Treatability of Istanbul Yenikapı discharge wastewater by chemical precipitation

Abstract

Atıksuların arıtılmasında en çok kullanılan proseslerden biri biolojik arıtma prosesleridir. Biolojik arıtma proseslerinin bugün kullanılan birçok değişik türü mevcuttur; klasik aktif çamur sistemleri, damlatmalı filtreler, dönen biolojik diskler, nitrifikasyon-denitrifikasyon prosesleri bunlar ara sında sayılabilirler. Biolojik arıtma sistemleri organik kirleticilerin giderilmesinde etkili olurlarken, nutrient gideriminde, nitrifikasyon-denitrifikasyon sistemi hariç, etkili değildirler. Nutrient giderimi alıcı ortamlar için son derece önemlidir, zira su yasamı için gerekli olan nütrientlerin, fazla olduğu durumlarda su yaşamında istenme yen koşullar meydana getirdikleri bilinmektedir. Su yaşamında istenmeyen bu koşullar aşağıdaki su alt baslıklarda toplanabilir : 1) Azot alıcı ortamlardaki oksijeni tüketerek çözünmüş oksijen seviyesini düşürür, ortamı anoksik yapar. 2) Azot ve fosfor temel besin maddesi oldukları için sudaki canlıların asın şekilde büyümelerine neden olur ve ötrafikasyon problemini meydana getirir. 3) Azot klor dezenfeksiyonun verimini etkiler. 4) Atıksuların yeniden kullanılmalarını engeller. Nütrientlerin arıtılmasında azot ve fosforun ayrı ayrı ele alınmasında fayda vardır, zira ikisi de birincil besin maddeleri olmalarına karsın giderilme sistemleri farklıdır. VI Azotun giderilmesi çeşitli yöntemlerle sağlanır. Bu yöntemler, nitrifikasyon-denitrifikasyon yönteminde olduğu gibi azotun önce nitrite daha sonra da nitrata dönüştürülmesinden sonra azot gazı olarak atmosfere verilmesi seklinde olabilir, veya klor aminler oluşturarak dezenfeksiyon verimine etki ederek uzaklaştırılır. Kimyasal olarak azotun giderilmesi serbest amonyak haline dönüştürülerek, yüksek miktarda havayla amonyak gazının sudan uzaklaştırılması sağlanır. Kullanılan diğer yöntemler ise ters osmos, ion değişimi ve arazide arıtma olarak sayılabilir. Fosforun sudan giderilmesi, azotun giderilmesine göre daha kolay gerçekleşir. Bunun sebebi fosforun çözünemeyen kompleksler oluşturmasıdır. - Fosfor biolojik olarak sudan yeteri kadar uzaklaştırılamazken, kimyasal olarak giderilmesi kimyasal çöktürme şeklinde gerçekleşir. Kimyasal çöktürme; koagülasyon, flokülasyon ve çöktürme kademelerinden oluşur. Bu çalışmanın ikinci bölümünde ele alınan kimyasal çöktürmenin incelenmesi şu kısımlardan oluşur : 1) Kimyasal çöktürmenin tarihi: Bu kısımda kimyasal çöktürmenin ne zaman ve ne şekilde kullanılmaya başlandığını anlatır. Kimyasal çöktürmenin önceleri tercih edilen bir yöntem olmasına karşın neden terkedildiğini ve daha sonra neden tekrar kullanılmaya başlandığını kronolojik olarak inceler. 2) Kimyasal çöktürmenin teorik yaklaşımı: Bu kısım üç ana başlık altında toplanmıştır,- koagülasyon, flokülasyon ve I IX" çöktürme. Koagülasyon kısmında; koagiilasyonun tarifi, oluşum esasları incelenir. Flokülasyon konusunda flokların oluşumuna etki eden durumların incelenmesi ve flokülasyon türlerinin kısaca tanıtılması ve koagülasyon-flokülasyon arasındaki ilişkinin açıklanması yapılmıştır. Çöktürme bahsinde ise çöktürmenin nasıl gerçekleştiği, çöktürme hızının çöktürme performansına etkisi incelenmiştir. 3) Kimyasal çöktürmenin uygulama esasları: Bu alt baslıkta ise uygulama yönelik konulara ağırlık verilmiştir. Hız gradyanının uygulamada alabileceği değerler, koagülant seçimi nelere göre yapılmalıdır, en çok kullanılan koagülantların fosfor gideriminde oluşturdukları reaksiyonlar, polielektrotların flok oluşumundaki rolleri, flokülasyon prosesinde uygulanan tipik yavaş karıştırma değerleri ve çöktürme prosesinin sağlaması gereken koşulların belirtilmesi ele alınmıştır. 