Anaerobik(havasız) arıtma

243
7. HAVASIZ ARITMA SİSTEMLERİ
Havasız çürütme, çamur stabilizasyonunda kullanılan en eski prosestir. Günümüzde atıksu
arıtımından çıkan konsantre çamurların stabilizasyonun yanısıra bazı endüstriyel atıksuların
arıtımında da kullanılmaktadır. Havasız arıtıma prosesleri, yüksek miktarda organik kirlilik
içeren atıksuların arıtımında oldukça geniş kullanım alanı bulmuştur. Kuvvetli atıkların
arıtımında havalı arıtıma proseslerine kıyasla çok daha ekonomik olduğu belirlenen havasız
arıtım prosesleri son yıllarda evsel atıksu arıtımında da kullanılmaktadır.
Havasız arıtma prosesleri organik maddelerin oksijensiz ortamda biyokimyasal olarak
ayrıştırılması esasına dayanmaktadır. Arıtma esnasında oluşan biyogaz yaklaşık olarak
%65-85 metan ve %15-35 karbondioksit karışımından oluşmaktadır. Havasız arıtma
teknolojilerinin gelişimi 19. yüzyılın başlarına dayanmaktadır ve II. Dünya Savaşı sonrası
enerji kaynaklarında yaşanan kriz nedeni ile hızlı bir gelişme yaşanmıştır (Alvarez, 2003).
Havasız çamur çürütücüler standart-hızlı ve yüksek-hızlı olmak üzere iki ana grupta
toplanabilir. Standart-hızlı olanlarda reaktörde karışma ve ısıtma yoktur. Hidrolik bekletme
süresi 30-60 gün olup hidrolik bekletme süresi çamur yaşına eşit veya çok yakındır.
Yüksek-hızlı havasız reaktörlerde ise karışım ve ısıtma yapılır. Hidrolik bekletme süreleri
20 günün altında tutulur. Kuvvetli organik atıkların anaerobik olarak arıtıldığı yüksek hızlı
reaktörlerde ise 1 günden az hidrolik kalış sürelerinde bile yüksek verimlerle karbonlu
organik madde giderimi sağlanabilmektedir.
7.1. Havasız Arıtmaya Genel Bakış
Havasız arıtma sistemleri biyolojik ve fizikokimyasal arıtmalarda oluşan arıtma
çamurlarının stabilizasyonunda uygulandığı gibi endüstriyel ve evsel nitelikli, askıda katı
madde içeren veya içermeyen sıvı atıkların arıtımında da kullanılmaktadır.
Atıksu içerisindeki organik maddelerin havasız ortamda ayrışması en basit haliyle iki temel
aşamada gerçekleşmektedir. İlk aşamada (hidroliz ve asit fermentasyonu), organik
maddelerin asit bakterileri tarafından organik asitlere, alkollere ve CO2’ye dönüşümü
gerçekleşmektedir. İkinci aşama (metan oluşumu) ise asit bakterilerinin parçalama
reaksiyonları sonucunda oluşan ürünlerin, metanojenler tarafından metan, CO2 ve suya
dönüştürülmesini içermektedir.
Bu prosesler sonucu oluşan metan gazının kalorifik değeri yüksektir ve enerji kaynağı
olarak kullanılabilmektedir. Havasız arıtma esnasında yağlar, proteinler, karbonhidratlar,
amino asitler ve organik asitler gibi kompleks veya monomer yapıda olan çeşitli organik
maddeler parçalanabilmektedir. Bu farklı reaksiyonlar sonucunda oluşacak metan
miktarları da farklılık göstermektedir. Örneğin; yağların ayrışması sonucunda yüksek
metan yüzdesine sahip biyogaz elde edilebilirken, protein ve karbonhidratların
parçalanmasında daha az miktarda biyogaz ve metan yüzdesi elde edilmektedir (UNIDO,
1992).
7.1.1 Havasız Arıtma Sistemlerinin Üstünlükleri
Havasız prosesler, ilk uygulamalarda ön arıtma ünitelerinden veya biyolojik arıtma
proseslerinden oluşan, yüksek miktarda su (%95) ve organik madde ihtiva eden çamurların
arıtılmasında kullanılmıştır. Bu proseslerde çamurun çürütülmesiyle stabilizasyon
244
sağlanarak çamur hacminde azalma ve patojen mikroorganizmaların giderilmesi
sağlanabilmektedir.
Yüksek organik madde (BOİ5>1000-1500 mg/lt) ve düşük katı madde içeren konsantre
atıksuların arıtılmasında aerobik proseslerin uygulanmasının pahalı oluşu havasız
proseslerin gelişmesine neden olmuştur (UNIDO, 1992). Havasız arıtma teknolojisinin
faydaları ana başlıklarla Tablo 7.1’de verilmektedir.
Tablo 7.1 Havasız Biyoteknolojinin Olumlu Özellikleri (4)
• Proses stabilitesinin sağlanabilinmesi
• Biyokütle atığının bertaraf maliyetinin düşüklüğü
• Besi maddesi sağlama maliyetinin düşüklüğü
• İnşa alanı gereksiniminin azlığı
• Enerjinin korunması ile ekolojik ve ekonomik fayda sağlaması
• İşletme kontrolü gereksiniminin minimize edilmiş olması
• Oluşan gazın hava kirlenmesi açısından kontrol edilebilir olması
• Köpük probleminin olmaması
• Havasız şartlarda biyolojik olarak parçalanamayan maddelerin
parçalanabilmesi
• Atıksudaki mevsimsel değişiklerde arıtmanın stabilitesinin sağlanabilmesi
Havasız ile havalı biyoteknolojiler karşılaştırıldığında havasız arıtmanın birçok üstün yönü
olduğu görülmektedir. İlk olarak, havasız proseslerde biyolojik büyüme hızı aerobik
sistemlere göre daha azdır. Havasız proseslerde organik maddenin sadece %5-15’i
biyokütleye dönüşmektedir. Bu durum, arıtma sonrasında biyolojik çamur bertarafının
aerobik sistemlere göre daha kolay ve düşük maliyetli olacağını göstermektedir.
Biyolojik proseslerde biyokütle sentezi için ortamda fosfor ve azot gibi temel besi
maddeleri mutlaka bulunmalıdır. Endüstriyel atıksular her zaman bu maddeleri yeterli
oranda ihtiva etmediklerinden biyolojik arıtma öncesi besi maddesi ilavesi gerekmektedir.
Ancak havasız sistemlerde biyolojik büyüme hızının düşük olmasına bağlı olarak ilave besi
maddesi ihtiyacı da daha az olmaktadır.
