Atıksu Arıtma Çamuru Karakterizasyonu

Atıksu Arıtma Tesisi

ATIKSU ARITMA ÇAMURUNUN KARAKTERİZASYONU

             

Arıtma çamuru kaynağına ve önceden geçtiği işlemlere bağlı olarak büyük değişiklikler gösterebilmektedir. Ancak bu çamurların geçmişine bakarak tanımlanması sadece kalitatif bilgi vermektedir. Bu nedenle, pek çok parametre geliştirilmiş ve  arıtma çamurunun spesifik özelliklerini, bu çamurun meydana geldiği arıtma metoduna bağlı olarak, ölçmek gayesi ile testler geliştirilmiştir.

 

Bu metotlardan bazıları ulusal standart metotlar olarak, bazıları ise uluslar arası standart metotlar olarak kabul edilmiştir. Ancak uygulanan metotlar arasında önemli farklılıklar vardır. Bu nedenle günümüzde, Avrupa’da uygulanacak standart metotları ortaya koymak amacını hedeflemiş CEN/ TC308/WGI adlı bir çalışma sürdürülmektedir.

 

Arıtma çamurlarının sınıflandırılmasında kullanılan parametreler arasında fiziksel, kimyasal ve biyolojik parametreler bulunmaktadır:

 

·      Fiziksel parametreler, arıtma çamuru hakkındaki işlenebilirlik ve ellenebilirlilik bilgilerini vermektedir;

 

·      Kimyasal parametreler, çamurun içinde bulunan besinlerin (nutrient) ve toksik / tehlikeli maddelerin varlığını ve dolayısıyla tarım için kullanılıp kullanılamayacağını belirlemekte yardımcı olur;

 

·      Biyolojik parametreler atık su çamuru içindeki mikrobik faaliyetleri ve organik madde / patojenlerin varlığı ve böylelikle çamurun emniyetli bir şekilde kullanılıp kullanılamayacağını belirler.

 

Tablo 4.1 atık su arıtma tesislerinden çıkan çamurların karakterizasyonunda kullanılabilecek parametreleri ve bunların arıtma ve bertaraf işlemleri ile ilişkilerini vermektedir.

 

Parametrelerin Karakterizasyonu

Arıtma çamurunun karakteristik özellikleri tamamen uygulanan işleme ve bertaraf tekniklerine bağlıdır. Tablo 4.1 de anlatılan işleme ve bertaraf tekniklerine bağlı olarak ortaya çıkan en önemli parametreler aşağıda açıklanmıştır.

 

Zirai Kullanım

Kuru Madde

 Kuru madde, arıtma çamurunun taşınması, zirai olarak kullanılması ve bu gaye için kullanılırken uygulanan yayma işlemleri sırasında önemli bir role sahiptir. Zirai kullanım sırasında uygulanan metotlar ve sistemler çamurun reolojik (akışkanlık) özelliklerine bağlıdır.

 


Uçucu Katı Maddeler (Organik Madde)

 Uçucu katı maddeleri stabilize ederek azaltmak özellikle koku problemlerinin oluşmasını engellemek için önemlidir. Organik maddenin toprak üzerinde olumlu etkisi vardır. Ancak, arıtma çamurunun zirai amaçlarla kullanılabilirliği organik madde yapısındaki değişikliklerden önemli derecede etkilenmez.

Besinler, Ağır Metaller, Organik Mikro- kirleticiler, Patojenler, pH

 Arıtma çamurunun zirai amaçlı olarak kullanılabilirlik miktarları, atık çamur ile uygulama yapılacak  toprağın kendi yapısında bulunan besin, ağır metal ve organik mikro kirletici oranlarına göre değişiklik gösterir ve oluşabilecek olası riskler patojenlerin mevcudiyetine bağlıdır. Yukarıda anlatılan bütün faktörler pH tarafından etkilenir.

