27 Mart 2015 | TEKNİK MAKALE 80. Sayı (Mart 2015)

Kenan Güney WEHRLE Umwelt GmbH Emmendingen, Almanya guney@wehrle-umwelt.com
Bir endüstri için arıtma tesisinin işletim kolaylığı çok önemlidir. Tesis işletimi, gerektiği ölçüde otomatize edilmiş ve işletim kolay olmalıdır. 
• Tesis işletimi için gerekli personel ihtiyacı ve personel masrafı da minimize edilmelidir. 
• Tesisin bakım ihtiyacı az olmalıdır. Membranların yıkanma işlemi otomatize edilmiş ve yıkama kimyasalı tüketimi az olmalıdır. 
• Membran ömrü uzun olmalı ve membranlar kolaylıkla çıkarılıp değiştirilebilmelidir. 
Çoğunlukla endüstrilerde arıtma tesisi için ayrılan alan sınırlıdır; dolayısıyla arıtma tesisinin mümkün olduğunca küçük alana sığması istenir. Diğer yandan arıtma tesisinin mümkün olduğunca kokusuz çalışması gerekmektedir, ki firma çalışanları, komşu yerleşim birimleri ve çevredeki endüstriler rahatsız olmasınlar. Eğer koku oluşumu istenmeyen seviyelere çıkarsa firma, mahalli yönetmelikler çerçevesinde ceza ödemek zorunda kalacaktır.
Endüstriyel atıksuların arıtımında membran bioreaktör (MBR) uygulamaları “Batık MBR” ve “Harici MBR” olmak üzere iki grupta incelenebilir. Bu yazımızda endüstriyel atıksu arıtımında Batık MBR ile Harici MBR uygulamalarının kısa bir karşılaştırmasını, detaylara çok girmeden yapacağız. 
Batık MBR’larda membranlar havuz içine yerleştirilmiş, atıksu içine batırılmıştır. Harici MBR’larda ise membranlar havuz dışına yerleştirilmiştir ve atıksu içine batırılmamıştır. Günümüzde Batık MBR’lar yüksek debili fakat kirlilik seviyesi düşük evsel atıksuların arıtımında çok yaygın olarak kulanılmakta, düşük enerji ihtiyacı nedeniyle tercih edilmektedir. Lakin endüstriyel atıksuların arıtımında durum farklıdır. Endüsriyel atıksular genellikle yüksek kirlilik seviyesine sahiptir. Batık MBR’lar çoğunlukla düşük kirliliğe sahip endüstriyel atıksuların arıtımında, harici MBR’lar ise yüksek kirlilikteki endüstriyel atıksuların arıtımında kullanılmaktadır. 



Batık MBR (Filtrasyon ünitesi su içine batırılmış durumda, işletmeye başlanmamış) [1]



Aktif, işletilmekte olan harici MBR filtrasyon ünitesi [2]



Aktif, işletilmekte olan batık MBR filtrasyon ünitesi [3]


Batık MBR’larda permeat akısı düşüktür ve genellikle 10-20 lmh aralığındadır. Reaktör MLSS konsantrasyonu arttıkça permeat akısında azalma ve membran tıkanmasında artma görülmektedir. Bu sebeple reaktör MLSS konsantrasyonu sınırlıdır ve çoğunlukla 8-15 g/l aralığında alınmaktadır. Harici MBR’larda ise atıksu membranlara yüksek debi ile pompalandığından, permeat akısı çok yüksektir ve atıksu karakteristiğine bağlı olarak permeat akısı 80-200 lmh aralığında değişmektedir. Harici MBR’lar Batık MBR’lara kıyasla yüksek permeat akıları sayesinde çok daha az membran alanına ihtiyaç duymaktadırlar. Harici MBR’larda yüksek debili atıksu girişi, enerji tüketimini artırmakta ise de membranlarda süpürme etkisi oluşturduğundan membran tıkanmasını azaltmaktadır. Batık MBR’larda ise membran tıkanmasını azaltmak amacıyla membranların sıklıkla geri yıkamaya tabi tutulması gerekmektedir. Bu da üretilen permeatın bir kısmının kaybı demektir. Harici MBR’larda geri yıkama ihtiyacı yoktur ve Batık MBR’a kıyasla membran tıkanması çok daha azdır. Harici MBR’lar genelde 15-20 g/l MLSS konsantrasyonu ile dizayn edilir ve MLSS sınırlaması 25 g/l MLSS konsantrasyonundan sonra başlar. 
Batık MBR’ların CIP yıkaması için genelde membranın bulunduğu reaktörün boşaltılması ve yıkama kimyasalı ile doldurulması ya da membranın reaktörden çıkarılarak başka bir tank içinde yıkanması gerekmektedir. Bu ise yüksek miktarda kimyasal tüketimine sebebiyet vermektedir. Harici MBR’larda ise CIP yıkaması otomatize edilmiş basit bir işlemdir. Harici MBR’larda membran ihtiyacı batık MBR’lara kıyasla %10-20 seviyelerinde olduğundan, harici MBR’larda CIP yıkaması için gerekli kimyasal tüketimi çok azdır. Harici MBR’ların diğer bir avantajı ise CIP yıkama işlemi için reaktörün boşaltılmasına ya da membranların çıkarılmasına gerek duyulmamasıdır. Arıtma tesisi çalışmaya devam ederken membranlar 1-2 saat gibi kısa bir sürede yıkanabilir. 
Membranlarda herhangi bir şekilde deformasyon olması durumunda permeat kalitesinde düşme yaşanır. Hangi membranın hatalı olduğunu tespit etmek ve o membranı değiştirmek, Harici MBR’larda Batık MBR’lara kıyasla çok daha kolaydır.



