Deterjanlardan Kaynaklı Fosfat Kirliliği

Fosfat Kirliliği; Atıksu arıtma tesislerinde biyolojik arıtım prosesleri sonucunda ortaya çıkan biyolojik çamur çok miktarda su ve çeşitli kirletici unsurlar içermekte ve nihai bertarafı öncesinde, suiçeriğinin mümkün oldu unca azaltılması gerekmektedir. Yoğunlaştırma sonrası su içeriği hala yüksek olan çamurun, susuzlaştırılması gerekmektedir. Bu amaçla, çamur susuzlaştırılmasına başlığı altındaki; vakum ya da basınç filtrasyonu, santrifüjleme, kurutma yatakları gibi teknikler uygulanmaktadır. Bu tekniklerin en başında, vakum filtrasyonu gelmektedir.

Evsel atık suların arıtımıyla olu an biyolojik çamur içindeki katı madde yüzdesini, vakum filtrasyonu ile tipik olarak %5-10’dan %25-30’a kadar arttırmak mümkün olmaktadır. Ancak; genel olarak vakum filtrasyonu işleminin verimi, susuzlaştırılan çamurun özelliklerine bağlı olarak değişmektedir. Çamurun; selüloz içeriği, pH’sı, taneciklerin elektriksel yükü, organik madde içeriği, bağlı su miktarı, katı tanecik konsantrasyonu, katı taneciklerin mekanik mukavemeti vb. pek çok parametre, çamurun susuzlaştırılabilirli ini etkilemektedir (Lo ve diğerleri, 2001).

Çok sayıda değişkenin etkilediği susuzlaştırılabilirlik, yaygın olarak; belirli miktarda süzüntüelde edebilmek için gereken süre, kılcal emme süresi (CST) ve özgün kek direnci parametreleri ile karakterize edilmektedir. Her üç parametre de temelde aynı olmakla birlikte; özgün kek direnci, çamurdaki katı tanecik konsantrasyonuna bağımlı olmaması nedeniyle çamur karakterizasyonu için tercih edilmektedir (Gale, 1967; Kavanagh, 1980; Christensen ve Dick, 1985a, 1985b). Özgün kek direnci, “Buchner” hunisi kullanılarak yapılan deney sonuçlarının, parabolik filtrasyon denklemi ile değerlendirilmesiyle elde edilmektedir. Özgün kek direnci, filtrasyon literatüründe ilk defa Ruth (1933) tarafından tanımlanmıştır. Bu tanımın aktif çamur filtrasyonuna uygulanması ise, ilk olarak Coackley ve Jones (1956) tarafından gerçekleştirilmiştir.

Parabolik Filtrasyon Denklem, Çıkarımı ve Varsayımları

Filtrasyon literatüründe özgün kek direnci kavramı ilk defa Ruth (1933) tarafından ortaya atılmıştır. Ruth, Ohm Kanunu (Akım = Voltaj / Direnç) ile filtrasyon arasında benzerlik kurarak, süzüntü akı hızına kar ı gösterilen direncin kek ve süzme ortamı dirençlerinin toplamına e it oldu unu varsaymıştır. Parabolik filtrasyon denklemi ise Ohm Kanunu ile kütle denkli inin birlikte düşünülmesi sonucu elde edilmiştir:

burada;

t = zaman (sn)

V = süzüntü hacmi (ml)

µ = süzüntü viskozitesi (N.s/m ² )

w = aktif çamur MLSS konsantrasyonu (mg/L)

A = süzmede etkin alan (m ² )

.P = uygulanan vakum (Pa)

R = özgün kek direnci (m/kg)

Rf = süzme ortamı direnci (1/m)

veya kısaca,

yazılabilmektedir. Buradaki a ve b terimleri şu şekil de tanımlanmaktadır:

Denklem den de görüleceği gibi, t/V’nin V’ye kar ılık çizilmesiyle elde edilecek doğrunun

e imi b’ye, doğrunun t/V eksenini kestiği nokta ise a’ya eşittir (ekil 1). Çizilen doğrudan b

de erinin elde edilmesiyle özgün kek direnci,

olarak hesaplanır. Aktif çamur için özgün kek direnci de eri, genellikle 10 13 ile 10 14 m/kg

arasında olarak rapor edilmektedir (Tchobanoglous, 1979).

Aktif çamurun susuzlaştırılabilirli ine ili kin olarak, parabolik filtrasyon denklemi uygulanıp,

özgün kek direnci hesaplanırken süzme ortamı direnci genellikle ihmal edilmektedir. Oysa;

ba ta aktif çamur olmak üzere çe itli çamurların susuzlaştırılması ya da filtrasyonu için, t/V’nin V’ye kar ı çizilmesiyle her zaman doğru elde edilememekte veya do ru elde edilse

bile doğrunun t/V eksenini kesti i nokta negatif olmaktadır (Tosun ve di erleri, 1993). Kesenin negatif olması, süzme ortamı direncinin negatif olması demektir ki, bu da olanaksızdır. Dolayısıyla, parabolik filtrasyon denklemi uygulanabilir olmamaktadır. Çeşitli araştırmacılar, parabolik filtrasyon denklemine alternatif başka pek çok filtrasyon modeli geliştirmişlerse de; çevre mühendisli i uygulamalarında, parabolik filtrasyon denklemi ya da özgün kek direnci çok yaygın olarak kullanılmaya devam etmektedir.