 

Kompostlaştırma

 Sıcaklık, Kuru Madde Miktarı ve  Uçucu Katı Maddeler

 Arıtma çamurunun kompostlaştırılması söz konusu ise, bu sürece ait performans doğrudan sıcaklığa, kuru madde miktarına ve uçucu katı madde miktarına bağlıdır. Bu durum, kompostlaştırma sırasında meydana gelen hem biyolojik değişim hem de hijyenizasyon (patojenlerin azaltılması) aşamaları için geçerlidir. Kompostlaştırmanın gerçekleşmesi için genel olarak % 40-60 oranında katı atık konsantrasyonuna ve ortalama 60 C’lik bir sıcaklığa ihtiyaç vardır.

 

Besin Değeri (Nutrients)

 Kompostlaştırma sürecinin uygun olarak gelişmesi ve iyi bir son ürünün elde edilmesi için C/N oranının önemi büyüktür. Bu oran (C/N) için 25-30 arası değerler hedeflenmeli ve süreç boyunca mümkün olduğunca sabit tutulmalıdır.

 

Ağır Metaller ve Organik Mikro-Kirleticiler

 Atık çamur içindeki ağır metaller ve organik mikro-kirleticiler kompostlaştırma prosesi için toksik özellik taşıdıkları gibi elde edilen kompostun da uygulama alanını sınırlarlar.

Yakma

Sıcaklık, Kuru Madde, Uçucu Katı Maddeler, Kalorifik Değer

Yakma işleminin ekonomisi dış kaynaklı yakıt ihtiyacına önemli ölçüde bağlıdır. Bu nedenle yukarıda sıralanan parametreler yanmanın kendiliğinden devam edip etmeyeceği konusunda önemli rol oynamaktadır.

 

Reolojik (akışkanlık) Özellikleri

Çamurun reolojik (akışkanlık) özellikleri yakma tesislerindeki besleme sistemi için önem taşımaktadır.

 

Ağır Metaller, Organik Mikro-Kirleticiler

Yakma tesislerinde ortaya çıkan emisyonların toksik özellikeleri (gaz, sıvı, katı) kaynak olarak kullanılan yakıtta bulunan ağır metal ve organik mikro-kirleticilerin varlığına ve / veya işletme hatalarına bağlıdır.


 Düzenli Depolama

Kuru Madde

Atık çamurlarının yeterince sabit yapıda olup olmadığının bilinmesi depolanma aşamasında önem arz eder. Buna ek olarak arıtma çamurunun reolojik (akışkanlık) özellikleri de depolama sahasının kapasitesinin belirlenebilmesi açısından önem taşır.

 

Uçucu Katı Maddeler

Atık çamur içindeki uçucu katı maddelerin varlığı kötü kokuların oluşmasına ve depolama gazı oluşumu dahil depolama sahasında süre gelen çürüme prosesinin gelişimini olumsuz yönde etkileyen faktörlerdendir.

 

Ağır Metaller

Atık çamur içinde bulunan ağır metaller çürüme prosesini ve sızıntı suyu kalitesini olumsuz yönde etkileyebilirler.

 

Yukarıda anlatıldığı gibi kuru madde ve uçucu katı maddeler tüm uygulama/bertaraf teknikleri için arıtma çamuru tanımlanmasında en önemli parametrelerdir. Bu maddelerin miktarları stabilizasyon ve katı-sıvı ayırma prosesleri ile en aza indirgenebilir. Bu prosesler de nerede ise tüm atık su arıtma tesislerinde ve daima mevcuttur.

 

 Stabilizasyon

Stabilizasyon, maddelerin zaman içinde stabil kalma özelliğidir. Bu özellik, fiziksel olmayıp temelde maddenin biyolojik ve kimyasal yapısına bağlıdır. Stabilizasyonu sağlamak için çok sayıda parametre potansiyel olarak mevcuttur (2). Stabilizasyon kavramı genel olarak koku ile ilişkilidir. Çünkü koku, analitik olarak ölçülmesi zor bileşenlerden ortaya çıkar ve bu nedenle de stabilizasyon kavramı ile bir dereceye kadar ilişkilidir.

