AAO Prosesinin Aerobik Bölgesindeki Kademeli Oksijen Temininin Kirletici Giderim Verimliliği Üzerindeki Etkisinin Analizi
Genel Bakış
AAO prosesi, kirleticileri atık sudan etkili bir şekilde uzaklaştırmak için sinerjik olarak çalışan anaerobik, anoksik ve aerobik aşamalardan oluşan, yaygın olarak kullanılan bir atık su arıtma teknolojisidir. Aerobik aşama, AAO sürecinin kritik bir bileşenidir ve oksijen sağlama yöntemi, tüm sistemin genel operasyonel verimliliğini doğrudan etkiler. AAO işleminin pratik uygulamalardaki etkinliğini daha da artırmak için araştırmacılar, aşamalı bir oksijen tedarik şeması önerdiler. Sistem içinde farklı çözünmüş oksijen (DO) konsantrasyonlarına sahip birden fazla bölge kurarak bu şema, aerobik mikroorganizmaların metabolik aktivitesini optimize etmeyi ve kirletici giderme verimliliğini artırmayı amaçlamaktadır. Bu nedenle, AAO prosesinin aerobik bölgesindeki aşamalı oksijen beslemesinin kirletici giderimi üzerindeki etkisinin analiz edilmesi önemli pratik değere sahiptir.
AAO Sürecinin Aerobik Bölgesinde Aşamalı Oksijen Teminine Genel Bakış
Aerobik bölge, organik maddenin oksidasyonu ve ayrışması için birincil bölgedir. Kademeli oksijen beslemesi yoluyla, farklı bölgelerdeki DO konsantrasyonları, organik maddenin bozunma hızına ve mikroorganizmaların oksijen talebine bağlı olarak esnek bir şekilde ayarlanabilir ve böylece organik maddenin bölgeler arasında eşit ve yeterli düzeyde bozunması sağlanır. Bu yaklaşım, organik madde uzaklaştırma oranlarının iyileştirilmesine ve atık su kalitesinin dengelenmesine yardımcı olur. Aerobik bölgede amonyak nitrojeni nitrifikasyon bakterileri tarafından nitrata oksitlenir. Kademeli oksijen beslemesi, nitrifikasyon bakterilerinin uygun ÇO konsantrasyonları altında verimli bir şekilde çalışmasını sağlayarak nitrifikasyon prosesi üzerinde aşırı yüksek veya düşük ÇO seviyelerinin neden olduğu olumsuz etkileri önler. Eş zamanlı olarak, devridaim oranının ve karışık sıvı konsantrasyonunun kontrol edilmesiyle nitrifikasyon prosesi daha da optimize edilebilir ve amonyak nitrojen giderme verimliliği arttırılabilir. AAO prosesi aynı anda nitrojen ve fosfor giderimini gerçekleştirir. Aerobik bölgedeki aşamalı oksijen besleme koşulları altında, fosfor-biriktiren organizmalar (PAO'lar), uygun DO konsantrasyonları altında fosforu tamamen emebilir ve sonraki aşamalarda fosfor-zengin çamuru boşaltarak fosfor giderimini sağlayabilir. Bu arada, anoksik ve aerobik bölgelerdeki operasyonel parametrelerin ayarlanmasıyla denitrifikasyon prosesi optimize edilebilir ve toplam nitrojen giderme verimliliği arttırılabilir.
Aşamalı Etkinin Analizi için Deneysel Metodoloji Kirletici Giderme Verimliliğinde Oksijen Temini
Deney sırasında havalandırma yoğunluğunu düzenlemek için havalandırma valfi kontrol sistemleri, otomatik kontrol sistemleri ve üfleyici cihaz sayısı gibi yöntemler kullanılmış, böylece ÇO konsantrasyonu yansıtılmıştır. Deney düzeneğinin işlem akışı şekilde gösterilmiştir.Şekil 1.
Şekil 1'de gösterildiği gibi AAO sisteminin aerobik bölgesi üç bölgeye ayrılmıştır: baş, orta ve kuyruk bölümleri. Sistemin hidrolik bekletme süresi (HRT) 2 saat olarak ayarlandı. Reaktör boyutları 160 cm x 125 cm x 100 cm (uzunluk x genişlik x yükseklik) olup, karışık sıvı yüksekliği 60 cm olarak ayarlanmıştır. Reaksiyon tankları arasındaki akış yönü, kılavuz duvarlar ve saptırma plakaları kullanılarak kontrol edildi.
