Atıksu Arıtmada Seramik Membran Uygulamaları
Su kaynaklarının korunması ve kullanılmış suların tekrar kullanımına olan ihtiyaç, dünyada ve Türkiye’de her geçen gün artmaktadır. Devlet Su İşleri (DSİ)’nin verilerine göre 2030 yılında Türkiye’nin su tüketiminin 112 milyar m3 olması öngörülmektedir. Mevcut doğal kaynakların bozulmadan ve tahrip edilmeden ayrılacağı kabul edilerek, 2030 yılı nüfus artışı dikkate alındığında, kişi başına düşen kullanılabilir kullanım su miktarı 1120 m3/yıl olarak hesaplanmaktadır; ki bu da su fakirliği sınırlarına tekabül etmektedir. Bu veri ve öngörülerin ışığında, doğal kaynaklardan temin ve tedariki dışında, kullanılmış suların arıtımı ve ileri arıtma çözümleri için etkili teknolojilerin uygulanması Türkiye’nin geleceği açısından kaçınılmaz olmaktadır. Türkiye’nin ulusal stratejik ve politik dokümanları da kirliliğin azaltılması ve atıksuların geri kullanımına özel vurgu yapmaktadır. Doğal kaynakların sürdürülebilir bir şeklide korunması için Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu (TÜBİTAK), suyun geri kullanımına imkân veren, daha az yer kaplayan, işletmesel kolaylık sağlayan Membran Bio-Reaktör (MBR) prosesleri gibi teknolojilerin geliştirilmesini önermekte ve teşvik etmektedir.
Biri Almanya’dan, biri Türkiye’den bir pilot uygulama olmak üzere, atıksu arıtmada seramik membran uygulamalarına dair iki vaka çalışması, sonuçları ile birlikte aşağıda sunulmuştur.
MBR Atıksu Arıtma Tesisi Dizaynı
Petersberg, Rheinlandpfalz, Almanya’da 1200 kişinin ikamet ettiği küçük bir kasabadır. Bir kaç endüstri bölgesi haricinde bölgede iki adet de tarım çiftliği bulunmaktadır. Atıksu arıtma tesisi 1400 nüfus eşdeğeri için dizayn edilmiştir. Kişi başına 120 litre olan Almanya’daki standart atıksu oluşumu değeri ve ilave olarak 82 m3/gün infiltrasyon suyu dikkate alınarak, tasarım değerleri tablodaki gibi hesaplanmıştır.
| Giriş(m3/gün) | KOİ(mg/l) | BOİ5(mg/l) | AKM(mg/l) | TKN(mg/l) | Ptoplam(mg/l) | |
| Kuru Hava | 250 | 670 | 335 | 390 | 62 | 10 |
| Yağışlı Hava | 1350 | 124 | 62 | 72 | 11,5 | 1,85 |
Tesis, batık çalışan seramik düz membran ile birlikte, membran bio-reaktör prosesi ile dizayn edilmiştir. Biyolojik proses ayrı de-nitrifikasyon ve nitrifikasyon havuzları ile anaerobik stabilize aktif çamurdan oluşmaktadır.
| Havuz | Boy (m) | En (m) | Derinlik (m) | Hacim (m3) | O2 (mg/l) |
| Nitrifikasyon | 5,8 | 3,3 | 5,5 | 105,27 | 1,5 |
| Denitrifikasyon | 5,8 | 1,6 | 5,5 | 51,04 | 0,05 |
| Membran hattı | 6,25 | 1,225 | 3,2 | 98 | 6,0 |
Tesis giriş atıksuyu mikser vasıtasıyla ile çamurun hareket halinde tutulduğu de-nitrifikasyon bölümüne girer. Taşkan vasıtası ile ikinci bir mikser sürekli olarak çamurun de-nitrifikasyon bölümünden nitrifikasyon bölümüne sirkülasyonunu sağlar. İnce kabarcıklı, tüp difüzörler ile nitrifikasyon kısmında oksijen seviyesi sabit tutulur (örneğin 1.5 mg/l). Aktif çamur taşkan vasıtası ile membran tankına geçer. Seramik düz membranlar batık, dıştan-içe doğru düşük basınçlı vakum ile çalışır. Emiş pompası, temiz suyu membranlardan geçirerek emiş yapar ve alıcı ortama deşarjını sağlar. Bu emiş pompası aynı zamanda her 10 dakikada bir dönüş yönünü değiştirerek 40’ar saniye aralıklarla membranların geri yıkamasını yapar. Membran bölgesi de filtrasyon (çamur-su ayrışımı) sırasında karışımı sağlamak için havalandırılır. Membran tankındaki çamur konsantrasyonunu sabit tutmak için bu bölmeden nitrifikasyon tankına geri sirkülasyon yapmak gerekmektedir. Çünkü havalandırma ve geri sirkülasyon ile membran tankı da nitrifikasyon tankının bir parçası olarak işlev görür.