 

Kokunun kantitatif olarak ölçülmesi ancak seçilmiş bir grup insandan oluşan bir paneldeki her kişiye (kokunun tanımlanamayacak noktaya gelinceye kadar) giderek seyreltilmiş miktarda kokulu gazların koklatılması ile gerçekleştirilmektedir. Ancak bu ölçümler, karmaşık, pahalı ve sahada yapılmaları mümkün olamayan ölçümlerdir.

 

Uçucu (katı) maddelerin /toplam katı maddeler oranı ve/veya yok edilen uçucu katı atık madde yüzdesi stabilite endeksi olarak kullanılabilir.  0.6 oranından düşük oranlar ve %40′tan daha yüksek yüzdeler genel olarak stabilizasyona ulaşıldığının göstergesidir.

 

Stabilite ölçümü, uçucu askıda katı madde miktarı, KOİ, BOİ ve organik karbon, ATP ve enzimatik faaliyet gibi, organik substrat konsantrasyonunu tayin eden ölçümlerin yapılmasını da içerebilir.


    Katı – Sıvı Ayırma

Katı-Sıvı ayırma işlemleri koyulaştırma ve kurutma işlemlerini kapsar. Koyulaştırma, filtrasyon ve gravitasyon / santrifüj gibi prosesler yardımı ile arıtma çamurunun sahip olduğu katı atık konsantrasyonunun (normal olarak 2 – kere) arttırılması olarak tanımlanır. Maddenin koyulaşma kabiliyeti arıtma çamurunun ölçülü bir kap içine (graduated cylinder) konularak bunun içindeki katı atıkların çökelmesini ile is tayin edilir. Bu tayin yöntemi çeşitli hatalara (duvar etkisi, köprü oluşumu, sıvı yüksekliği gibi parametrelere bağlı olarak) açıktır. Ancak bunlar uygun kolon çapı (100 m) ve yüksekliği (500-1000 mm) kullanılarak ve içine de yavaş olarak dönen bir karıştırıcı konularak önlenebilir (1). Diğer bir teknik ise düşük hızda çalıştırılan (stroboskopik) bir santrifüjün kullanılmasıdır. Bu tayin yöntemi (test), çabuk olarak gerçekleştirilebilir ve az miktarda arıtma çamuruna gereksinim duyar(5).

 

Kurutma, atık çamur içindeki katı atık madde miktarını daha da fazla arttırmak işlemidir. Bu da, genellikle bir şartlandırmadan sonra yapılan, filtrasyon veya santrifüjleme ile gerçekleştirilebilir. Kurutma işlemi genel parametrelerle ve spesifik testlerle tayin edilebilir. Spesifik testler, spesifik teknikler olarak da düşünülebilir.

 

Kurutmayı tayin eden klasik parametre, filtrasyona karşı gösterilen Spesifik Dirençtir. Bu da, birim kuru katı ağırlığa sahip olan filtre yüzeyine birikmiş kek tabakasının filtrasyona karşı gösterdiği direnç anlamına gelmektedir. Arıtma çamurunun filtre edilebilme derecesi sıvı maddenin katı maddeden ayrıştırılmasına karşı direnci ile belirlenir. Ortalama spesifik direnç katsayıları arıtma çamurunun belirli basınç ve ısı şartları altında filtreden geçme süresi ile belirlenir. 10-12 m/kg veya daha düşük değerler iyi bir endüstriyel filtrasyonu gösterir  (işlenmemiş/ham atık çamurlar genellikle 10-14 m/ kg değerini aşarlar).Spesifik direnç, arıtma çamurunun bazı kimyasallar (organik /inorganik) kullanılarak şartlandırılması ile azaltılabilir. Direncin değişik basınçlarda ölçülmesi ile, Sıkıştırılma katsayısı elde edilir. Bu da en uygun çalışma basınç seviyesinin ne kadar olması gerektiği hakkında bilgi verir.

