Makale

Atıksu Arıtımında Şişkin Çamur (Kabarma) Sorunu ve Mikrobiyoloji

Prof. Dr. Ahmet Samsunlu
İTÜ İnşaat Fakültesi Çevre Mühendisliği Bölümü Öğretim Üyesi (E)
44. Hükümet İmar ve İskân Bakanı





Ekim 2015 / Sayı: 87

Geçen ayki yazımda, Birleşmiş Milletler UNEP teşkilatı ile Türkiye Cumhuriyeti arasında gerçekleştirilen “Türkiye’de Çevre Mühendisliği Eğitiminin Geliştirilmesi Projesi” kapsamında, 1980 yılında altı ay için Amerika’ya gittiğimi ve bu kapsamda çeşitli ziyaretlerde bulunduğumu sizlerle paylaşmıştım. Ayrıca bu ziyaretlerim esnasında gittiğim bir atıksu arıtma tesisinde “Mikrobiyolog” çalıştığını öğrendiğim zaman ne kadar şaşırdığımı da ifade etmiştim (İsterseniz bu yorum yazımı Dergi’nin internet ortamındaki sitesinden okuyabilirsiniz). Kendisi bana tesiste karşılaştığı mikrobiyolojik sorunlara ait örnekleri anlatmıştı. Bu örneklerden birisi de aktif çamur tesisleri son çökeltme havuzundaki çamurun çökmemesi, havuz yüzeyine çıkması, organik maddeleri ihtiva eden flokların deşarj ile yüzeysel sulara karışması ve bunun kirlenmeye sebep olduğu konusundaydı. Bana geniş bir şekilde anlattığı ve mikroskopta etkin olan bakterileri tanıttığı konuyu bu yazımda ele almayı istiyorum.

Aktif çamur flokları, atıksuyun kalitesine ve proses koşullarına göre içeriği değişen karışık bir mikroorganizma topluluğundan oluşur. Aktif çamurda meydana gelen normal floklarda, flok oluşturan ve filamentli bakteriler arasındaki denge söz konusudur (flok başına düşen filament sayısı 5 veya daha az ise). Bunun sonucunda çökeltim tankında iyi çökelme ve havalandırma tankında bütünlüğünü koruyan güçlü floklar meydana gelir.
Filamentli mikroorganizmaların toplu halde çoğalması (flok başına düşen filament sayısı 5 veya daha fazla ise) çamur kabarmasının oluşmasına çökelme ve çamurun susuzlaştırılmasında kötüleşmeye neden olur ve işletim problemleri yaratırlar. Bazı türler köpük oluşumundan da (Foaming) sorumludur.

Özellikle filamentli mikroorganizmaların neden olduğu kabarma problemi her bir biyolojik arıtma sisteminde ve özellikle daha sık ve ciddi bir problem olarak aktif çamur arıtma sistemlerinde periyodik olarak ortaya çıkmakta ve arıtma sistemlerinin performansını düşürerek işletim problemlerine ve yüzeysel suların kirlenmesine neden olmaktadır.

Bilindiği gibi bu kabarma olayına “Şişkin Çamur (Bulking)” denilmektedir. Şişkin çamur olayının oluşmasında Nocardia spp. ve Sphaerotilus natans gibi ipliksi flamentos bakterileri önemli rol oynamaktadırlar.


Şekil 1. Aktif Çamur Havuzunda Şişkin Çamur


Şekil 2.  Son Çökeltme Havuzunda Şişkin Çamur (Kabarma)


Şekil 3. Nocardia spp.


Şekil 4. Sphaerotilus natans

Tablo 1’de Amerika’da yapılan bir çalışmaya göre aktif çamur tesislerinde kabarmaya neden olan ipliksi bakterilerin gözlenme sıklıkları verilmiştir.