Havasız arıtma esnasında metan gazının oluşması sistemin diğer bir üstünlüğüdür. Metan
elektrik veya ısı enerjisi üretimi için kullanılabilir enerji kaynağıdır ve enerji değeri
standart şartlarda (0oC, 760 mmHg basıncı) 35,8 kj/lt’dir. Havalı sistemlerin işletilmesi
esnasındaki yüksek enerji ihtiyacına karşın, havasız sistemlerde hem enerji sarfiyatı daha
az olmakta, hem de sistem kullanılabilir enerji kaynağı üretmektedir.
Havasız sistemler çok yüksek organik yüklemelerde çalıştırılabilmektedir. Buna karşın,
havalı sistemlerde oksijen transferi sınırlı olduğundan yüksek organik yükler
uygulanamamaktadır. Bu durumda, KOİ değeri 5000 mg/lt’den büyük olan atıksuların
arıtılmasında havasız sistemlerin kullanılması daha verimli arıtma sağlamaktadır (Rittmann
ve McCarty, 2001).
245
7.1.2 Havasız Arıtma Sistemlerinin Kısıtları
Havasız arıtma biyoteknolojisinin genel olarak olumsuz özellikleri Tablo 7.2’de
verilmektedir. Havasız arıtmanın kısıtlarının başında mikroorganizmaların büyüme
hızlarının düşük olması gelmektedir. Havasız arıtma için önemli olan metanojenlerin
çoğalma hızları, havalı arıtmadaki mikroorganizmalara göre yarı yarıya daha azdır. Buna
bağlı olarak, havasız proseslerde hem başlangıçta sistemin dengeye gelme süresi uzun
olmakta, hem de olumsuz çevre şartlarından dolayı sistemde biyokütle kaybı yaşanması
durumunda sistemin tekrar eski haline gelmesi uzun sürmektedir.
Tablo 7.2 Anaerobik Biyoteknolojisinin Olumsuz Özellikleri (4).
• Biyokütle gelişimi için uzun başlangıç evresinin gereksinimi
• Seyreltik atıksularda yeterli alkalinitenin üretilememesi
• Bazı durumlarda çıkış suyunda istenilen standart değerlerin sağlanamaması
• Seyreltik atıksuların arıtılması durumunda oluşan biyogaz miktarının az
olması ve elde edilen enerjinin sistemi ısıtmaya yetmemesi
• Aşırı sülfatlı atıksularda koku probleminin olması
• Nitrifikasyonun mümkün olmaması
• Metanojenlerin toksit maddelere ve çevre şartlarına aşırı duyarlı olması
• Düşük sıcaklıklarda kinetik hızların daha da düşük olması
• Biyokütlenin maksimun aktivitesi için gerekli olan azot konsantrasyonunun
daha fazla olması
Havasız sistemlerin diğer bir olumsuz tarafı atıksuda sülfat bileşiklerinin olması
durumunda ortaya çıkmaktadır. Sülfatların indirgenmesi veya proteinlerin parçalanması
sonucu ortaya çıkan H2S hem toksik, hem de korozif niteliktedir. Ayrıca, gazdaki H2S
istenmeyen kötü kokulara neden olmaktadır. Biyogazın yakılması durumunda H2S’nin
SO2’ye oksitlenmesi ile koku problemi azalmaktadır. Ancak, bu durumda da hava kirletici
parametre olan SO2 meydana gelmektedir. Bu nedenle, Havasız arıtmada H2S oluşumu
herzaman kontrol altında tutulmalıdır.
Anaerobik ayrışma esnasında ara ürün olarak organik asitlerin oluşması ortamın pH
değerini sürekli düşürmektedir. Metan üreten bakterilerin yaşayabileceği pH aralığı 6,5 ile
8,0 olduğundan sistemde sürekli pH kontrolü yapılmalı ve tampon maddesi ilave
edilmelidir. Havasız arıtmada bu ihtiyacın sağlanması havalı sistemlere göre hem daha
hassas, hem de daha maliyetli olmaktadır.
Bunlara ek olarak, KOİ değeri 1000 mg/lt’den az olan seyreltik atıksuların havasız
proseslerde arıtılması durumunda havalı sistemlere göre daha düşük arıtma verimi elde
edilmektedir. Ancak, gelişmekte olan ülkelerde evsel atıksuların arıtılmasında havasız
sistemler, istenilen çıkış standart değerleri elde edilememesine rağmen yukarıda belirtilen
faydalar dolayısıyla kullanılmaktadır (Rittmann ve McCarty, 2001).
246
7.2. Havasız Arıtmanın Esasları
7.2.1 Mikrobiyolojik Prosesler
Havasız arıtma proseslerinde kompleks organik bileşiklerin metan gazına
dönüştürülmesinde çeşitli tür ve özellikte mikroorganizma grupları yer almaktadır. Bu
kompleks organiklerin havasız ayrıştırılması hidroliz, asit üretimi ve metan üretimi olmak
üzere üç aşamada gerçekleşmektedir. Bu aşamalar Şekil 7.1’de gösterilmektedir.
Teorik Aşamal a r
hidroliz
me tan üretimi
yağlar
yağ
asittleri
polisakkaritler protein nükleik asitler
monosakkaritler amino asitler pirimidinler basit
aromatikler
Diğer Fermantasyon Ürünleri ;
( p ropiyonat, bütirat, süksünat,
laktat, etanol gibi)
Metanojik Substratlar ;
(H2, CO2, format, me tanol, metilaminler, asetat )
metan + karbondioksit
a sit üretimi
Şekil 7.1 Anaerobik Proseslerdeki Karbon Dönüşümünün Şematik Gösterilmesi (6).
Birinci aşama olan hidroliz kademesinde, katı veya çözünmüş halde olan yağ, polisakkarit,
protein ve nükleik asit gibi kompleks organik maddeler daha basit yapıya dönüştürülür.
Hidroliz hızını etkileyen en önemli faktörler pH, sıcaklık ve çamur yaşıdır. Yağ, selüloz ve
lignin gibi hidroliz hızı yavaş olan maddeler içeren atıksuların havasız arıtımında hidroliz
kademesi hız sınırlayıcıdır.
Asit üretimi olan ikinci kademede ise asetojenik bakteriler birinci kademe hidroliz
ürünlerini asetik, bütirik, izobütirik, valerik ve izovalerik asit gibi ikiden daha fazla
karbonlu yağ asitlerine dönüştürürler. Kararlı şartlarda yağ asitleri konsantrasyonu oldukça
düşük seviyelerdedir (100-300 mgHAc/l) (Öztürk, 1999). Kararlı olmayan şartlarda örneğin
havasız reaktörün devreye alınması aşamasında uçucu asit konsantrasyonu 1000-1500 mg
HAc/l’ye ulaşabilir.