Atık su numuneleri belediyeye ait bir atık su arıtma tesisinin birincil çökeltme tankından toplandı. Atık su kalitesi, ilgili tüm göstergeler standart aralıklarda olacak şekilde nispeten stabildi: TP konsantrasyonu 3,0 ila 5,5 mg/L, TN konsantrasyonu 26 ila 49 mg/L ve KOİ 255 ila 485 mg/L arasında değişiyordu.
Her aerobik bölüm, havalandırma işlemleri için havalandırma sistemini oluşturmak üzere bir vorteks hava pompası ve bağımsız olarak yapılandırılmış bir delikli boru sistemi ile donatıldı. Sistemin çalışması sırasında, her bir vorteks hava pompası bağımsız ve istikrarlı bir şekilde çalışarak ÇO konsantrasyonlarını sırasıyla 4–5 mg/L, 3–4 mg/L ve 2–3 mg/L aralıklarında tuttu. Kirletici giderme verimliliği üzerindeki spesifik etkiyi belirlemek için farklı bölümlerden DO konsantrasyonları ve atık su kalitesi ölçüldü ve analiz edildi.
3 Başlık Bölümü DO Konsantrasyonunun Kirletici Giderim Verimliliği Üzerindeki Etkisinin Analizi
3.1 COD Giderme Verimliliği Analizi
Üç farklı DO konsantrasyonu koşulu altında AAO aerobik bölgesinin baş kısmındaki KOİ gideriminin analizi, sırasıyla %91,3, %90,5 ve %90,8 giderim verimliliğiyle birlikte 41,2, 40,2 ve 40,8 mg/L atık KOİ değerleri gösterdi. Özel ayrıntılar şurada gösterilmiştir:Şekil 2.
Veri analizi, başlık bölümündeki KOİ giderme verimliliğinin farklı ÇO konsantrasyonları altında bir dereceye kadar değişiklik göstermesine rağmen, genel varyasyonun minimum düzeyde olduğunu ve net bir korelasyon göstermediğini göstermektedir. ÇO konsantrasyonu 2–3 mg/L seviyesinden 3–4 mg/L seviyesine yükseldiğinde atık KOİ ve giderim verimliliği sırasıyla 1,0 mg/L ve %0,8 azaldı. Bununla birlikte, DO konsantrasyonu 4-5 mg/L seviyesine yükseldiğinde atık KOİ ve giderim verimliliği sırasıyla 0,6 mg/L ve %0,3 arttı. Farklı DO konsantrasyonları KOİ giderme verimliliğini önemli ölçüde etkilemedi.
3.2 TN Giderme Verimliliği Analizi
Baş kısmındaki TN gideriminin analizi, üç DO koşulu altında atık TN konsantrasyonlarının 12,8, 12,3 ve 13,1 mg/L olduğunu ve uzaklaştırma oranlarının sırasıyla %68,0, %66,8 ve %67,7 olduğunu gösterdi.
Veri analizi, baş bölümündeki TN giderme verimliliğinin, farklı DO konsantrasyonları altında bir dereceye kadar değiştiğini, ancak genel varyasyonun minimum düzeyde olduğunu ve net bir korelasyon göstermediğini göstermektedir. Dolayısıyla, farklı DO konsantrasyonlarının TN giderme verimliliğini önemli ölçüde etkilemediği sonucuna varılabilir.
3.3 TP Kaldırma Verimliliği Analizi
Baş kısmındaki TP gideriminin analizi, üç DO koşulu altında atık su TP konsantrasyonlarının 0,60, 0,51 ve 0,48 mg/L olduğunu ve uzaklaştırma oranlarının sırasıyla %88,1, %90,7 ve %91,7 olduğunu gösterdi.
Veri analizi, baş bölümündeki TP giderme verimliliğinin DO konsantrasyonuna göre değiştiğini göstermektedir. DO konsantrasyonunun arttırılması atık sudaki TP konsantrasyonunu azalttı ve uzaklaştırma verimliliğini daha da arttırdı. Dolayısıyla, 4-5 mg/L'lik DO konsantrasyon seviyesinin nispeten en yüksek giderim verimliliğine ulaştığı sonucuna varılabilir.
Kapsamlı analiz, baş kısımdaki DO konsantrasyonunun 4-5 mg/L seviyesine ayarlanmasının daha yüksek fosfor alım verimliliğine yol açtığını göstermektedir.
4 Orta Bölüm DO Konsantrasyonunun Kirletici Giderim Verimliliği Üzerindeki Etkisinin Analizi
4.1 COD Giderme Verimliliği Analizi
Orta bölümdeki KOİ giderimi analizi, üç DO koşulu altında atık su KOİ değerlerinin sırasıyla %91,0, %90,9 ve %91,2 olduğu ve giderim verimlerinin 39,9, 38,9 ve 40,4 mg/L olduğunu gösterdi. Özel ayrıntılar şurada gösterilmiştir:Şekil 3.