Tablo 1. Aktif Çamur Tesislerinde Kabarma ve İpliksi Bakteriler


Bu gibi bakterilerin oluşması ve yoğunluk kazanması esnasında aktif çamur çok yüklenmekte, çamur yükü artmakta ve çamur hacim indeksi (ÇHI-SVI) normal limit değeri olan 50-150 ml/g aşmaktadır. Şayet indeks 150 ml/gr üzerine çıkarsa şişkin çamur (çamur kabarması) durumu söz konusu olmaktadır. Bu durumda bakteri flokları birbirlerinden ayrılır, aralarında ipliksi bakteriler ve mantarlar meydana gelir. Kabaran çamur son çökeltme havuzunda çökmemekte ve yüzeysel suya gitmektedir.

Aktif çamur metodu ile yapılan biyolojik arıtmada yüksek bir arıtma verimine ulaşılabilmesi için çamur floklarına tutunmuş olan maddelerin son çökeltme havuzunda tamamen çökebilmesini temin için aktif çamur iyi floklaşma ve çökme özelliğine sahip olmalıdır. Aktif çamurun fiziksel özelliklerini (çökelme) belirleyen en önemli parametre çamur indeksidir.

Çamur çökebilme özelliği geleneksel bir metot olan çamur hacim indeksi (ÇHİ) ölçümü ile belirlenir. Bunun için havalandırma tankından (aktif çamur havuzundan) alınan 1L’lik karışım çamur 30 dakika çökmeye bırakılır. 30 dakika sonunda 1 gram kuru çamurun (AKM) (MLSS) kapladığı hacim olarak tanımlanan ÇHİ aşağıdaki formül ile hesaplanır.

ÇHİ(ml / g) = ÇH x 1000 / AKM
Burada, ÇH=30 dakika sonunda çöken çamurun mL cinsinden hacmi, AKM=askıda katı madde konsantrasyonu (mg/L)’dur.
AKM konsantrasyonu 3500 mg/L’den düşük olan klasik aktif çamur tesisleri için normal değer 50-150 mL/g olup, ÇHİ> 150 ise çamur kötü çökme özelliğine sahiptir denilmektedir.

İngilizce kaynaklarda çamur indeksi aşağıdaki şekilde gösterilmektedir.



Burada;
ÇHI (SVI): Çamur Hacim İndeksi, ml/g
VSR: Çöken Çamur Hacmi, ml/l
XT: Kuru Çamur Ağırlığı, gr/lt.

Çamur indeksi ile çamur yükü arasındaki bağıntı Şekil 5’te gösterilmiştir. Yükselen çamur yükü ile birlikte aktif çamurun organik kısmının miktarı arttığından çamur indeksi de yükselmektedir. Kritik olan 0.5 kg/kg.gün çamur yükünde çamur indeksi çok hızlı olarak yükselerek şişkin çamur sınırını aşmaktadır.
Bundan sonra daha fazla olan çamur yüküne rağmen çamur indeksi düşmektedir. Amerikalı araştırmacılara göre çamur yükünün 0.5-1.5 kg/kg.gün arasındaki değerleri kullanılmalıdır.
Bu sebepten Amerika’daki tesisler düşük çamur miktarı ve yüksek olan çamur yükü değerlerine göre inşa edilmiştir. Avrupa’da, tecrübeler, Amerika’da elde edilen neticelerin tamamen aksi istikamette olup, böyle bir kritik değer tespit edilmemiştir.


Şekil 5. Çamur Yüküne Bağlı Olarak Çamur İndeksi

Atıksuyun organik yüküne ve çamur yüküne bağlı olarak belirlenmiş çamur hacim indeksi (SVI) değerleri Tablo 2’de, çamur hacim indeksi ile çamur çökelme özellikleri arasındaki ilişki ise, Tablo 3’te verilmiştir. 

Tablo 2. Atıksuyun Organik Yük ve Çamur Yüküne Bağlı Olarak
Çamur Hacim İndeksi


F/M: Çamur Yükü (Havuzdaki organik yüklemenin, ortamdaki mikroorganizma konsantrasyonuna bağlı olarak ifadesidir)

Tablo 3. Çamur Hacim İndeksi ile Çamur Çökelme Özellikleri
Arasındaki İlişki                 


Mr: Geri devir hattında biyokütle konsantrasyonu, kg AKM/ m3      

Şekil 6’da ABD’de bir tesiste ölçülen Çamur Hacim İndeksi değerlerinin değişimi ve 200 ml/g üzerindeki değerlerde flamentos bakterilerinin büyüdüğü görülmektedir.