Üçüncü aşama olan metan üretimi kademesinde de diğer iki kademede oluşan ürünler
metan üreten bakterilerce metan gazına dönüştürülür. Metan üretimi yavaş bir süreç olup
havasız arıtmada hız sınırlayıcı safhadır. Metan, asetik asidin parçalanması ve/veya H2 ile
247
CO2’in sentezi sonucu üretilir. Oluşan metanın yaklaşık %30’u H2 ve CO2’den, %70’i ise
asetik asidin parçalanmasından oluşmaktadır. Hidrojenden metan oluşumu, hidrojenin
elektron vericisi ve karbondioksidin elektron alıcısı olarak kullanılması ile
gerçekleşmektedir. Asetattan metan oluşumu ise, fermantasyon reaksiyonları sonucu
astetatın metil grubundan metanın, karboksil grubundan da karbondioksidin oluşması ile
gerçekleşmektedir. Bu kompleks ve birbirlerine etki eden prokaryotik organizmalar
literatürde temel olarak asit bakterileri ve metanojenler olarak tanımlanmaktadır.
Kompleks organiklerin metan gazına dönüştürülmesi esnasında proseslerde organik asit ve
hidrojen oluşum hızı metan oluşum hızına göre daha hızlıdır. Bunun sebebi, ilk aşamada
gerçekleşen fermantasyon reaksiyonlarında oluşan serbest enerjinin metan
oluşumundakinden daha fazla olmasıdır. Bu nedenle, metanojenlerin çoğalma hızları
düşüktür ve proseste hız kısıtlayıcıdırlar. Ancak, hidrolizi zor olan kompleks yapıdaki
organikleri içeren atıksu veya çamurun ayrıştırılmasında hidroliz aşaması hız kısıtlayıcı
aşama olmaktadır (Rittmann ve McCarty, 2001).
7.2.2 Mikrobiyolojik Yapı
Anaerobik bozunma prosesi süresince birbirleriyle etkileşim halinde olan
mikroorganizmaların birinci grubu, organik polimer ve yağların, monosakkaritler ve amino
asitler gibi daha basit ve temel yapılara hidrolizinden sorumludurlar. İkinci grup anaerobik
bakteriler ise parçalanmış ürünleri organik asitlere dönüştürürler. Bu gruptaki
mikroorganizmalar metanojik olmayan, fakültatif ve zorunlu anaerobik bakterilerdir.
Bunlar literatürde “asitojenler” veya “asit üreticiler” olarak adlandırılırlar. Bu hidroliz ve
fermantasyon bakterilerine Clostridium spp., Peptococcus anaerobus, Bifidobacterium
spp., Desulphovibrio spp., Corynebacterium spp., Lactobacillus, Actinomyces,
Staphylococcus ve Escherichia coli gibi örnekler verilebilir. Üçüncü grup
mikroorganizmalar da temel olarak, hidrojen (H2 + CO2) ve asetik asitten, metan gazı ve
CO2 üretenlerdir. Diğer substrat kaynakları format, metanol ve metilaminlerdir. Bu
mikroorganizmaların gerçekleştirdiği metan oluşum reaksiyonları aşağıda verilmektedir.
Bu organizmalar anaerobiktirler ve “metanojenler (archaea)” veya “ metan üreticiler”
olarak adlandırılırlar. Bu organizmalarda, çubuksu olan Methanobacterium ve
Methanobacillus ile küresel olan Methanococcus ve Methanosarcina proseste hakim
durumdadır.
(H2 ve CO2 için) 4H2 + CO2 → CH4 + 2H2O (7.1)
(format için) 4HCOOH → CH4 + 3CO2 + 2H2O (7.2)
(asetik asit için) CH3COOH → CH4 + CO2 (7.3)
(metanol için) 4CH3OH → 3CH4 + CO2 + 2H2O (7.4)
(metilamin için) 4(CH3)3N + H2O → 9CH4 + 3CO2 + 6H2O + 4NH3 (7.5)
Havasız arıtma prosesleri içerisinde birbirleriyle ilişki halinde olan tüm bu
mikroorganizmalar arasındaki enerji akımı şematik olarak Şekil 7.2’de gösterilmektedir.
Sistem stabilitesinin amaçlanan şekilde elde edilebilmesi için yukarıda ifade edilmiş olan
hidroliz, fermantasyon ve metanojenler birbirleriyle dinamik dengede olmaları gereklidir.
Bu stabilitenin sağlanabilmesi temel olarak, ortamda oksijenin ve inhibe edici
248
kimyasalların bulunmamasına ve gerekli çevre şartlarının sağlanmasına bağlıdır.
(Tchobanoglous ve Burton, 1991).
Kompleks
organikler
Yüksek
organik asitler
H2
Asetik asit
CH4
Hidroliz ve Fremantasyon Asit oluşumu Metan oluşumu
%4
%76
%20
%24
%52
%28
%72
Şekil 7.2 Havasız Proseslerde Enerji Akımı (6)
7.2.3 Biyoreaksiyonlar
Havasız arıtma proseslerinde organik maddelerin parçalanması çok sayıda mikrobiyal
populasyon ile gerçekleşmektedir. Bakteri türlerinin çok olması parçalanmadaki reaksiyon
adımlarını da çeşitli ve kompleks hale getirmektedir. Parçalanma reaksiyonlarındaki
adımların KOİ akım yüzdeleriyle gösterimi Şekil 7.3’te verilmektedir. Bu reaksiyonları
sağlayan mikroorganizma populasyonlarının dağılımı substrat yapısına, proses süresince
oluşan ara ürünlerin konsantrasyonlarına ve pH, sıcaklık, H2 konsantrasyonu gibi çevresel
şartlara bağlıdır. Biyoreaksiyon adımları şu şekilde tanımlanmaktadır:
• Polimerlerin monomerik organiklere hidrolizi hidrolitik mikroorganizmalar
tarafından gerçekleştirilir. Bu türler çözünmüş veya çözünmemiş halde bulunan
yüksek moleküler ağırlıklı organik bileşiklerin indirgenmesini sağlayan enzimlere
sahiptirler ve ürettikleri enzim türüne göre sınıflandırılırlar. Ortamda şeker veya
amino asit birikmesiyle inhibe olurlar.
• Monomerik organik substratlardan hidrojen veya format, CO2, pirüvat, uçucu yağ
asitleri, etanol ve laktik asit gibi diğer organik ürünlerin oluşması fermantasyon
bakterileri tarafından gerçekleştirilir. Bu reaksiyonlar bakterilerin bünyelerinde
meydana gelmektedir.
• İndirgenmiş bileşiklerin H2, CO2 ve asetata oksidasyonu hidrojen üreten asitojenler
(OHPAs) tarafından gerçekleştirilir.
• Bikarbonatların asitojenik solunumu homoasitojenlerce (HA) olmaktadır. Ancak bu
bakteriler hidrojen tükettikleri için metanojenler ile rekabete girerler.
