A²O Biyolojik Temas Oksidasyon Süreci Kullanılarak Şarap Atık Suyu Arıtımı: Mühendislik Tasarımı ve Uygulama Örnek Olay İncelemesi

1 Şarap atık suyunun tehlikeleri, kaynakları ve özellikleri

Çin ekonomisinin büyümesi ve kişi başına düşen gelirin artmasıyla birlikte Çin şarap pazarının tüketim düzeyi hızla iyileşti, şarap endüstrisi hızla gelişti ve çok sayıda şarap imalathanesi ortaya çıktı. Aynı zamanda gelişen şarap üretimi de büyük miktarda atık su oluşmasına neden oldu. Bu işletmeler çoğunlukla uzak banliyö bölgelerinde yer aldığından ve tam drenaj tesisleri bulunmadığından, şekerler, alkoller ve organik asit bileşikleri içeren yüksek konsantrasyonlu organik kirleticilerin doğrudan deşarjı çevreyi ciddi şekilde etkilemektedir.

Şarap üretiminin genel süreç akışı kabaca şöyledir:

ayırma ve ayıklama → kırma → alkollü fermantasyon → presleme → malolaktik fermantasyon → harmanlama → yaşlandırma → stabilizasyon → şişeleme → bitmiş ürün. Deşarj edilen atık su esas olarak işleme sırasındaki kırma, presleme, fermantasyon, temizleme ve diğer aşamalardan gelir. Şarap üretimi atıksuyu, yüksek konsantrasyon, yüksek kroma, yüksek SS ve askıdaki maddenin çökelmesinde zorluk özelliklerine sahiptir. Su kalitesi genellikle asidiktir ve işleme sezonu boyunca su kalitesi ve miktarı büyük ölçüde dalgalanır, bu da presleme sezonu ile presleme dışı sezon arasında belirgin mevsimsel değişiklikler gösterir.

2 Proses akış tasarımı

2.1 Proje geçmişi ve giriş suyu kalitesi testi

Ningxia'da bulunan bir şarap şirketi, şarap yapımına yönelik bir kuruluştur. Üretim ve işletme sırasında oluşan atık su, belirli bir miktarda şarap içeren, özel endüstriyel atıksu içermeyen, esas olarak atölye ve şarap tankı temizleme drenajından gelmektedir. Atık su, biyolojik olarak parçalanabilen yüksek konsantrasyonlu organik atık su ve evsel atık suya aittir. Test edilen su kalitesi parametreleri aşağıdaki şekilde gösterilmiştir:Tablo 1.

2.2 Tasarım hedefleri

Bu proje ilgili bir süreci benimsemeyi amaçlamaktadır. Tasarımın amacı, arıtmadan sonra, üretilen atık su ve evsel atık suyun "Tarım Arazisi Sulama Suyu Kalite Standardı" (GB5084-2005) kapsamındaki "kuru tarım sulama" su kalite standardını karşılaması ve böylece işletmenin kirletici maddeleri yasalara uygun şekilde tahliye edebilmesi ve deşarj standartlarını karşılayabilmesidir.

2.3 Süreç seçimi

Şarap atık suyunun özellikleri dikkate alınarak 5 m³/d ölçek ve 100 m² taban alanı ile "A²O biyolojik temas oksidasyonu" prosesi seçilmiştir. Kanalizasyon arıtma tesisinin atık su akış yönü şekilde gösterilmiştir.Şekil 1.

2.4 Proses akış tasarımı

2.4.1 Sürece genel bakış

Projenin evsel atıksuları, çökeltme ve filtrasyon ön arıtımı için fosseptikten, daha sonra depolama tankında toplanan üretim atıksuyu ile birlikte filtrasyon için çubuk ızgaradan geçmektedir. Filtrasyondan sonra kaldırma pompası ile dengeleme tankına gönderilir. Dengeleme tankında homojenizasyon ve dengeleme sonrasında A²O biyolojik arıtma ünitesine girer. Bu ünite temel olarak kanalizasyonun su kalitesini arıtmak için organik madde bozunması, nitrifikasyon ve denitrifikasyon ve fosfor salınımı ve alımı gibi biyolojik reaksiyonların gerçekleştiği bir anaerobik tank, bir anoksik tank ve bir aerobik tank içerir.

2.4.2 Proses tasarımı

(1) Septik tank çökeltme ve filtreleme: Evsel atık su, boru hatları aracılığıyla septik tanka girer. Fosseptik, asılı organik maddeleri evsel kanalizasyondan çıkarmak için çökeltme ve anaerobik fermantasyon ilkelerini kullanır.

(2) Depolama tankı: Üretim atıksu depolama için boru hatları aracılığıyla depolama tankına girer. Depolama tankı, kokulu gazların emisyonunu etkili bir şekilde önleyebilen kapalı dikdörtgen bir tasarıma sahiptir.

(3) Çubuk filtre: Pompa ünitelerinin ve müteakip arıtma yapılarının ve ekipmanlarının düzgün çalışmasını sağlamak için esas olarak atık sudaki büyük askıda katı maddeleri filtreler.

(4) Dengeleme tankı: Sonraki arıtma için en iyi koşulları sağlamak amacıyla atık suyun akış hızının ve su kalitesinin ayarlanması gerekir. Homojenizasyon ve akış hızı ile su kalitesinin eşitlenmesi, atık suyun arıtılabilirliğini artırmak, biyokimyasal arıtma aşamasında oluşabilecek darbe yükünü azaltmak, mikroorganizmalar için toksik maddeleri seyreltmekle kalmaz, aynı zamanda kısa vadede deşarj edilen yüksek sıcaklıktaki suyu da soğutur. Dengeleme tankına bir sıvı seviye kontrol cihazı takılır ve ardından sıvı seviye kontrol cihazı aracılığıyla bir sinyal iletilir ve atık su, kaldırma pompası tarafından anaerobik tanka gönderilir.