CFM (Seramik Düz Membran) Sistemleri Dizaynı
CFM Sistemleri (Seramik Düz Membran), asimetrik inorganik filtre ile batık düz membran filtasyonun avantajlarını birleştirmektedir. Gelişmiş düzeydeki tasarımı, farklı uygulama sahalarında teknik ve ekonomik su arıtım imkânları sağlamaktadır. Malzemesi Al2O3 seramik ve gözenek boyutları 200 nm’dir. Birkaç tek membran plakası birleştirilerek tek bir filtrasyon modülü elde edilir. Modül boyutları, modül başına filtre yüzey alanı (4 m2), plakalar arası mesafe ve seramik plakaların sayısı, farklı uygulama alanlarında kullanılmak ve modüler ve isteğe bağlı uyarlanmış çözümler sunmak için optimize edilmiştir. Modüler sistem birleştirilerek filtrasyon kuleleri elde edilmektedir. Petersberg Atıksu Arıtma Tesisi’nde filtrasyon kulelerini minimize etmek için her hat 16 modülden oluşan 7 filtrasyon kulesi ile donatılmış ve toplam 448 modül ve yaklaşık 1800 m2 membran yüzeyi kullanılmıştır.
İlk Sonuçlar
MBR prosesi ile tasarlanan Peterserg Atıksu Arıtma Tesisi, Temmuz 2013’te devreye alınmıştır. Temiz su ile yapılan testler sonrası, tesis konvansiyonel bir tesisten temin edilen 250 m3 aktif çamurla beslenmiştir. Çamur konsantrasyonu 5 g/l’dir. Tablodaki değerler, devreye alma sonrası ilk 5 ayda toplanan değerleri içermektedir. Veriler ilk 4 ayda her gün, sonrasında haftada 2 kez şeklinde alınan sonuçlardan oluşmuştur.
| Parametreler | Giriş | Çıkış | ||||||
| Min. | Max. | Ort. | Min. | Max. | Ort. | Limit | Giderim | |
| Debi (m3/gün) | 100 | 1344 | 500 | – | – | – | – | – |
| KOİ (mg/l) | 50 | 828 | 367 | 2,9 | 24,1 | 14 | 80 | %94,8 |
| BOİ5 (mg/l) | 70 | 370 | 202 | 0 | 0 | 0 | 20 | %100 |
| NH4-H (mg/l) | 0,63 | 74,0 | 24 | 0,01 | 0,19 | 0,05 | – | %99,3 |
| N-inor. (mg/l) | 1,04 | 75,4 | 25 | 1,92 | 24,3 | 10,6 | 20 | %57,4 |
| P-toplam (mg/l) | 1,13 | 14,0 | 7 | 0,4 | 3,2 | 1,6 | 2 | %69,2 |
Giriş değerleri anlık numuneden yapılan ölçümlerle, çıkış değerleri ise 24 saatlik kompozit numunelerin analiz sonuçlarından oluşmaktadır. Tesis, deşarj standartlarını devreye alır almaz sağlamaya başlamış, ilk ay nitrat (NO2) değerleri limitlerin içinde yüksek seyretmekle beraber, beklenildiği gibi, bir aylık bir işletme sonucunda istenilen değerlere erişmiştir. Tesis işletmesi uzaktan erişim, otomatik alarm iletimi sistemleri ile tam otomatik olarak donatılmıştır. Ayrıca enerji ölçüm sistemleri kurulmuş olup, herhangi bir ilave optimizasyon yapmadan, kuru hava enerji tüketimi 0.9 kWh/m3, yağışlı hava enerji tüketimi 0.5 kWh/m3 atıksu olarak ölçülmüştür.
