TEKNÄ°K MAKALE 17. Sayı (Kasım Aralık 2007)

Berlin Teknik Ãœniversitesi ve OrtadoÄŸu Teknik Ãœniversitesi arasında gerçekleÅŸtirilen ortak araÅŸtırma projesinde, atıksu lagünlerinde daldırılmış membran uygulamaları araÅŸtırılmıştır. Her ülkede birer pilot tesis bu amaçla çalışmaktadır. Projenin ana amacı, sıcak ve yarı kurak iklimler ile geçiÅŸ iklimleri için tasarım kriterleri oluÅŸturmaktır. Bu makalenin amacı ise Almanya’da bulunan tesise ait sonuçlar ve edinilmiÅŸ tecrübeleri aktarmaktır.
Özellikle yarı-kurak ve kurak iklimlerde, arıtılmış atıksu, tarımda sulamaya yönelik olarak kullanılabilmektedir. Bu sayede, şebeke suyunun kullanımı sonlandırılabilir. Tarih boyunca atıksular, dünya üzerindeki pek çok ülkede yeniden kullanılmıştır. Ancak ülkeler ve ülkeler arası yasal düzenlemelerde pek çok yönetmelikle arıtma suyunun yüksek kalitede olması gerekmektedir. Bu yönde atıksuyun klorlanması engellenmelidir. Sulama suyundan kaynaklanan problemlerin kökü, klorlamaya bağlı oluşan kanserojen olarak adlandırılan organik bileşenlerin oluşumuna dayanır.

Geçiş iklimlerinde, yüzey suları düşük kaliteli atıksu arıtımın etkilerinden korunmalıdır. Özellikle küçük akımlar bu şekilde kirlenmeye karşı oldukça duyarlıdır. Bunun sonucunda su kalitesinde aşırı bir düşüş gerçekleşebilmektedir. Orta ve Doğu Avrupa’nın pek çok bölgesinde yıllık yağış miktarları düşerken, atıksuyun yeniden kullanımı fikri ilgi çekmektedir.

Atıksu Lagünlerinin Membran Teknolojisi ile Yenilenmesi

Yeni atıksu arıtma teknolojilerine bir örnek de, suni olarak havalandırılan atıksu lagünlerine, membran teknolojisinin eklenmesidir. (Şekil 1). Bu durum, düşük teknolojili bir doğal yöntemin yüksek teknoloji ile bileşimidir. Ancak her iki sistem de bağımsız sistemlerdir. İki pilot tesis de gerçekleşen bu araştırma, farklı iklimlerde membranlı lagünler için tasarım kriterlerinin oluşturulmasına önderlik edecektir.

Basit atıksu lagünleri, membran filtrelere sahip lagünlere dönüştürülürler. Membranlı lagünlerin avantajı, çok ciddi oranda biyokütle tutulmasına izin vermesi ve lagünün hacim ile yüzey alanının küçülmesi sayesinde buharlaşan su miktarının azalmasıdır. Atıksu, bakterilerden ve Helmint Yumurtaları gibi hastalık yayıcı faktörlerden arınmıştır. Klorlamada ortaya çıkan tehlikeli bileşenlere rastlanmaz. Sadece karbonun indirgendiği düşünülürse nitrifikasyon olmaksızın işletme mümkündür ve bu sayede sulama suyunun mineral içeriği korunur ve suni gübre ihtiyacı azalır.

Proje Amaçları

Proje amaçları aşağıda sıralanmıştır:

 Sıcak iklimlerde ve geçiş iklimlerinde bulunan atıksu lagünlerinin iyileştirilmesi için tasarım kriterlerini oluşturmak;

 Tehlikeli bileşen oluşumu olmaksızın yüksek kalitede arıtma suyu eldesi;

 Kimyasal Oksijen İhtiyacını (KOİ) karşılayacak hacimsel yüke sahip membran geçirimini tanımlamak;

 İhtiyaç olmadığı durumlarda arıtılmış suyun depolanması esnasında bakteri oluşumunun gözlenmesi;

 Aşırı yüklü lagünlerde arıtma suyunu geliştirmek için nitrifikasyon/denitrifikasyon;

 Buharlaşma kayıplarının azaltılması;

 Sürdürülebilir Gelişme;

- Yerel su şebekesiyle çevrimi tamamlama

- Kırsal Bölgeler için bağımsız arıtma sistemleri

- İçilebilir su niteliğindeki kıt kaynağı koruma

Wildberg Pilot Tesisi

İki pilot tesis, Wildberg, Almanya, 70 m3/gün atıksu üreten 750 kişiye hizmet veren 4 ayrı atıksu lagününden oluşan sahada kurulmuştur. Doğu Almanya’da yoğun miktarda arıtma tesisleri kurulduğu dönemde, DWA tarafından öngörülen kriterlere göre tasarlanan tesis 1989- 90’lı yılların ortasında devreye alınmıştır.

Atıksu lagününe gelen su, öncelikle bir ızgaradan geçer ve akabinde 4 lagüne dağılır. İlk iki lagün teknik olarak havalandırılmıştır.