(5) Anaerobik tank: Anaerobik proses, arıtılmış atık suyun reaktördeki saptırma plakaları boyunca yukarı ve aşağı akmasını sağlamak için bir dizi dikey olarak monte edilmiş saptırma plakaları kullanır. Arıtma işlemi sırasında reaktörde oluşan biyogazın yardımıyla reaktör içindeki mikrobiyal katılar, saptırma plakalarının oluşturduğu her bölmede yukarı ve aşağı genleşme ve çökelme hareketlerine uğrar. Bu sırada reaktörün tamamındaki su akışı nispeten yavaş bir hızda yatay olarak hareket eder. Atık su, saptırma plakalarının etkisi altında saptırma plakaları etrafında aktığı için, reaktör içindeki akış yolunun toplam uzunluğu artar. Ayrıca saptırma plakalarının bloke edici etkisi ve çamurun çökelmesi nedeniyle biyolojik katılar reaktör içinde etkili bir şekilde tutulur. Bu işlem aynı zamanda sirkülasyonlu ısıtmayı da gerektirir. Atık su arıtılmak üzere 4 saat bu tankta tutulmaktadır.

(6) Anoksik ve aerobik tanklar: Bu işlemde çekirdek olarak biyolojik olarak uyarılmış değiştirilmiş dolgu maddesi kullanılır. Mikro ortamı değiştirerek, bakteri suşlarının belirli bir yönde mutasyona uğraması sağlanır, böylece anaerobik amonyak oksitleyen bakteriler sürekli olarak çoğalır ve stabil anaerobik amonyak oksidasyonu elde edilir. Bu işlem, esas olarak mikroorganizmaların genetik çeşitliliğini tetikleyen kimyasal ilaveyi gerektirmez. Aerobik biyokimyasal tank, aerobik ve anaerobik süreçlerin aynı anda ilerlemesi için içi boş çift küreli biyolojik ambalajla doldurulur. Atık su anoksik tankta 4 saat kalır ve ardından yaklaşık 8 saatlik bir arıtma süresiyle arıtılmak üzere aerobik tanka girer.

(7) İkincil çökeltme tankı: Anoksik ve aerobik arıtmadan sonra atık su bu tanka kendiliğinden akar. Bu tankta büyük miktarda aktif çamur ve düşen bakteri filmi yerleşir. Tortu periyodik olarak bir geri dönüş pompasıyla dışarı pompalanır ve daha fazla anaerobik sindirim işlemi için anaerobik tanka geri gönderilir, böylece boşaltılan atık sudaki organik madde ve askıda katı madde içeriği azaltılır. Çökeltme sonrasında çamur, yeniden kullanım için anoksik tanka geri gönderilir ve atık su daha sonra boru hatları aracılığıyla temiz su tankına girer. Atık su bu tankta 2 saat kadar kalır.

(8) Temiz su deposu: Arıtmadan sonra atık su, ultraviyole dezenfeksiyonu için temiz su deposuna girer. Bu tank standartlara uygun arıtılmış atık suyun depolanmasına hizmet eder. Atık su, orman ağaçlarının damlama sulamasında kullanılabilir.

Kanalizasyon arıtma tesisinin proses akışı ve kirlilik üretim noktaları şekilde gösterilmiştir.Şekil 2.

3 Sonuçlar ve analiz

Projenin atık su arıtma tesisinin ölçeği 5 m³/d olup, arıtma prosesi "A²O biyolojik kontak oksidasyon prosesi"dir. Prosesin çalışma sonuçlarının izlenmesi yoluyla ana su kalitesi parametreleri gösterilmektedir.Tablo 2. Atık su kalitesi, "Tarım Arazisi Sulama Suyu Kalite Standardı"ndaki (GB5084-2005) kuru tarım standardını karşılamaktadır. Atık su, orman ağaçlarının damlama sulamasında kullanılarak işletmenin kirletici maddeleri yasalara uygun şekilde deşarj etmesini ve deşarj standartlarını karşılamasını sağlayarak yüksek ekonomik fayda ve beklentilere sahiptir.

4 Sonuç

Bu yazıda, şarap atık suyunun özelliklerine göre A²O biyolojik temas oksidasyon süreci, ilgili mühendislik tasarımı için temel süreç olarak esnek bir şekilde seçilmiştir. Operasyon izleme verileri, şarap içeren yüksek konsantrasyonlu organik atık suyun bu işlemle etkili bir şekilde arıtılabileceğini ve atık su kalitesinin büyük ölçüde iyileştirilebileceğini göstermektedir. A²O biyolojik temas oksidasyon prosesi, COD ve amonyak nitrojeni için yüksek giderme verimliliği, kararlı çalışma, güçlü darbe yükü direnci, rahat çalışma ve yönetim ve düşük işletme maliyetleri avantajlarına sahiptir. Şarap üretimi atıksu arıtma teknolojisinin gelişme eğilimidir. Bu makale, şarap atık suyunun arıtımı için uygun bir çözüm ve istikrarlı ve güvenilir bir süreç referansı sağlar ve belirli bir uygulama değeri ve mühendislik rehberliği önemine sahiptir.