• Ortamda sülfat veya nitrat olması durumunda alkoller, bütirik ve propiyonik asitler
gibi indirgenmiş bileşiklerin CO2 ve asetata oksidasyonu sülfat indirgeyen (SRB) ve
nitrat indirgeyen (NRB) bakteriler tarafından gerçekleştirilir.
• SRB ve NRB’ler asetatın karbondioksite oksidasyonunu gerçekleştirirler.
249
• SRB ve NRB’ler hidrojenin oksidasyonunda da rol oynarlar.
• Asetik asidin metana dönüşümü metanojenler tarafından sağlanır. Bunlar asetik
asidi kullanarak metan üreten arkeleridir (AMA) ve en önemlileri Methanothrix ile
Methanosarcina dır. Her iki mikroorganizmanın çoğalma hızları düşüktür ve
ikilenme süreleri yaklaşık olarak 24 saattir. Ayrıca bunların aktiviteleri ortamdaki
hidrojenin varlığına bağlıdır.
• Karbondioksitten metan oluşumu hidrojen kullanan metanojenler (HMB)
tarafından gerçekleştirilen metanojik solunum ile olur. Bunlar AMA’lara göre daha
hızlı çoğalırlar ve ikilenme süreleri 4 ila 6 saat arasındadır (Alvarez, 2003).
HİDROLİZ
PROTEİNLER KARBONHİDRATLAR LİPİDLER
PARTİKÜLER ORGANİK MADDELER
AMİNO ASİTLER, ŞEKERLER YAĞ ASİTLERİ
ARA ÜRÜNLER
PROPİYONİK ASİT, BÜTİRİK ASİT
H2, CO2, Etanol
ASETAT HİDROJEN
METAN
FERMENTASYON
ANAEROBİK
OKSİDASYON
(βOksidasyonu)
% 40 % 5 % 34
% 39
% 34
% 34
% 11
% 11 % 8 % 23
% 20
% 12
% 70 % 30
% 35
% 20
% 66
% 21
% 100 KOİ
% 100 KOİ
~% 0
% 46
Şekil 7.3 Kompleks Maddelerin Biyoreaksiyon Adımları (1)
Yukarıda ifade edilen biyoreaksiyonların serbest enerji değerleri Tablo 7.3’te
verilmektedir.
250
Tablo 7.3 Bazı Anaerobik Biyoreaksiyonların Serbest Enerji Değerleri (1).
Reaksiyon ΔG0, kj
Oksidasyon Reaksiyonları
propiyonat → asetat CH3CH2COO- + 3H2O →
CH3COO- + H+ + HCO3
- + 3H2 +76,1
bütirat → asetat CH3CH2CH2COO- + 2H2O →
2CH3COO- + H+ + 2H2 +48,1
etanol → asetat CH3CH2OH + H2O →
CH3COO- + H+ + 2H2
+9,6
laktat → asetat CHCHOHCOO- + 2H2O →
CH3COO- + HCO3
- + H+ + 2H2 -4,2
laktat → propiyonat 3CHCHOHCOO- →
2CH3CH2COO- + CH3COO- + H+ + HCO3
- -165
laktat → bütirat 2CHCHOHCOO- + 2H2O →
CH3CH2CH2COO- + 2HCO3
- + 2H2 -56
asetat → metan CH3COO- + H2O → HCO3
- + CH4 -31
glikoz → asetat C6H12O6 + 4H2O →
2CH3COO- + 2HCO3
- + 4H+ + 4H2 -206
glikoz → etanol C6H12O6 + 2H2O →
2CH3CH2OH + 2HCO3
- + 2H+ -226
glikoz → laktat C6H12O6 → 2CHCHOHCOO- + 2H+ -198
glikoz →
propiyonat
C6H12O6 + 2H2 →
2CH3CH2COO- + 2H2O + 2H+ -358
Solunum Reaksiyonları
HCO3
- → asetat HCO3
- + 4H2 + H+ → CH3COO- + 4H2O -104,6
HCO3
- → metan HCO3
- + 4H2 + H+ → CH4 + 3H2O -135,6
sulfat → sülfid SO4
2- + 4H2 + H+ → HS- + 4H2O
CH3COO- + SO4
2- + H+ → 2HCO3
- + H2S
-151,9
-59,9
nitrat → amonyak NO3
- + 4H2 + 2H+ → NH4
+ + 3H2O
CH3COO- + NO- + H+ + H2O → 2HCO3
- + NH4
+
-599,6
-511,4
nitrat → azot gazı 2NO3
- + 5H2 + 2H+ → N2 + 6H2O -1120,5
7.2.4 Mikroorganizmalar Arasındaki Karşılıklı İlişkiler
Havasız arıtmada 3 grup bakterinin ortak çalışması gerekmektedir. Asetat kullanan
metanojenler fermantasyon bakterileri ile müşterek çalışarak asetik asit konsantrasyonunu
ve pH değerini kontrol ederler. Asetat kullanan metanojenlerin çoğalma hızları
fermantasyon bakterilerine göre daha yavaş olduğundan organik yükün artması durumunda
asit üretimi istenilen düzeyde gerçekleşebildiği halde, metan üretimi aynı hızda olmayabilir
ve reaktörde aşırı asit birikimi ile karşılaşılabilir.
Gaz fazındaki H2 konsantrasyonunun artması halinde hidrojen kullanan bakterilerce CO2 ve
H2’den CH4 üretimi azalmaktadır. Organik madde ani olarak verildiğinde fermantasyon
251
bakterileri bu şok yüke kısa sürede uyum göstererek asetik asit ve hidrojen gazı üretirler.
Ancak, bu durum pH’yı düşürür ve metanojenlerin rol oynadığı reaksiyonların hızını
yavaşlatarak ortamda H2 birikmesine neden olur.
Kompleks organik maddelerin metana dönüştürülmesinde hidrojen üreten ve hidrojen
kullanan mikroorganizmaların yine müşterek çalışması önemlidir. Buna göre, propiyonik
asidin asetik asit ve hidrojene parçalanabilmesi için ortamdaki H2’nin kısmi basıncının 10-4
atmosferi (100 mg/lt) aşmaması gerekmektedir. Bu düşük basınç ortamında hidrojen
kullanan metanojenler için gerekli enerji kısmi basıncın 1 atm olması haline göre önemli
ölçüde azaltılmış olmakta ve sonuç olarak reaksiyon kolaylaşmaktadır. Diğer bir değişle
birim hacim H2’yi kullanmak için gerekli bakteri miktarı daha az olmaktadır. Bu nedenle,
H2 kullanan metan arkelerinin maksimum hızla faaliyeti için H2 kısmi basıncının 10-4-10-6
atm aralığında tutulması büyük önem taşımaktadır (3).
