlama ile su klorlanırSuya klor eklendiğindeklor mikrobiyal sayısınıazaltır ve suyun güvenli olarak içmesuyu olarak kullanılmasını sağlar. Klor gazı veya hipoklorit (NaOCI)klorlama için kullanılır. Avrupa'da yaygın olarak da ozon dezenfeksiyon kullanılırOzon su bazlıorganizmalara hızla oksijen veren kararsız bir moleküldür.

Kompostlama sistemlerine oranla kurulması daha pahalı olan ve ton başına yaklaşık 100 m3biyogaz üreten anaerobik çürütme sistemleri, organik katı atıkların artımında göreceli olarak daha küçük bir oranda (%10 - %15) kullanılmaktadırlar. Genellikle düşük teknolojili sistemlerin kullanıldığı ve düşük biyogaz verimliliği sağlayan anaerobik çürütme sistemleri tarımdaki sıvı gübrelerin arıtılması için sıklıkla kullanılmaktadır. Organik maddelerden enerji elde edilmesine yönelik artan ilgi, -bu durum kompostlama ile ilgili değildir-, gelecek yıllarda anaerobik arıtımın daha fazla önem kazanacağını göstermektedir.

Anaerobik çürütme tamamıyla kapalı sistemlerde, organik maddenin askıda veya bağlı çürümesi şeklinde gerçekleşmektedir. Metanogenik organizmalar için istenilen miktar taze atık materyalle veya askıda bekletilen mikroorganizmalarla sağlanır. Reaktörlerdeki alıkonma zamanı tipik olarak üç haftadır. Bu dönem içerisinde mevcut olan tüm organik maddeler biyogaza dönüşür. Biyogazın %60 ila %65’ i metandan oluşmaktadır. Biyogaz depolanır, bir jeneratör vasıtası ile elektrik üretilir veya adapte edilmiş bir dizel motor için yakıt olarak kullanılır.

Anaerobik çürütme kalıntısı ya doğrudan tarımsal alana uygulanır veya yüksek kokulu yapısına bağlı olarak kullanım öncesinde havalandırılarak olgun komposta dönüştürülür.

Kompostlamanın aksine, organik atık içerisindeki nem (%60 veya daha yüksek oranda) oluşan ısı ile buharlaşır ve çürütme nemi materyal içerisinde kalır. Bu suyun tarım alanında gübre olarak kullanılamaması durumunda, genel atıksu sistemine bırakılmadan evvel arıtılması gerekmektedir.

figure49

Şekil 49: Biyolojik atıklardan biyogaz elde edilmesi için anaerobik çürütme tesisi


4.2.5. Mekanik-Biyolojik Arıtma

Mekanik Biyolojik Arıtma, veya MBA nedir? Son 10 sene içerisinde, bu teknik terim kullanılmaya başlandığından beri bir dizi teknolojiyi veya bunların kombinasyonlarını ifade etmektedir. Bu nedenle MBA muhtemelen, temel işlemini on yıllardır korumuş olan yakma işleminden daha az açıklıkta tanımlanmıştır. Geleneksel yakma işleminin aksine MBA çeşitli mekanik ön işlem adımları (öğütme ve/veya eleme, vb.) ve biyolojik faaliyet vasıtası ile organik maddenin bozulmasını içermektedir. Bazı durumlarda bu faaliyetlerin tamamlanması plastiklerin ve diğer “inert” bölümlerin ayrılmasıdır. İleri sistemler kullanılarak oluşturulan bu etki ikincil yakıtların üretilmesi gibi daha fazla kaynak elde edilmesini sağlamaktadır.

Burada kullanılan MBA terimi kentsel katı atıkların arıtılması için kullanılan sistemlerle ilgilidir. Ayrı toplanmış herhangi tipteki organik atıklar için olan arıtma tesisleri MBA tesisleri değillerdir. Mekanik Ayrıştırma (MA) tesisleri, eğer atık materyaller materyal-akışına-özel bir işleme yöntemi ile sonradan işlenirlerse MBA kapsamına dahil edilirler (örnek olarak; yüksek ısıl değerleri olan bölümlerin termal olarak işlenmesi burada genel olarak atıktan türetilmiş yakıt/ATY olarak kullanılmaktadır).

 

figure50 tur

 

Şekil 50: KKA’ ın mekanik biyolojik arıtılmasının tipik şeması

Organik maddenin biyolojik arıtım safhası içerisinde bozunması normal olarak bir deponide 50 yılı aşkın bir sürede gerçekleşir. Etkin bir MBA tesisinde ise bu süre sadece birkaç aydır. Bu nedenle deponi gazı üretme potansiyelini %95’ den daha yüksek miktarlarda azaltır. MBA yan ürünleri kendi içerisindeki inert karakterli yakma cürufları ile kıyaslanabilir. Aslında daha gelişmiş yapıdaki atık yönetim kavramlerinde mekanik arıtma ve mekanik-biyolojik arıtma süreçleri genel olarak termal bir muamele adımı ile takip edilir (Izgarada yakmadan ziyade ağırlıklı olarak akışkan yatak). Bu nedenle gelecekte atık arıtımının gelecekteki sınıflandırmasının, hali hazırda kullanılmakta olan “Termale karşı Mekanik-biyolojik atık arıtımı” yerine “Geleneksel Atıktan Enerji Üretme Tesislerine karşı Birleşik İşleme Sistemleri” şeklinde olması muhtemeldir.

Bir MBA’ nin kurulumu, biyolojik atık için ayrı toplama ve geri kazanım işlemlerinin yerini tutma amacını gütmemektedir: MBA için biyolojik sistemlerin pek çoğu biyolojik atıkların (tek bir hatta) ve elekten geçirilmiş ince KKA materyallerinin (ayrı bir hatta) birbirinden ayrı işlenmesini sağlayacaktır. Böylece biyolojik kapasite farklı girdi materyalleri için kullanılabilecektir (“Çift görevli tesisler”)

 

figure51 tur

 

Şekil 51: MBA esnekliği için örnek

figure52

 

Şekil 52: Almanya’ nın en geniş Mekanik-Biyolojik Arıtma Tesisi - Hanover