Ataköy İleri Biyolojik Arıtma Tesisi MBBR Pilot Atıksu Arıtma Tesisi Dizaynı
İSKİ’nin Ataköy İleri Biyolojik Atıksu Arıtma Tesisi içerisinde maksimum kapasitesi 45 m3/gün olan batık seramik membran (CFM) ile birlikte MBBR (Moving Bed Bio-Reaktör) prosesi ile çalışan konteyner tipi paket pilot uygulama çalışması yürütülmek tedir. MBCR (Moving Bed Ceramic Reakör) filtrasyon konteyneri, MBBR biyolojik prosesini takiben düz seramik membranlar ile mikro filtrasyonu birleştirmektedir. MBBR teknolojisi veya askıda akışkan yatak prosesi, askıda serbest taşıyıcı malzemenin kullanılması ile atıksuyun biyolojik olarak arıtımını sağlamaktadır. Konvansiyonel aktif çamur arıtımına benzer olarak, biyolojik aşamadaki metabolik ve dönüşüm prosesi, biyodegredasyona sebep olur. MBCR teknolojisinin önemli avantajı, kirlilik yükü veya debiden bağımsız olarak kesin ve güvenilir bir arıtma sağlayan, taşıyıcı biyomedyadaki biyokinetik prosesin dengelenmiş olmasıdır. Seramik membranın yüksek tutunum özellikleri sayesinde, arıtılmış suyun sulama, peyzaj ve çeşitli endüstriler gibi farklı uygulama alanlarında, doğrudan kullanımı sağlayacak şekilde, askıda katı madde, mikrop ve bakterilerden arındırılmış olarak çıkışını sağlamaktadır. Pilot paket uygulama tam otomasyon ile donatılmış olup, herhangi bir daimi kontrol ve tam zamanlı işletme personeli gerektirmeden çalışmaktadır. Şekilde görüldüğü gibi sistem eş zamanlı olarak online bağlantı ile gözlemlenebilmektedir.
İlk Sonuçlar
MBCR Filtrasyon konteyner pilot uygulaması, 19 Ağustos 2013’te kurulumu tamamlanıp devreye alındı. İSKİ’nin laboratuvar ölçümleri 4 haftalık bir biyolojik aktivitenin büyümesi süreci sonrası % 85’in üzeri KOİ giderimi ve % 98 üzeri BOİ giderimi değerleri ile 26 Eylül 2013 tarihinde başladı. Tabloda 1 Kasım – 30 Kasım 2013 tarihleri arasında pilot uygulamanın giriş ve çıkış’tan günlük olarak anlık alınan numunelere ait pH, AKM, KOİ ve BOİ sonuçları verilmiştir. Analizler İSKİ Ataköy İleri Biyolojik Atıksu Arıtma Tesisi’nin laboratuvarlarında gerçekleştirilmiştir. 2013 Kasım ayı içerisinde çıkış numunelerinden Fekal Kolifom analizleri 2 gün için yapılmış ve analizler İSKİ’nin Ambarlı tesislerindeki laburatuvarlarda gerçekleştirilmiştir.
| Parametreler | Giriş | Çıkış | |||||
| Min. | Max. | Ort. | Min. | Max. | Ort. | Limit | |
| pH | 7,14 | 8,28 | 7,75 | 7,21 | 8,12 | 7,68 | – |
| AKM (mg/l) | 92 | 1730 | 477 | 1 | 11 | 4 | %99 |
| KOİ (mg/l) | 492 | 908 | 652 | 6 | 45 | 30 | %95 |
| BOİ (mg/l) | 200 | 500 | 362 | 1 | 7 | 4 | %99 |
| TN (mg/l) | 43 | 104 | 72 | 11 | 62 | 19 | %73 |
| NH4-H (mg/l) | 20 | 68 | 49 | 0,12 | 46 | 9 | %82 |
| Fekal Kolifom (mpn/100 ml) | – | – | – | 0 | 11 | 5,5 | – |