Ortamda elektron vericisi olarak sülfatın bulunması durumunda, sülfat indirgeyen
bakteriler aktif hale gelmektedir. Sülfatın sülfide indirgenmesi esnasında hidrojen
kullanımı vardır. Bu durumda, sülfat indirgeyen bakteriler, metanojen ve homoasitojenlerle
rekabete girerler. Ortamda H2 konsantrasyonunun kısıtlı olması durumunda, rekabet
halinde olan bu bakterilerin aktiviteleri, sülfatindirgeyenler>metanojenler>homoasitojenler
şeklinde sıralanmaktadır ve prosesteki biyolojik denge bozulmuş olur (7).
7.2.5 Metanojen Populasyonun pH ile Değişimi
Anaerobik arıtmada pH temel proses kontrol parametrelerindendir. Metanojenler pH
değişimine hassastırlar ve buna bağlı olarak da, metan üretimindeki reaksiyonları değişiklik
göstermektedir. Metan gazının hidrojen veya asetik asit kullanılarak meydama gelme
yüzdeleri en ufak pH değişimi ile farklılık gösterir. Biyoreaksiyon adımlarındaki bu
değişim Şekil 7.4’te verilmektedir. Burada pH’nın ≅7,0 değeri ve pH’nın 5,0-6,0
aralığındaki değerleri için metanolün parçalanma reaksiyonlarındaki baskın adımlar
gösterilmektedir.
Şekil 7.4 Metanolden Metan Üretimi (a) pH≅7,0 için, (b) pH=5,0-6,0 için (8)
Metanolden metan üretimi aşamalarında pH≅7,0 değeri için I. ve II. adımların baskın
olduğu ve ortamda asetik asit birikiminin yaşanmadığı belirlenmiş. Buna karşılık olarak,
metanol UYA asetat CH4
CO2
+
H2
I
II
III
(a)
metanol UYA asetat CH4
CO2
+
H2
(b)
I
II
III
252
pH=5,0-6,0 aralığında ise metan oluşumunda hidrojen kullanan metanojenlerin daha aktif
olduğu görülmüş. Sonuç olarak, ortamda asetik asit birikmesi gözlenmiş ve bunun
nedeninin düşük pH değerlerinde asetik asitten metan oluşumunu sağlayan metanojenlerin
aktivitesinin düşmesi olduğu saptanmış. (8).
7.2.6 Biyogaz Üretimi
Havasız arıtma prosesinde son ürün olarak üretilen metanın KOI eşdeğeri aşağıdaki bağıntı
yardımı ile hesaplanabilir:
CH4+2O2→CO2+2H2O (7.6)
Denkleme göre standart şartlar altında (0oC, 1atm basınçta) 1 mol CH4 ‘ın (22.4 litre)
oksidasyonu için 2 mol (64gr) O2 gereklidir. Standart şartlarda giderilen 1 gr KOI için 0.35
l CH4 üretilir. Bu miktar, 35oC sıcaklık ve 1atm basınçta 0.395 l CH4/gr KOIgid ‘e tekabül
etmektedir.
Mezofilik işletme şartlarında endüstriyel ölçekli havasız arıtma tesislerinde 0.2-0.5 m3 gaz/
kg KOI (giderilen) mertebesinde biyogaz oluşmaktadır. Biyogazın enerji değeri 6.5-8 kwsa/
m3 olup, %65-80 oranında metan içermektedir (Tablo 7.4). Yakma ekipmanında
ortalama verim %80 alınarak, giderilen 1kg KOI’nın enerji değeri:
0.3 x 0.80 x (6.5≈8) ≈ 1.56-1.92 kw-h olarak bulunur.
Tablo 7.4 Çeşitli atıklardan üretilen biyogazların CH4 içeriği ve enerji içerikleri
Biyogaz tipi CH4
%
Enerji içeriği
kw-sa/m3
Çamur çürütücü 60-70 6-7
Havasız endüstriyel atıksu arıtma tesisi gazı 50-85 5.8.5
Çiftlik atıklarının havasız arıtımından çıkan gaz 55-75 5.5-7.5
Çöp depolama sahası gazı 35-55 3.5-5.5
Enerji dönüşüm verimi klasik içten yanmalı motorlarda %30, gaz türbinlerinde ise %50
civarındadır.
7.2.7 Havasız Arıtımda Alkalinite İhtiyacı
CO2 kısmi basıncı ile ortamdaki karbonat konsantrasyonu arasında (7.8) daki ilişki vardır.
[H2CO3]=kH.PCO2 (7.8)
[ ][ ]
2 3
3
1
.
H CO
HCO H
k
− +
= (7.9)
[ ] _
3
. 1 2
HCO
k k P
H + = H CO (7.10)
253
T=35oC de:
Iyonik güç (IG) = 0.2 için k1 = 10-6
IG = 0 için k1 = 0.48x10-6
kH = 0.0246 mol/l-atm
[H+] = 12.8x10-4 [PCO2/BAlk], IG = 0.2
[H+] = 6.2x10-4 [PCO2/BAlk], IG = 0.0
Toplam alkalinite bikarbonat alkalinitesi ve uçucu asit alkalinitesi arasında (7.10) da
verilen bağıntı geçerlidir:
TA=B.Alk+(0.83)(0.85)TUA (7.11)
Burada:
B.Alk : bikarbonat alkalinitesi, mgCaCO3/l,
TUA : toplam uçucu asit alkalinitesi, mgHAc/l,
0.85 : pH=4 de titre edilen TUA’nin %85 ini
0.83 : CaCO3(e.a)/HAc(e.a)=50/60
e.a : eşdeğer ağırlık
TUA alkalinitesi H2CO3’ün tamponlanmasında katkı sağlar, ancak iyonize olmamış uçucu
asitlerin tamponlanmasında yetersiz kalır. Bu yüzden TUA alkalinitesinin tampon etkisi
ihmal edilir. Bikarbonat alkalinitesi önem taşır. Bikarbonat alkalinitesi hesaplanırken asit
titrasyonu pH = 4.0-4.2 yerine 5.8 de kesilir. Bu pH’da B.Alkalinitesinin %80’i, TUA
alkalinitesinin ise çok küçük bir kısmı titre edilmiş olur.
Havasız reaktörlerde pH>6.2-6.5 ise belli miktarda rezerv alkalinite vardır. Rezerv
alkalinite sadece B.Alkalinitesini yansıtır.
Havasız sistemlerde alkalinite ihtiyacını azaltmak üzere:
• Arıtılmış su geri devri,
• Üretilen biyogazın bünyesindeki CO2’ in alkali sıvı çözeltilerde (kireç, kostik)
absorblandıktan sonra reaktör tabanından geri beslenmesi,
• Termofilik şartlarda işletme,
• Faz ayrımı,
gibi yöntemler uygulanır.
