Aktif çamur sistemlerinde atık çamur azaltımı amacıyla OSA konfigürasyonunun incelenmesi: Tam-ölçekli bir arıtma tesisinin modellemesi

Evsel ve endüstriyel atıksuların arıtılmasında kullanılan aktif çamur sistemi, sırasıyla havalandırma havuzu (biyolojik prosesler gerçekleşir) ve son çökelme havuzundan oluşmaktadır. Sistemde istenilen çamur yaşına ulaşmak amacıyla son çökelme havuzundaki çökelmiş çamurun bir kısmı sistemin başında bulunan havalandırma havuzuna geri devredilir. Bu sayede organik maddenin bir bölümünün biyokütleye dönüşmesi sağlanır. Biyokütle oluşumu ve beraberinde nitrifikasyonun gerçekleştirilebilirliği her ne kadar sistemin avantajlı olduğunu düşündürse de fazla çamur oluşumu ciddi bir problem olarak karşımıza çıkar. Söz konusu çamurun kontrolü çürütme, susuzlaştırma, stabilizasyon, kimyasal arıtma ve yoğunlaştırma ile mümkün olup; maliyetlidir. Maliyetin yüksek olması sebebiyle alternatif birtakım sistemler incelenmiş ve bunlar arasından uygulanabilirliği kolay ve çamur azaltımında "Aktif çamur sistemi" ile mukayese edildiğinde yaklaşık % 50 - 60 oranında azalma sağlayan "OSA (Oksik-çökelme-anaerobik/ anoksik) sistemi" seçilmiştir. Çalışmada "Aktif çamur sistemi" ile "OSA sistemi" çamur azaltımı bakımından karşılaştırılmıştır. Her iki sistem benzer işletme koşulları sağlanarak çalıştırılmıştır. Aktif çamur prosesini temsilen ardışık kesikli reaktör kurulmuştur. OSA prosesi, anaerobik reaktörün entegre edildiği ardışık kesikli reaktör kullanılarak kurulmuştur. Sistemlerde gün içerisinde 6'şar saatten oluşan toplam 4 döngü gerçekleşmektedir. Reaktörlerin kurulum aşamasında kullanılan çamur ile işletmeye alındıktan sonra kullanılan atıksu aynı tesisten temin edilmiştir. Tesis giriş atıksuyu yaklaşık % 60 oranında evsel, % 40 oranında endüstriyel atıksudan oluşmaktadır. Endüstriyel atıksuyun büyük çoğunluğunu da tekstil endüstrisinden kaynaklanan atıksular meydana getirmektedir. Çalışma üç aşamada yürütülmüştür. İlk aşama, aktif çamur sistemi ile OSA sistemlerinin laboratuvar ölçekli kurulması ve işletilmesidir. Bu aşamada günlük izlemeler yapılarak sistemlerin takibi yapılmıştır. İkinci aşama, kararlı duruma ulaşan sistemlerde respirometre deneylerinin gerçekleştirilmesidir. Respirometre deneylerinden elde edilen oksijen tüketim hızlarından yola çıkarak gerçek atıksuya ait bH, µH kinetik katsayıları ile YH stokiyometrik katsayısı hesaplanmıştır. Üçüncü aşama, ilk iki aşamadan elde edilen ve/veya hesaplanan veriler ile tesisin modellenmesini içermektedir. Modelleme çalışmasında matematiksel denklemlerle hesaplama yapan bir yazılım, GPS-X® adlı ticari program kullanılmıştır. Bunun için öncelikle tesis konfigürasyonunda bulunan her bir ünite modele girilmiştir. Ünitelerdeki prosesler ve boyutsal ifadeler modelde işlenmiştir ve ardından modelin kalibrasyonuna başlanmıştır. Kalibrasyon işleminde; deneysel çalışmalardan elde edilen katsayılar ve hesaplanan KOİ fraksiyonları giriş atıksu karakterizasyonuna yansıtılmıştır. Tesise ait 1 yıllık giriş KOİ ve debi verileri kullanılarak modelin kalibre edilmesi sağlanmıştır. Bu aşamada stokiyometrik ve kinetik katsayılarla oynanarak model çıktılarının, özellikle KOİ, AKM ve UAKM verilerinin, tesis gerçek verileriyle örtüşmesi sağlanmıştır. Kalibrasyon işleminin ardından tesise ait diğer 1 yıllık giriş KOİ ve debi verileri kullanılarak doğrulama işlemi gerçekleştirilmiştir. Modelin kalibrasyon ve doğrulamasının yapılmasının ardından tez deneysel çalışma sonuçları ve literatür verilerinden yararlanılarak farklı senaryolar oluşturulmuştur. Mevcut durum dahil olmak üzere toplam 4 farklı senaryo geliştirilmiştir. Model çıktılarına göre işletme açısından anlamlı senaryo seçilmiş ve optimizasyon açısından değerlendirilmiştir. Senaryo analizleri 3 durum için incelenmiştir: (1) OSA sisteminin bulunmadığı durum, (2) IR değerinin % 5 ve % 15 olduğu durum, (3) Anaerobik reaktördeki çamur yaşının 10 gün ve 15 gün olduğu durum. Senaryo analizleri sonucu OSA sisteminin olmadığı durumda tesisten atılan günlük çamur miktarında 27 ton artış olduğu tespit edilmiştir. Çamur yaşının önemli bir etkisinin olmadığı ancak IR değerindeki artış ile sistemden atılan günlük çamur miktarında 12 tonluk bir azalmanın yanı sıra çamur dönüşüm oranında da bir azalma sağladığı belirlenmiştir. Gelecek çalışmalarda OSA sisteminin çamur azaltım mekanizmasının daha iyi anlaşılması açısından mikrobiyal populasyonun tespitine yönelik moleküler deneylerin gerçekleştirilmesi gerekmektedir. Böylelikle proseste gerçekleşen metabolik aktivitelerin ne olduğunu netleşecektir.