Yerleştirilen membran üniteleri, Martins Systems tarafından üretilen Si-Claro© düz membranlar olup, 0.035 ğm delik çapına ve 6 m2 yüzey alana sahip ultrafiltrasyon tabaka modülleridir. Bunlar, tekil evler için kullanılan standart ünitelerdir. Filtreleme işlemi vakum pompası yardımıyla gerçekleşir. Bir modül 700 m3 hacimli ikinci lagüne daldırılmışken diğeri 1 m3 hacimli konteynere daldırılmıştır. Daha küçük hacme sahip konteyner biyokütle konsantrasonunu arttırmak için gereklidir ve ikinci lagünden beslenmektedir (Şekil 2)

Şekil-3 a ve 3 b ’de her bir modülün çalışma durumları görülmektedir. Lagün içinde bulunan modül aralıklı olarak çalıştırılmaktadır. Lagün içindeki biyokütle konsantrasyonu yalnızca 1g/litre civarındadır. Küçük biyokütle parçacıkları, membran yüzeyinden basınçlı hava ile sıyrılamadıkları ve çamur ketenini etkilemesinden ötürü sorun teşkil eder. Lagün içindeki hidrolik bekleme süresi, membran ünitesinin küçük boyutundan dolayı sınırsızdır.

Konteynır başlangıçta bölgede bulunan klasik bir arıtma sisteminden gelen çamurla doldurulmuştur. Biyokütle konsantrasyonu 7 g/litre civarındadır. Konteyner modülü de aralıklı olarak çalışmaktadır. Konteynır içindeki hidrolik bekleme süresi 1 gün’dür. Pilot sistemin kurulduğu konteynere yerleştirilmiş seviye kontrol algılayıcıları ikinci lagünde bulunan pompaları kontrol etmektedir.

Genellikle Almanya’da arıtma tesisinden çıkan çıkış suyu, yüzey sularına verilerek kirlilik oranının seyreltilmesi sağlanıyor.

Kimyasal ve Biyolojik Oksijen İhtiyaçları limitleri, KOİ için 150 mg/litre, BOİ için 40mg/litre’dir. Değerler 1000 kişilik yerleşimlere göredir, azotta limit yoktur. Ancak amonyak ve azot ötrofikasyona yol açabilmektedir. Nitrifikasyonun, arıtma tesisi içinde gerçekleşmemesi durumunda kanal veya nehirde gerçekleşir ve oksijen azalmasına sebep olur.

Pilot Tesis Sonuçları

Daldırılmış membranların eklenmesiyle Wildberg Lagün sistemine ait atıksuyun kalitesi artmıştır. Giriş KOİ 1500-2000 mg/litre gibi yüksek değerlerde ölçülür çünkü Kuzeydoğu Almanya’daki kırsal bölgelerde su tüketimi düşüktür. Alman yönetmeliklerine göre atıksuyun KOİ değeri 150 mg/litreyi aşamaz. Ancak özellikle kış aylarında, düşük sıcaklıklara bağlı olarak mikroorganizmaların aktivitesi ve lagünün verimliliği düşer. Bu durum Wildberg tesisi içinde geçerlidir. Her bir modülde filtre edilen suyun KOİ değeri 100 mg/litre ölçülürken, lagün çıkış suyunun KOİ değeri 200 mg/litre’den fazla ölçülür (Şekil 4).

Membranlar, ortalama yüzde 94 KOİ giderimi sağlarken lagün içinde bu değer yüzde 82 olarak ölçülür. (Şekil 5)

Giriş suyundaki BOİ5 konsantrasyonları 500 ila 800 mg/litre değerleri arasında ölçülmüştür. Atıksudaki BOİ5 değeri 40 mg/litreyi aşmamalıdır. Membran ile filtrasyonda atıksuyun BOİ5 değeri 10mg/litreden daha düşük konsantrasyonlara indirilebilir. Lagünde ise BOİ5 değeri 40-70 mg/litre civarındadır. (Şekil 6) Yüksek alg konsantrasyonu sık sık buna yol açar. Örnekler, genellikle ölçümlerden önce süzülmemiştir.

Tüm yıl boyunca membrandan süzülen atıksuda BOİ5 giderimi ortalama % 99 civarındadır. Lagün çıkış suyunda ise ortalama % 94 giderim sağlanmıştır. Ancak düşük sıcaklıklardan ötürü kış aylarında bu değer % 90’dan da daha aşağılara iner. (Şekil 7)

Amonyak için elde edilen sonuçlar, konteyner içinde bulunan membran ünitenin iyi performansını göstermektedir. Nitrifikasyon yaz aylarında artmakta ve lagünde durduğu kış aylarında da devam etmektedir. Bu sonuç, nitritleyicilerin tükendiği ve düşük sıcaklıklarda tekrar yetişemediği klasik atıksu lagünlerinde elde edilemez. Aralık 2006- Şubat 2007 arasında gözlenen düşük nitrifikasyonun sebebi, lagün tesisinin kontrol ünitesindeki elektrik arızasına bağlı olarak tesisin sürekli çalışmamasıdır. Şekil 8’de görüldüğü gibi daha yüksek kısmi nitrifikasyonlar beklenebilir.