7.2.8 Sülfatın Havasız Arıtmaya Etkisi
Bazı endüstriyel atıksularda ve evsel atıksularda bulunan sülfat iyonları havasız arıtım
sırasında sülfür iyonlarına dönüşür. Sülfür iyonlarının havasız arıtımı inhibe etmesi yanı
sıra, arıtma ekipmanlarında korozyona ve kokuya yol açması sebebiyle sülfat içeren
atıksuların havasız ayrıştırılması sırasında dikkatle izlenmelidir.
Havasız ayrışma sırasında ortamdaki sülfat iyonları sülfat indirgeyen bakterilerin (SRB)
artmasına neden olur. Sülfat indirgeyen bakteriler metan indirgeyen bakterilerle aynı
substarat için (H2 ve asetat) yarışırlar. Sülfatın asetik asit kullanarak hidrojen ve sülfüre
dönüşümü reaksiyonu(6):
CH3COOH+SO4
-2→H2S+2HCO3
- (7.12)
254
Genel reaksiyon ise (7.8) deki gibi yazılabilir:
2C + SO4
-2 + 2H2O → H2S + 2HCO3
- (7.13)
Sülfat indirgeyici bakteriler asetat dışında şekerler, alkoller, poliol, gliserol, amino asitler,
fenolik bileşikler, propiyonik asit, peynir altı suyu, laktik asit, sitrik asit, ve evsel atıksu
gibi substratları da kullanırlar (5,6,7,8).
Sülfat indirgenmesinden dolayı iki tür inhibisyon olur (4): 1) substrat için rekabetten
dolayı, 2) Çözünmüş sülfür iyonlarının metanojenlerin hücre fonksiyonlarını
etkilemelerinden dolayı olan inhibisyon.
Sıvı fazda ortam pH ına bağlı olarak H2S, S-2 ve H+ iyonları arasında bir denge vardır.
H2S ↔ 2H+ + S-2 (7.14)
Nispeten asidik ortamda S ün büyük bölümü daha az toksik olan H2S halindedir.
Atıksudaki KOI/SO4 > 10 ise oluşan sülfürün büyük bölümü H2S formunda ve gaz fazda,
KOI/SO4 < 10 ise oluşan sülfürün büyük bölümü S-2 formunda ve sıvı fazda bulunur.
Havasız arıtılmış su çıkışındaki S-2 ani oksijen ihtiyacına yol açacağından arıtılmış suyun
yüzey sularına deşarjında dikkate alınmalıdır.
7.3 Havasız Arıtma Teknolojileri
Havasız reaktörler üst kısmı kapalı ve hava ile temas olmayacak şekilde inşa edilirler. Tank
içerisinde karışım atıksuyun tabandan beslenmesi, oluşan biyogazın hareketi veya geri
devri, mekanik karıştırıcılar ve çamur geri devri yoluyla sağlanmaktadır. Ayrışmanın daha
hızlı ve tam olması için reaktör ısıtılır. Bunun için gerekli olan enerji, proses esnasında
oluşan biyogazdan sağlanabilmektedir. Tüm reaktörlerde sıvı-katı-gaz fazlarının
birbirlerinde ayrılması amaçlanmaktadır (2).
7.3.1 Havasız Reaktör Tipleri
Anaerobik reaktör tipleri; mikroorganizmaların askıda çoğaldığı reaktörler ve biyofilmli
reaktörler olmak üzere iki sınıfa ayrılmaktadır.
7.3.1.1 Askıda Çoğalan Sistemler
Askıda çoğalan sistemlerin başlıca uygulamaları:
• Klasik Havasız Çürütücüler
• Havasız Temas Reaktörleri
• Membranlı Havasız Reaktörler
• Havasız Çamur Yataklı Reaktörler’dir.
Bu sistemlerin reaktör tipleri Şekil 7.5’te verilmektedir.
Klasik anaerobik çürütücüler; tam karışımlı ve geri devirsiz reaktörlerdir. Geri devirsiz
olduklarından çamur yaşı hidrolik bekletme süresine eşittir. Yavaş çoğalan metan
arkelerinin sistemden yıkanmaması için çamur yaşı en az 10 gün olmalıdır. Bu nedenle, 15-
20 günlük hidrolik bekletme sürelerinde işletilirler ve buna bağlı olarakta, reaktör hacimleri
255
büyüktür. Hem hacmin büyüklüğü, hem de çıkış suyundaki askıda katı madde
konsantrasyonunun yüksekliği bu sistemlerin en önemli mahzurlarındandır. Uygulamada,
atıksuların arıtılmasından ziyade arıtma çamurlarının çürütülmesi için kullanılırlar.
Şekil 7.5 Askıda Çoğalan Reaktör Tipleri (3)
Havasız temas reaktörleri, klasik anaerobik çürütücülere çöktürme tankı ilavesi ile
geliştirilmiştir. Çöktürme tankının olması, sisteme geri devir yapılabilmesini mümkün
kıldığından daha uzun çamur yaşlarında işletilebilirler. Böylece, hidrolik bekletme süresi
azaltılarak reaktör hacimleri küçültülmektedir (3). Bu sistemlerde yaşanan en önemli
problem çamurun çöktürülmesidir. Çöktürme tankına çıkış suyu ile aktarılan biyokütle
çöktürme esnasında da biyogaz oluşturmaya devam eder ve çöktürme istenilen etkinliğe
ulaşamaz (5). Çöktürme verimini arttırmak için vakumlu gaz ayırıcı, termal şok veya
plakalı çökelticiler kullanılmaktadır.
Membranlı havasız reaktörlerde ana reaktör tam karışımlı bir anaerobik reaktör olup katı
madde ayrımı için çökeltme yerine ultrafiltrasyon birimi kullanılır. Membran üzerinde
akarken suyu alınan biyokütle sisteme geri döndürülerek çamur yaşı istenilen seviyede
tutulmaktadır. Genelde KOİ değeri 10000 mg/lt’nin üzerindeki konsantre ve debisi küçük
endüstriyel atıksular için uygun sistemlerdir.