Parabolik filtrasyon denkleminin bu zayıflı ı, çeşitli varsayımlara dayanmaktadır (Tien ve

di erleri, 2001; Lee ve Wang, 2000). Bunlar; katı taneciklerin hızının ihmal edilebilir olması, sıvı akı hızının Darcy Kanunu ile tarif edilebileceği, çamur keki özelliklerinin (boşluluk ve geçirgenlik) sadece basınç gerilmesine bağlı olması, süspansiyon-kek interfazının hareketli olu unun ihmal edilebilir olması ve katı tanecikler arasında noktasal etkile imin bulunmasıdır. Ancak, yapılan bu varsayımlar aktif çamur filtrasyonu için geçerli görünmemektedir. ª öyle ki: taneciklerin hareketli olmadı ı koşulda çamurda sıkı ma söz konusu olamaz, aktif çamuru olu turan katı tanecikler için noktasal etkile im mümkün olamaz. Bu varsayımlar; aktif çamur gibi karma ık bir yapıya sahip, susuzlaştırılmaya kar ı yüksek bir direnç gösteren ve bünyesinde büyük miktarlarda “taneciklere bağlı su içeri i” bulunduran bir yapı için geçerli olamaz (Lee ve Wang, 2000). Bu sebeple, parabolik filtrasyon denkleminin aktif çamur susuzlaştırmasını doğru bir şekilde yansıtabilmesi için dayandığı varsayımlar gözden geçirilmeli ve gerekli düzenlemeler yapılmalıdır.

Bu çalı manın amacı, aktif çamur filtrasyonu için parabolik filtrasyon denkleminin uygulanabilirli inin sorgulanması ve yukarıda işaret edilen tartı malı hususun araştırılmasıdır. Aynı aktif çamur örneği için; farklı süzme ortamı boyutu, farklı süzme ortamı

gözenek büyüklü ü ve farklı süzme basıncı de erleri için filtrasyon testleri gerçekleştirilmiş

ve elde edilen verilerin parabolik filtrasyon denklemine uygunluğu araştırılmıştır.

Filtrasyon Basıncının Etkisi

Aktif çamur filtrasyonuna uygulanan vakumun büyüklü ünün etkisini gözlemleyebilmek için

aynı çapta ve gözenek büyüklü ünde süzme kağıdı kullanılarak deneyler yapılabilir.

Bu deneyler sonucunda,  düşük basınçta yapılan vakum filtrasyon deneylerinde kek direnci incelenebilir.

Özgün kek direnci, bir çamurun ne boyutta susuzlaştırılabilir ya da filtre edilebilir oldu unu

gösteren ve özellikle aktif çamur filtrasyonunda sıkça kullanılan bir parametredir. Aktif çamur için tipik özgün kek direnci de erleri literatürde verilmektedir (Tchobanoglous, 1979). Ancak bu de erler, çamurun biyolojik ve kimyasal özellikleri ile özgün kek direncinin ölçümü sırasındaki işletim koşulları göz önünde bulundurulmadan, sabit bir parametre gibi verilmektedir. Oysa, aynı çamur için farklı koşullarda yapılan süzme testleri, farklı özgün kek direnci de erleri vermiştir. Bu, özgün kek direncinin aslında literatürde verildi i gibi sabit bir değer olmadığını, süzme ortamı ve işletim koşulları ile değişebileceğini açıkça göstermiştir. Bu durum, bütünüyle, çamur susuzlaştırılmasında kullanılan parabolik filtrasyon denkleminin aktif çamur filtrasyonunu doğru bir şekilde karakterize edemedi ini işaret etmektedir. Nitekim, bazı çalı malarda süzme ortamı direnci de erleri sabit kabul edilirken, bir di er kısmında süzme ortamı direnci ihmal edilmektedir (Tien, 2002). Ancak, bu çalı manın sonuçları, bu parametrenin ihmal edilemeyecek kadar büyük oldu unu açıkça göstermektedir. Bunun yanı sıra, fiziksel olarak açıklanması mümkün olmayan negatif süzme ortamı direnci de erlerinin elde edilmiş olması, parabolik filtrasyon denkli inin geçersizli ini ayrıca işaret etmektedir. Bu nedenle, çamur filtrasyonunu tanımlayacak yeni bir model geliştirilmesi gerekmektedir.

Literatürde mevcut çalı malar, genellikle kaolin ve kalsiyum karbonat gibi konvensiyonel parçacık sistemlerine yönelik oldu undan ve susuzlaştırılabilirliği karakterize edebilen özgün kek direnci benzeri bir değişken içermedi inden, çevre mühendisliği  uygulamalarında kullanılamamaktadır. Bu çalı manın devamında, aktif çamur filtrasyonunu tanımlayacak, bu hedefe yönelik yeni bir filtrasyon modeli geliştirilmesi hedeflenebilir.

Kaynakça

1. Arıtma Tesislerinin Tasarım ve İşletim Esasları Kursu, TMOB. Çevre Mühendisleri Odası, 1998 İZMİR
2. Su Arıtımında Temel İşlemler, Yrd. Doç. Dr. Metin TURAN- Göksel N. DEMİRER
3. Atıksu Arıtma Tesisleri İşletme El Kitabı, Dr. Dinçer TOPACIK