Son yıllarda Berlin bölgesinde yağışların gitgide azalmasıyla birlikte, atıksuyun kullanımı Almanya’da tekrar gündeme gelmiştir. Burada, patojen gideriminin gerekli olmadığı durumda yerel şebeke suyuyla dengelenmesi konusu tartışılmaktadır. Ancak sulama suyuna da olan talep günbegün artmaktadır. 2006 sonbaharında yüzme sularında 76/160/EWG metoduna göre gerçekleştirilen 7 haftalık ölçümlerde fekal koliformlar görülmüştür. Lagün çıkış suyu düzenli olarak 110000 Fekal Koliform /100 ml konsantrasyonuna sahipken, membrandan geçen suyun konsantrasyonu 30 Fekal Koliform/100 ml ölçülmüştür. (Tablo 1)

Uygulanan yöntem, 30 sayım/100 ml’den düşük konsantrasyonları saptayamamaktadır. EEC Yüzme Amaçlı Kullanım Suları Direktifi’ne göre 100 Fekal Koliform /100ml üst limite kadar olan sular yüzmeye elverişli olarak tanımlanmıştır. Arıtılan suyun geçtiği boruda olması muhtemel bir bakteri gelişiminden ötürü bir miktar E.Coli bakterisine rastlanmıştır. Boru içinde bakteri gelişimi izlenmeli ve periyodik olarak boruda dezenfeksiyon gerçekleştirilmelidir.

Filtreleme için gerekli membran geçişi basınç farkı bir vakum pompası yardımıyla sağlanır. Şekil 9a, konteyner modülünde uygulanan membran geçiş basıncını göstermektedir. Membranın yavaşça kirlenip tıkanmasıyla basınç, artış gösterecektir. Membran temizliği sadece basınçlı hava ile yapılıyor. Delikli fiber membranlarda olduğu gibi geri yıkama şansı yoktur. Eğer membranlar tamamen tıkanırsa membran modulü sökülerek kimyasal temizleme yoluna gidilmektedir. İşletme akış hızı 6 l/m2h’dir. Modül tıkandıkça akışta da düşüş görülür.

Yukarıda anlatılan durumda modül iki haftalık işletme problemlerinden sonra yenilenmiştir. Yenilenme süresinden tasarruf amacıyla yeni bir modül yerleştirilmiştir. Şekil 9b, filtreleme/dinlenme döngüsü hakkında bir fikir verir. Filtreleme işlemi sırasında dahi basınç dağılımı, iyi işletme şartlarını göstermektedir.

10 dakika filtreleme ve 2 dakika dinlenme döngüsüne sahip konteyner modülüne kıyasla, 1 dakikalık filtreleme ve 40 saniyelik dinlenme döngüsüne sahip lagün modülü daha kısa çevrim süresinde çalışmaktadır. Bu seçimin sebebi düşük biyokütle konsantrasyonundan ötürü lagün içinde yıkamanın hızla yapılabilmesi içindir. Şekil 10a, sürekli olarak yüksek membran geçiş basıncının gerekli olduğunu göstermektedir. Kısa filtreleme zamanlarından ötürü basınç, filtreleme süresince sabit olarak artmış ve asla dengeye ulaşmamıştır (Şekil 10b).

Sonuçlar

Daldırma membranın kullanıldığı lagün ve konteynerde BOİ ve KOİ giderim performansı çok iyi. Küçük arıtma tesislerinden elde edilen suyun kalitesini öngören Alman Yönetmelikleri karşılanmaktadır. Kış aylarında nitrifakasyon mümkün olmakta; bu sayede atıksuyun karıştığı yerüstü suyunun maruz kalacağı etki giderilebilmektedir.

Basit yapılarından ötürü membranlı lagünler, sadece teknik yönden ileri ülkelerde değil, tüm dünya ülkelerinde uygulanabilir bir teknolojidir.

Her şeye rağmen, üreticilerin membran teknolojisinde geliştirecekleri noktalar mevcuttur: 

Mümkün olan en basit düzeyde membran teknolojisine yönelmek

 Düşük bakım maliyeti

 Düşük enerji sarfiyatı

 Uzun kullanım ömrü

Araştırma projesi, Alman Federal Eğitim ve Araştırma Bakanlığı tarafından finanse edilmiştir. Wildberg pilot tesisleri Martin Systems tarafından desteklenmiştir.

Kaynaklar:

- Avrupa Ekonomik Topluluğu (AET) (1976) 8 Aralık 1975 tarihli Yüzme Suyu Amaçlı Kullanım Suyu Direktifi, 76/160/EEC

- Evsel atıksu arıtması için tasarım, inşa ve işletme kılavuzu, 1989, DWA Arbeitsblatt

Dipl. Geogr. Katharina Teschner

Berlin Teknik Üniversitesi

Çeviren: Okan Yunusoğlu
 

---

R E K L A M