 

Kapiler Emme Zamanı (Capillary Suction Time – CST = sıvıların filtre üzerine yerleştirilen kekten belirli bir mesafeyi geçme süresi ) filtrasyon kabiliyetini tayin etmek için kullanılan basit, çabuk ve yararlı bir yöntemdir. Ancak bu yöntem (CST) karşılaştırmalı tayinler için iyidir. Ayrıca çok problu CST cihazları kullanılarak doğrudan, ancak daha az hassas olmak kaydı ile, spesifik direnç tayinleri de yapılabilmektedir.

 

Vakum filtreleri ile pres filtrelerin performanslarının tayinleri için spesifik testler mevcuttur. Filtre-yaprak testi vakum filtrelerdeki filtreleme döngüsünü tekrarlayarak bu tür filtrelerin performanslarını tayin ederken, vakum altında veya basınçla drenaj ve flitrasyon işlemi yapan testler de pres filtrelerin performans tayinlerini yapabilmektedir (4, 6).

 

Santrifüjlenebilme kabiliyeti, arıtma çamurun santrifüj kuvvet altında kurutulması olarak tanımlanmaktadır. Bu işlemden sonra çamur, kolaylıkla bir Arşimet vidası vasıtası ile taşınabilir kıvamda olmak zorundadır. Uygulamada kullanılan bir makinenin içinde bulunduğu tüm gerçek çalışma koşullarını laboratuar ölçeğinde gerçekleştirmek mümkün değildir. Bu nedenle arıtma çamurunun santrifüjlenebilme parametreleri (çökelebilme, dönebilme, floklaşma kuvveti) ayrıca ölçülmelidir. Vesilind (8) tarafından teklif edilen bir yöntem ile çamurun çökelebilme ve dönebilme özellikleri tayin edilebilmektedir. Vesilind ve Zhang (10) arıtma çamurunun, çamur içindeki nihai katı madde konsantrasyonunu uygulanan santrifüj süresi ve gravite adedi ile ilişkilendirerek, tanımlanabileceğini ortaya koymuşlardır. Diğer bir yöntem, Santrifüjlemeye karşı gösterilen Spesifik Direnç indeksinin hesaplanmasını öngörmektedir. Bu yöntemde, farklı sürelerde standart olarak karıştırmanın yapıldığı çamurların CST ölçümleri (7) yapılmakta ve çamurun floklaşma kuvveti ortaya konulmaktadır.

 

              Sonuçlar

Arıtma çamurlarının karakterizasyonunu ortaya koymak için çok sayıda fiziksel,  kimyasal ve biyolojik parametre ve testler mevcuttur. Bunların yardımı ile arıtma çamurlarının işlenmesi ve bertarafı sırasında çevreye olan etkileri tayin edilebilir.

 

Yukarıda tartışılan testlerle ilgili bir problem, bunların yapıldığı laboratuarlardaki metodolojilerin ve uygulamaların farklı koşullar altında gerçekleştirilmesi ve bu nedenle de elde edilen sonuçların seyrek olarak birbiri ile mukayese edilebilir sonuçlar vermesidir. Bu sorunu ortadan kaldırabilmek için, Avrupa Standardizasyon Organizasyonu  (CEN-TC308) adı altında bir Teknik Komite oluşturmuş ve arıtma çamurları karakterizasyonu tayininde kullanılan metotların standardize edilmesine karar vermiştir. Buna ek olarak, konvansiyonel parametrelerin tayinleri arıtma çamurunun işlenmesi ve bertarafı sırasında uygulanan metot ile ilişkili olduğundan, üzerinde çalışma yapılan arıtma çamuru ile ilgili daha temel bilgiler üretebilen (diğer) parametrelerin ve testlerin geliştirilmesi gerekmektedir. Bu nedenle, son zamanlarda geliştirilen araştırma faaliyetleri, arıtma çamurlarının temel özelliklerini tanımlayacak metotların geliştirilmesine yöneliktir.