Havasız çamur yataklı reaktörlerde (HÇYR) arıtma, reaktörün alt kısmındaki granüler
çamur yatağı ile bunun üst kesimindeki çamur örtüsünde gerçekleşir. Beslenen atığın
organik madde muhtevasına bağlı olarak kuvvetli atıklarda çamur yatağı, seyreltik atıklarda
ise çamur örtüsü arıtmada ağırlıklı rol oynamaktadır (3). Reaktöre atıksu tabandan, uygun
yukarı akım hızında verilerek reaktörde çamur yatağının genleşmesi sağlanır ve bunun
sonucu olarak, granüler çamur ile atıksuyun teması arttırılmış olur. Çamur yatağının
genleşmesi ile etkin çökelmenin birlikte sağlanabilmesi için gerekli akım hızı 0,5-3
m/saat’tir. Ancak, gerekli karışımın sağlanamadığı durumlarda bu değer 6,0 m/saat’e kadar
arttırılabilir (15). Yapılan araştırmalar sonucunda, granüler çamur oluşumunun 15 mg/lt
Ca2+ ile arttırılabileceği ve 5-10 mg/lt Fe2+ ilavesi ile de filamentli bakterilerin oluşumunun
engellenebileceği bulunmuştur. Stabilitesi sağlanmış reaktörün çamur yatağında 100-150
gr/lt konsantrasyonlarında çamur olabilmektedir. Bu da, yüksek organik yüklemelerde
çalışmayı mümkün kılmaktadır. Pilot tesislerde yapılan çalışmalarda, 15-40 kg KOİ/m3-gün
aralığıdaki yüklemelerde 3-8 saatlik bekletme süreleri ile etkin giderme verimlerinin
sağlanabileceği tespit edilmiştir.
Klasik Anaerobik
Çürütücü
Havasız Temas
Reaktörü
Havasız Çamur Yataklı
Reaktör (HÇYR)
Membranlı Havasız
Reaktör
Gaz
Giriş
Gaz
Giriş
Gaz
Giriş
Gaz
Giriş
256
HÇYR sisteminde anaerobik ayrışma atıksu çamur yatağından yukarı çıkarken gerçekleşir
ve biyogaz üretimi olur. Oluşan biyogaz reaktörün sıvı-katı-gaz ayırıcı birimine ulaştığında
ortamdan ayrılır. Bu esnada, yukarı ulaşan biyokütle de sıvı fazdan ayrılarak tekrar çamur
yatağına döner ve çıkışta katı madde gözlenmez (14).
Reatörün proses stabilitesi, çamur çökelmesinde yaşanan problemlerden veya granüler
çamurun aktivitesinin düşmesinden kolayca etkilenmektedir. Çamurun çökelmesinde
yaşanan problemler çamur yatağının homojenliğini bozar ve çamurun aşırı kabararak
kaçmasına neden olur. Atıksu içerisindeki inorganik yapının artması ise granüler çamurun
aktivitesinin düşmesine neden olabilmektedir. Ayrıca, giriş suyunda askıda katı madde ve
yağ muhtevasının artması tıkanma, çamur yatağında kanallanma ve köpük oluşumu gibi
işletme problemlerinin ortaya çıkmasına neden olmaktadır (15).
7.3.1.2 Biyofilm Sistemleri
Biyofilm sistemlerinin başlıca uygulamaları:
• Havasız Akışkan Yataklı Reaktörler (HAYR)
• Havasız Filtreler (HF)
• Havasız Döner Diskler
• Perdeli Reaktörler’dir.
Bu sistemlerin reaktör tipleri Şekil 7.6’da verilmektedir.
Şekil 7.6 Biyofilm Sistemlerinin Reaktör Tipleri (3)
Havasız akışkan yataklı reaktörlerde (HAYR) biyokütle akışkan haldeki, 0,1-0,6 mm çaplı
kum, antrasit, aktif karbon gibi ince tanecikli yatak malzemesi üzerinde tutunur. Akışkan
haldeki yatak malzemesinin üzerinde 30000 mg/lt gibi yüksek konsantrasyonlarda
biyokütle tutulabilmektedir. HAYR’ler 40-60 kg KOİ/m3-gün gibi yüksek organik yükler
uygulanabilen ve hidrolik bekletme süresi 1,5-3 saate kadar indirilebilen sistemlerdir.
Bunların en büyük mahzuru, yatağın akışkan tutulabilmesi için gerekli olan geri devirdeki
terfi maliyetidir.
Havasız filtreler; içerisinde kırma taş veya plastik dolgu malzemesi bulunan reaktörlerdir.
Yukarı veya aşağı akışlı olarak işletilebilirler. Dolgu malzemesi bakterilerin tutunması için
yüzeyi arttırır. Bununla birlikte, yapılan çalışmalar sonucunda, filtre içerisindeki mevcut
biyokütlenin takriben %60’ının filtre malzemesinin boşluklarında olduğu ve arıtmanın
büyük bir kısmının burada gerçekleştiği tespit edilmiştir. 100,000 mg/lt
konsantrasyonlarında biyokütle filtre içinde tutulabilmektedir. Çeşitli inhibitörler
karşısında biyokütle kaybı sınırlı olup, sistemin yeni durumlara uyum sağlaması daha rahat
Havasız Filtre (HF)
(Yukarı Akışlı)
Gaz
Giriş
Havasız Filtre (HF)
(Aşağı Akışlı)
Gaz
Giriş
Havasız Akışkan
Yataklı Reaktör (HAYR)
Gaz
Giriş
Geri
Devir
Perdeli Reaktör
Gaz
Giriş
257
olabilmektedir. Buna karşılık olarak, biyofilm teşekkülünün zaman alması, yüksek oranda
askıda katı madde ihtiva eden atıksularda tıkanma, kanallanma ve kısa devre ihtimalleri
oluşu ve özellikle dolgu malzemesinin pahalı olması bu reaktörlerin önemli
mahzurlarındandır (3).
7.3.1.3 Diğer Sistemler
Farklı olarak uygulanan diğer reaktör tiplerinin başlıcaları:
• Hibrid Filtreler
• İki Kademeli Reaktörler
• Havasız Kompost Reaktörleri’dir.
Bu uygulama tipleri Şekil 7.7’de verilmektedir.
Havasız Çamur Yataklı
Filtre (HÇYF)
Gaz
Giriş
Geri
Devir
Havasız Kompost Reaktör
Kesikli
Giriş Gaz
Gaz
Giriş
Gaz
Asit
Reaktörü
Metan
Reaktörü
İki Kademeli Reaktör
Şekil 7.7 Uygulanan Diğer Reaktör Tipleri (3)
Hibrid filtreler; alt kısım havasız çamur yatağı üst kısım ise havasız filtre olarak teşkil
edilir. Filtre kısmındaki dolgu malzemesi yüksekliği 2 m’den az olmayacak şekilde filtre
kısımı toplam hacmin %50-70’ini kapsamalıdır. Bu reaktörlerde biyolojik arıtmanın büyük
kısmı çamur yatağında gerçekleşir. Üst kısımdaki filtre yapısı sıvı ve katı fazlarının
ayrımını sağlar ve biyokütle kaçışını engeller. Ancak son uygulamalarda dolgu malzemesi
içinden geçen biyogazdan dolayı çökelmede istenilen etkinliğin sağlanamadığı
saptanmıştır. Bu nedenle, dolgulu kısmın reaktör dışında ayrıca teşkilinin daha faydalı
olacağı belirtilmiştir. Havasız çamur yataklı filtrenin 5-10 kgKOİ/m3-gün’lük organik
yüklerde başarıyla çalışan birçok kurulu örneği bulunmaktadır.