Veri analizi, orta bölümdeki KOİ giderme verimliliğinin farklı ÇO konsantrasyonları altında bir dereceye kadar değişiklik göstermesine rağmen, genel varyasyonun minimum düzeyde olduğunu ve net bir korelasyon göstermediğini göstermektedir. ÇO konsantrasyonu 2–3 mg/L seviyesinden 3–4 mg/L seviyesine yükseldiğinde atık KOİ ve giderim verimliliği sırasıyla 1,0 mg/L ve %0,1 azaldı. Bununla birlikte, DO konsantrasyonu 4-5 mg/L seviyesine yükseldiğinde atık KOİ ve giderim verimliliği sırasıyla 0,5 mg/L ve %0,3 arttı. Farklı DO konsantrasyonları KOİ giderme verimliliğini önemli ölçüde etkilemedi.
4.2 TN Giderme Verimliliği Analizi
Orta bölümdeki TN gideriminin analizi, üç DO koşulu altında atık sudaki TN konsantrasyonlarının 13,8, 13,0 ve 12,9 mg/L olduğunu ve giderme oranlarının sırasıyla %62,5, %66,3 ve %66,4 olduğunu gösterdi. Karşılaştırmalı olarak, 3–4 mg/L ve 4–5 mg/L'lik DO konsantrasyon seviyeleri, daha iyi TN giderme verimliliğiyle sonuçlandı.
4.3 TP Kaldırma Verimliliği Analizi
Orta bölümdeki TP gideriminin analizi, üç DO koşulu altında atık su TP konsantrasyonlarının 0,57, 0,52 ve 0,46 mg/L olduğunu ve giderme oranlarının sırasıyla %88,5, %90,8 ve %91,5 olduğunu gösterdi. Karşılaştırmalı olarak, 3–4 mg/L ve 4–5 mg/L'lik DO konsantrasyon seviyeleri, daha iyi TP giderim verimliliğiyle sonuçlandı.
Kapsamlı analiz, orta bölümdeki DO konsantrasyonunun 3-4 mg/L seviyesine ayarlanmasının daha yüksek kirletici giderme verimliliği sağladığını göstermektedir.
Kuyruk Bölümü DO Konsantrasyonunun Kirletici Giderim Verimliliği Üzerindeki Etkisinin Analizi
5.1 COD Giderme Verimliliği Analizi
Kuyruk bölümündeki KOİ gideriminin analizi, her üç ÇO konsantrasyonu koşulu altında %91,8'lik bir giderim verimliliği gösterdi. Farklı DO konsantrasyonları KOİ giderme verimliliğini önemli ölçüde etkilemedi.
5.2 TN Giderme Verimliliği Analizi
Kuyruk bölümündeki TN gideriminin analizi, üç DO koşulu altında atık sudaki TN konsantrasyonlarının 11,5, 12,7 ve 13,4 mg/L olduğunu ve uzaklaştırma oranlarının sırasıyla %72,7, %67,9 ve %66,5 olduğunu gösterdi. Karşılaştırmalı olarak, 2-3 mg/L'lik DO konsantrasyon seviyesi daha iyi TN giderim verimliliğiyle sonuçlandı.
5.3 TP Kaldırma Verimliliği Analizi
Kuyruk bölümündeki TP gideriminin analizi, DO konsantrasyonu 2,0 mg/L'nin altında olduğunda giderme verimliliğinin %96'yı aşmadığını gösterdi. Bu deneyde, her üç DO koşulu altında giderim oranı %90'dı ve atık su konsantrasyonları birincil standardı karşıladı.
Özetle, kuyruk bölümündeki DO konsantrasyonunun 2–3 mg/L seviyesine ayarlanması, daha yüksek kirletici giderme verimliliği sağlar.
Çözüm
AAO işleminin aerobik bölgesindeki aşamalı oksijen beslemesinin kirletici giderme verimliliği üzerindeki spesifik etkisini araştırmak için aerobik bölge, çalışma sırasında baş, orta ve kuyruk bölümlerine bölündü. Bu bölümlerdeki KOİ, TN ve TP giderme verimliliklerinin analizi, araştırma sonuçlarıyla birlikte, üç aerobik bölgedeki DO konsantrasyon seviyelerinin sırasıyla 4–5 mg/L, 3–4 mg/L ve 2–3 mg/L'ye ayarlanmasının daha iyi genel kirletici giderme verimliliği sağladığını göstermektedir. Bu yaklaşım ekolojik çevrenin korunması, enerji tasarrufu ve emisyon azaltımı çabalarına destek ve referans sağlayabilir.