Harici MBR [2]



Batık MBR filtrasyon ünitesi yıkanmak ya da değiştirilmek için vinç yardımıyla çıkarılıyor [4]




Harici MBR [2]


Batık MBR’larda MLSS konsantrasyonu, Harici MBR’lara kıyasla düşük olduğundan ve membranlar bioreaktöre ya da ek bir tanka yerleştirildiğinden toplam reaktör hacmi Harici MBR’lara kıyasla çok yüksektir. Batık MBR’larda reaktör yüksekliği genelde 4-7 m alınmaktayken Harici MBR’larda bu yükseklik 8-10 m alınmaktadır. Dolayısıyla Batık MBR’larda Harici MBR’lara kıyasla reaktör inşaası için daha büyük hacimlere ve daha fazla alana ihtiyaç vardır. Bu da inşaat yatırım maaliyetini atırmaktadır. 
Yüksek kirlilikteki endüstriyel atıksuların arıtımında kullanılan enerjinin en büyük kısmı havalandırma sistemi tarafından tüketilmektedir. Dolayısıyla havalandırma sisteminin optimizasyonu işletme maaliyetinin düşürülmesi için şarttır. Harici MBR’larda bu jet injektör havalandırıcılarının kullanımıyla sağlanabilmektedir. Jet injektörler yüksek verimliliğe sahip olmasının yanında bakıma ihtiyaç duymaması nedeniyle de ön plana çıkmaktadır (İlk kurduğumuz jet injektörler 15 yılı aşkın süredir çalışmaktadır). Sorunsuz çalışmaları nedeniyle jet injektörler tesis işletmecileri için pırlanta değerindedir. Diğer yandan Batık MBR’larda genellikle membran havalandırıcılar kullanılmaktadır, ki bu havalandırıcılar bakım gerektirmektedir. Bakım işlemi ancak reaktörün boşaltılması ve arıtma tesisinin bir süreliğine kullanım dışı bırakılması ya da düşük kapasiteyle çalıştırılması ile mümkündür. 


Batık MBR’larda bioreaktör için gerekli havalandırma ihtiyacı harici MBR’lara kıyasla daha yüksektir. Bunun başlıca sebepleri:
- Harici MBR bioreaktörlerinde reaktör yüksekliğinin batık MBR’lara kıyasla daha yüksek olması dolayısıyla havalandırma veriminin artırılması
- Batık MBR’larda bioreaktör için gerekli havalandırma ihtiyacına ek olarak membranların tıkanmasını azaltmak amacıyla membranlar için ayrı bir havalandırma birimine ihtiyaç duyulmasıdır.


İsterseniz günde 240 m3 debiye sahip 10.000 mg/l KOİ içeren örnek bir endüstriyel atıksuyun arıtımı için gerekli olan Batık MBR ve Harici MBR sistemlerinin dizaynlarını karşılaştırarak yazımızı sonlandıralım.


Aşağıdaki tabloda belirtilen örnekte görülmektedir ki, Harici MBR, Batık MBR’a kıyasla yüzde 42 daha küçük bioreaktör hacmine, yüzde 56 daha küçük bioreaktör inşaat alanına, yüzde 84 daha az membrana ve yüzde 43 daha az havalandırmaya ihtiyaç duymaktadır.
Her ne kadar Harici MBR’lar Batık MBR’lara kıyasla membran filtrasyonu için biraz yüksek enerji tüketimine sahip olsa da:





• Aşırı yüksek permeat akısı üretimi
• Çok daha az membrana ihtiyaç duyması
• Süpürme etkisiyle membran tıkanmasının az oluşu ve geri yıkama işlemine ihtiyaç duymaması
• CIP yıkamasının çok kolay ve hızlı yapılabilmesi, yıkama kimyasalı tüketiminin azlığı
• Minimum havalandırmaya ve havalandırma enerji tüketimine sahip olması
• Arıtma tesisi toplam enerji tüketiminin düşük olması
• Daha küçük bioreaktöre sahip olması
• Daha az yer kaplaması
• Personel ihtiyacının düşük olması
• İşletme kolaylığı
• Düşük bakım ihtiyacı 
• Kapasite artışına uygunluğu 
• Atıksu debisi ve atıksu karakterizasyonunda üretim değişimi ile yaşanan dalgalanmalara hızlı adaptasyonu ve yüksek verimliliği gibi avantajları sebebiyle Harici MBR sistemlerinin endüstriyel atıksuların arıtımı için uygun tercih olduğu görülmektedir. 


Kaynaklar
1.www.mcilvainecompany.com
2.WEHRLE Umwelt GmbH; 
www.wehrle-umwelt.com
3.www.aqua-aerobic.com
4.MBR Operation and Maintenance-Lessons Learned From an Operator’s Perspective; 
www.hazenandsawyer.com