İki kademeli reaktörlerde, asit ve metan üretimi ayrı reaktörlerde gerçekleştirilir. Faz
ayırımının uygulanmasıyla havasız arıtmada organik yükün %50'ye yakın oranda
arttırılması mümkündür. Böyle bir uygulama ile toplam hacimde %30-40 oranında bir
küçülme sağlanabilmektedir. Tam karışımlı bir havasız tank veya derin havasız lagün asit
reaktörü olarak kullanılabilir (3).
Havasız reaktörlerin, tek veya iki kademeli işletmelerine göre genel karşılaştırılması Tablo
7.5’de verilmektedir.
258
Tablo 7.5 Tek ve İki Kademeli İşletmenin Mukayesesi (3)
Tek Kademli İki Kademeli
Üstünlükleri
o Daha az yatırım maliyeti
o İşletme ve kontrol kolaylığı
o Daha hızlı işletmeye alma
o Prosesin daha kararlı olması
o Arıtma veriminin daha yüksek oluşu
o Katı organik maddelerin daha iyi
ayrışması
o
Kısıtları
o Daha uzun sürede işletmeye alma
o Daha kararsız proses
o Organik yük değişimlerine daha
hassas oluşu
o Daha yüksek yatırım maliyeti
o Kontrolun daha zor oluşu
o Dikkatli pH kontrolu gerekliliği
7.3.2 Havasız Reaktörlerin Karşılaştırılması
Hacimsel organik yükü olabildiğince yükseltilmesi havasız reaktör hacminin küçültülmesi
ve karşılaşılan problemlerin giderilmesi için geliştirilen havasız arıtma sistemlerinin
organik yük ve KOİ giderme verimleri bakımından karşılaştırılmaları Tablo 7.6’da
verilmektedir.
Tablo 7.6 Havasız Arıtma Sistemlerinin, Organik Yük ve Verim Bakımından
Karşılaştırılması (3)
Reaktör Tipi Organik Yük
(kg KOİ/m3-gün)
KOİ Giderme Verimi
%
Havasız Temas Reaktörü 1-6 80-95
Havasız Filtre 1-18 80-95
Havasız Akışkan Yataklı Reaktör 1-60 80-90
Havasız Çamur Yatklı Reaktör 5-15 85-95
Membranlı Havasız Reaktör 1-30 85-95
Endüstriyel atıksuların arıtımı uygulamalarında yaygın olarak kullanılan havasız çamur
yataklı reaktörlerde, havasız filtrelerde ve havasız akışkan yataklı reaktörlerde yaşanan en
önemli işletme sorunları Tablo 7.7’de verilmektedir. Ayrıca, yaygın olarak kullanılan
reaktörlerin genel avantajları ve kısıtları Tablo 7.8’de belirtilmektedir.
259
Tablo 7.7 HÇYR, HF ve HAYR Sistemlerinin Başlıca İşletme Sorunları (3)
HÇYR HF HAYR
Yatak genleşmesinin
kontrol güçlüğü
Değişken giriş suyu
özelliklerine bağlı proses
stabilitesi sorunu
Şok yüklerde biyokütle
kaybı
İnert katı madde birikimi
Biyokütle yüzmesi
Giriş akımının üniform
dağıtma zorluğu
Yatakta tıkanma ve
kanallanma riski
Filtrenin peryodik olarak
geri yıkanma gereği
İnert katı madde birikimi
Çıkışta AKM ayırma
(çökelme) ihtiyacı
Yatak genleşmesini
kontrol güçlüğü
Giriş akımını üniform
dağıtma güçlüğü
Biyopartikül kaçışı
Akışkanlaşma
özelliklerinin değişkenliği
Biyofilm kopması
Vanalarda arıza
Sürekli geri devir
Gereği
7.4 İşletmeye Alma ve Proses Kontrolü
Havasız arıtma süreçlerinde birçok faktör arıtma verimini etkilemektedir. Bunlar; hidrolik
bekletme süresi (HBS), çamur yaşı ve hacimsel organik yükleme (Lv) gibi yükleme
faktörleri, sıcaklık, pH, besi maddesi, toksit maddeler gibi çevresel faktörler veya
karıştırma ve atıksu özellikleri gibi işletme faktörleridir (16). Bunlara bağlı olarak, proses
kontrolünün hassas ve zor oluşu, işletmeye alma süresinin uzun olaması anaerobik
sistemlerin yaygın olarak kullanılmasını engellemektedir (3).
7.4.1 Çevre Şartları
7.4.1.1 İşletmeye Alma
Başarılı işletmeye alma aşaması ve uygun işletilme ile anaerobik sistemler mikrobiyal
olarak dengeye gelir ve stabil verimler elde edilir. Bu dengenin kurulması öncelikle uygun
aşının kullanılmasıyla olur. Daha sonra, işletmeye alma süresince organik asit oluşumunun
ve pH’nın sürekli kontrolü gereklidir (5).
Düşük hızlı reaktörlerde (Lv= 1-5 kgKOİ/m3-gün) işletmeye alma süresi daha düşük
biyokütle konsantrasyonlarında ve daha kısa sürelerde tamamlanır. Buna karşılık oarak,
yüksek hızlı (Lv= 5-25 kgKOİ/m3-gün) havasız sistemler için daha yüksek reaktör
biyokütle konsantrasyonlarına ihtiyaç vardır. İşletmeye alma süresini etkileyen başlıca
faktörler Tablo 7.9’da verilmektedir. Organik madde miktarının biyokütle
konsantrasyonuna oranı (F/M) 0,5-1 kgKOİ/kgUKM-gün için düşük ve yüksek hızlı
havasız reaktörlerde olması gerekli aktif biyokütle konsantrasyonları sırasıyla 2000-10000
mg/lt ve 10000-50000 mg/lt aralıklarında kalmalıdır. Düşük biyokütle sentezi (Y), aşı
özellikleri ve biyokütle birikme verimine bağlı olarak yüksek hızlı havasız sistemlerde
kararlı mikrobiyolojik denge haline ulaşılabilmesi için, 1-12 aylık süreler gereklidir.
Termofilik reaktörlerde, Y değerleri daha da düşük olduğundan bu süre bir yıla
ulaşmaktadır.
260
Tablo 7.8 Havasız Reaktörlerin Üstünlük ve Kısıtları (16)
Avantajları Kısıtları
Klasik Havasız
Çürütücü