Şekil 6. Çamur Hacim İndeksi ve Flament Büyümesi Arasındaki İlişki

Bilindiği gibi şişkin çamur (çamur kabarması) meydana gelmesine engel olmak için çeşitli tedbirler alınabilir. Flamentli veya flamentsiz mikroorganizmaların varlığından kaynaklanan kabarma problemi aşağıda belirtilen önlemler alınarak,
•     Havalandırma havuzunda çamur konsantrasyonunun artırılmasıyla, çamur yükünün düşürülmesiyle
•     Şişkin çamur olayına neden olan ipliksi bakterilerin yüzey alanları diğer bakteri gruplarına göre daha büyüktür. Bu nedenle madde deği-şimi hızlı gerçekleşir.
•    F/M (Besin / Mikroorganizma) oranının düşürülmesiyle
•     Sisteme hava, 02,  H2O2 demir, alüminyum ve kireç bileşikleri verilmesiyle
•    Geri devir çamurunun klorlanmasıyla engellenebilir.

Atıksu arıtma tesisinin izleme programı mikroskobik çamur incelemesini içermiyorsa, filamentlilerin sayısındaki artış sadece çamur çökelme hızının önemli derecede kötüleşmesi ile fark edilebilir. Rutin olarak mikroskobik incelemeler yapılırsa filamentlerin büyümesi (filament indeksinin artması) daha çabuk farkedilir.
Biyolojik arıtma tesislerinde mikrobiyolojik karakterizasyon çalışmalarının yapılması arıtma sistemlerinin iyi performans göstermesine yardım edeceği gibi sistemin çevre mühendislerince boyutlandırılmasına esas alınan biyolojik ve mühendislik parametrelerinin birlikte uyumlu olarak işletilmesiyle çok daha sürdürülebilir neticeler alınabilecektir.

Bu nedenle bilhassa büyük arıtma tesislerinde muhakkak Çevre Mikrobiyolojisi konusunda yetişmiş elemanlar istihdam edilmelidir. Böylece arıtma tesisinin işletilmesinde ortaya çıkan sorunlar anında mikrobiyolojik inceleme ve değerlendirmelerle kolayca çözülebilecektir.

Kaynaklar
-     Abwassertechnische Vereinigung (ATV) (1997), “Biologisch-Chemische und Weitergehende Abwasserreinigung, ATV-Handbuch, Ernst&Sohn, Berlin
-     Erdin, E. (2006), “Çevre Mikrobiyolojisi Ders Notları”, Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Çevre Mühendisliği Bölümü
-     Övez,S. (2010), “Biyolojik Atıksu Arıtma Tesisleri: Kaçınılmaz Sonuç Çamur Kabarma Köpük Problemi”, Su ve Çevre Teknolojileri Dergisi, No. 35
-     Samsunlu,A. (2011), “Atıksuların Arıtılması”, Birsen Yayınevi, İstanbul
-     Samsunlu,A.(1986), Çevre Mikrobiyolojisi Ders Notu, Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Yayını, İzmir
-     Şahinkaya, E.(2007), “Çevre Mikrobiyolojisi 2, Ders Notları”, Harran Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Çevre Mühendisliği Bölümü
-     Tchobanoglous, G., Burton, F.L. and Stensel, H.D., (2014). Wastewater Engineering, Treatment and Reuse, 5th Edition, Metcalf & Eddy Inc., New York
-     Topacık, D. (2000), “Atıksu Arıtma Tesisleri İşletme el Kitabı”, İstanbul Büyükşehir Belediyesi İSKİ Genel Müdürlüğü Yayını, İstanbul.
-    İSKİ Genel Müdürlüğü, Atıksu Arıtma Tesisleri Mikrobiyolojik Analiz Çalışmaları.


Geri