4) Kimyasal çöktürmenin evsel atıksulara uygulanmasında, genel evsel atıksu karakteriginin bilinmesinde fayda vardır. Bu nedenle evsel atıksuların genel özellikleri bu bölümde hem parametre olarak hem de kirletici partikül maddelerin toplam atıksuda içinde gösterdikleri dağılım olarak ele alınmıştır. Bu dağılımın yapılması kimyasal artımanın veriminin baştan tayin edilmesine yardımcı olur. zira kolloidal maddelerin oranı ve büyüklükleri hem koagülasyon flokülasyon hem de çöktürme verimine etki eder. 5) Kimyasal çöktürmenin çeşitli parametreler bazında giderme verimlerinin incelenmesi ve kısaca diğer sistemlerle karşılaştırılması bu bölümün son alt başlığını oluşturur. Çalışmanın üçüncü bölümünde azot ve fosfor parametrelerinin su yasamı için önemi ve giderme metodlar iki genel alt baslık altında toplanmıştır; azot ve fosfor. AZOT : Bu bölüm, azotun su yaşamındaki ve kontrol edilmesindeki önemini ve azotun kimyasal olarak nasıl, hangi mertebelerde giderilebileceğini inceler. Kullanılan kimyasal metodlar kısaca açıkladıktan sonra kimyasal çöktürme ile giderilebilen organik ve toplam azot giderme verimlerini açıklar. Bu değerler organik azot için % 50 ile 90 arasında değişir. Toplam azot olarak ifade edilen kjeldahl azotu (organik azot + amonyak azotu) ise % 30 ile 50 arasında giderilebilir. Amonyak azotunun sudan uzaklaştırılmasında kullanılan hava ile püskürtme yönteminde amonyum iyonu yüksek pH değerlerinde, 10.5 ile 11 değerlerinde % 95 mertebesinde serbest amonyağa dönüşerek sudan uzaklaştırılır ve atmosfere verilir, FOSFOR : Fosforun tanıtılması da aynı azotta olduğu gibi önce su yaşamındaki önemi kontrol edilebilirliği ve kimyasal olarak giderme yöntemlerinin incelenmesinden meydana gelir. Fosfor, azotun aksine çökelebilen kompleksler oluşturur ve kireç, alum veya demir tuzlarının koagülant olarak kullanılmasıyla sudan yüksek mertebelerde giderilir. Kireç kullanılması halinde, fosfor kalsiyumhidroksiapatit oluşturur ve düşük kireç dozajlarında bile % 80 mertebesinde giderme sağlar. Kireç dozajının arttırılması ve dolayısıyla pH değerinin yükseltilmesi neticesinde hidroksiapatitlerin xı çözünürlük çarpımları azalır ve daha iyi bir giderme verimi sağlarlarken arıtma sonrası 1.0 mg P /L altında fosfor elde edilir. Demir tuzlarının ve altomun kullanılması halinde de giderme verimi oldukça yüksek ve arta kalan fosfor miktarı da 1.0 mg/L altındadır. Demir tuzları ya direkt olarak kullanılırlar ya da kireçle birlikte kullanılırlar, özellikle demir sülfatın kireçle kullanılması yalnız olarak uygulanmasından daha iyi sonuç verir. Dördüncü bölümde, bu çalışmaya baz teşkil eden ve çalışmanın gereksinimini sağlayan İstanbul'un arıtma ihtiyacına global olarak bakılmıştır. Durumun incelenmesi, Marmara Denizi'nin orginografik yapısına ve Karadeniz'den gelen hem organik hem de nutrient akışlarının İstanbul'dan gelen akışlarla karşılaştırılmasına ve İstanbul açısından nutrient kontrolünün yapılması gerektiğine dayandırılmaktadır. Besinci bölümde ise bu çalışmanın amacının sayısal olarak değerlendirilmesini sağlayacak olan deneysel çalışma bulunmaktadır. Deneysel çalışmada kullanılan procedür, analiz yöntemleri, kullanılan koagülantlar ve sonuçlar bu bölümü oluşturur. Değerlendirme bölümü ise bu çalışmanın altıncı ve son bölümünü oluşturur. Değerlendirme sistemin genel performansı, diğer sistemlerle karşılaştırma ve genel bir ifadeyle kimyasal çöktürmenin faydalarını ve nutrient kontrolündeki önemini ve başarısını belirtir.

In t the treatment of wastewaters, besides the removal of organic constituents from the water» nutrient control is essential especially in the case of discharging the wastewater into a receiv ing water that is incapable of diluting the wastewaters. Marmara Sea and Istanbul Bosphorus are the receiving waters for Istanbul wastewaters. They are already contaminated and can not dilute the discharges. Thus, nitrogen and phosphorus that are the main nutrients are to be treated from the water. Chemical precipitation achieves a good removal efficiency in phosphorus. It is adequate to control one of the primary nutrient in aquatic growth. In the first chapter, the scope and the object of this study are explained and it is stated that nutrient control be essential for the treatment of Istanbul wastewaters. The second chapter contains the theoretical approaching and the applications of chemi cal precipitation. In the third chapter, the role of nitrogen and phosphorus, and the removal processes are discussed. The fourth chapter explains the treatment requirement of Istanbul. In the fifth chapter, experimental study and the results are taken place. The sixth chapter explains the performance of chemical precipita tion.