Atık Su Arıtmada Online Analizörler

10.02.2022

Kentsel Atık Su Arıtma Proseslerinde Tek-Parametreli Online Analizörler

Giriş

Su, yaşamımızın temel kaynağıdır. Bir gıda ve enerji kaynağından, çeşitli endüstrilerde çözücü, taşıyıcı, temizlik maddesi ve soğutucu olarak kullanımına kadar hayatımızın her alanında karşımıza çıkmaktadır. Ancak su, yalnızca hayati mineral ve besin ögelerini değil, aynı zamanda fiziksel ve biyolojik birikime yol açan zararlı kirleticileri de içerebilmektedir. Kentsel veya endüstriyel kullanım sonrasında su, toplum ve çevre sağlığı açısından yüksek tehlike arz eden ağır metal bileşenleri, gübre, tarım ilacı, hormonlar, sentetik ürünler vb. maddeler kaynaklı kirlilikler taşıyabilmekte ve bu nedenle çevreye deşarj edilmeden önce arıtılması yüksek önem teşkil etmektedir. Kentsel Atık Su Arıtımı ve Su Kirliliği Kontrolü Yönetmelikleri ile söz konusu toplum ve çevre sağlığı risklerini elimine etmek üzere atık suda bulunan analitik parametrelerin deşarj limitleri sınırlandırılmıştır. Tüm dünyada katı kurallarla takip edilen bu parametre limitleri, atık su arıtma tesislerinin operasyon ve çevreye deşarj koşullarının da temelini oluşturmaktadır. Analitik parametrelerin sürekli takibi, endüstriyel proseslere engel teşkil edebilecek problemleri önlemek adına büyük önem arz etmektedir. Bu çerçevede, atık su arıtma prosesi esnasında sürekli takip edilmesi gereken parametrelere yönelik olarak uygun fiyatlı, kullanımı kolay ve entegre çözümleri içeren online ölçüm sistemlerine ihtiyaç artmaktadır. [caption id="attachment_134250" align="aligncenter" width="533"]

Şekil 1. Atık Su Arıtma Tesisi[/caption]

Kentsel Atık Su Arıtma Prosesleri

Atık su arıtma proseslerinde fiziksel, biyolojik ve kimyasal olmak üzere 3 temel süreçten bahsedilmesi mümkündür. Söz konusu prosesler çerçevesinde tipik arıtma tesislerinde sırasıyla, ön ve birincil arıtma, ikincil arıtma ve ileri seviye (üçüncül) arıtma yöntemleri kullanılarak atık suyun bölgesel koşullara uygun şekilde deşarjına olanak verecek seviyede temizlenmesi amaçlanmaktadır. Birçok atık su arıtma tesisi birincil ve ikincil arıtma yöntemlerinin kombinasyonlarını temel alan prosesleri kullanıyor olsa da, bazı bölgelerde ekolojik hayatı korumak ve arıtılmış suyun çeşitli amaçlarla yeniden kullanımı için üçüncül atık su arıtma yöntemlerine de başvurulduğu görülmektedir. Ön Arıtma ve Birincil Arıtma Prosesleri Arıtılmak üzere toplanan ve tesise giren atık su, ilk olarak ön arıtma prosesinden geçmektedir. Bu proses tipik olarak ayırma/eleme ve kum uzaklaştırma adımlarından oluşmaktadır. Ayırma/eleme adımında, prosesin ilerleyen kademelerinde pompaları, dar boruları ve diğer mekanik ekipmanları tıkayarak hasar verebilecek şişe, teneke, çubuklar, kumaş atıkları vb. suda asılı bulunan büyük boyutlu, kaba nesneler ızgaralar yardımıyla uzaklaştırılmaktadır. Eleklerden geçen atık su bir sonraki adımda kum tutuculara geçiş yaparak içerdiği kum ve çakıl gibi ağır ve inorganik katılar dibe çöktürülmektedir. Arıtma tesisi giriş suyunun büyük miktarlarda kum ve çakıl içermesi, pompaların ve mekanik ekipmanların yıpranmasına, tıkanmalara ve arıtma için gerekli tank kapasitelerinin daha hızlı dolmasına yol açabilmektedir. Ön arıtma prosesi, daha sonra uygulanacak arıtma adımlarını kolaylaştırma amacını taşımakta olup genel atık su kalitesine etkisi düşüktür. [caption id="attachment_134251" align="aligncenter" width="535"]

Şekil 2. Kaba Atıkların Elekten Geçirilmesi[/caption] Ayırma/eleme ve kum uzaklaştırma adımlarından geçen atık su, hala çözünmüş organik ve inorganik bileşenlerle birlikte askıda katı maddeleri de içermektedir. Birincil atık su arıtımı, askıda katı maddeleri uzaklaştırmak için atık sudaki bileşenlerin yerçekimi ile çöktürülmesi prensibine dayanmaktadır. Atık su, birincil çöktürücü tankına girdiğinde yavaşlamakta ve askıda katı maddeler yavaş yavaş dibe çökmektedir. Tank dibine çöktürülen bu katı kütlesine birincil çamur adı verilmektedir. Birincil arıtma sonucu oluşan çamuru daha sonra tanklardan uzaklaştırmak için çeşitli yöntemler ve mekanizmalar kullanılmaktadır. Birincil arıtma tipik olarak kentsel atık sulardaki BOİ’nin yaklaşık üçte birini ve askıda katı maddelerin yarısını uzaklaştırabilmektedir. Birincil atık su arıtımının amacı, kolayca uzaklaştırılabilen askıda katı maddeleri ve BOİ’yi ayırmak olsa da, çökebilir katı olarak bulunan veya çökelebilir katılara emilen atık su bileşenleri de bu esnada uzaklaştırılabilmektedir. Bu nedenle birincil arıtma, besinlerin, patojenik organizmaların, eser elementlerin ve potansiyel olarak toksik organik bileşiklerin konsantrasyonunda da bir miktar azalma sağlamaktadır. Uzaklaştırılan bu bileşenler birincil çamurda kalmaktadır.

İkincil Arıtma Prosesi

Birincil arıtmadan çıkan atık su, ikincil arıtma adı verilen prosese geçiş yapmaktadır. İkincil arıtma prosesinde, organik bileşenlerin ve askıda katı maddelerin büyük çoğunluğunu uzaklaştırabilmek için biyolojik arıtma teknikleri kullanılmaktadır. Biyolojik arıtmada en yaygın olarak kullanılan iki proses; yüzeyde büyüyen (biyofilm) ve askıda büyüyen sistemlerdir. Yüzeyde büyüme proseslerinde, mikrobiyal gelişme taş veya plastik ortamın yüzeyinde meydana gelmektedir. Bakteriler, algler ve diğer mikroorganizmalar çoğalarak ortam yüzeyinde bir biyokütle oluşturmaktadır. Atık su, hava ile birlikte ortamın üzerinden geçmekte ve bu esnada bakteriler, havadaki oksijeni kullanarak atık su içindeki organik maddenin çoğunu gıda olarak tüketmektedirler. Böylece ortamdan arıtılarak çıkan su çok daha temiz bir forma kavuşmaktadır. Ortamdan sıyırılan biyokütlenin belirli bir kısmı da ikincil bir havuzda çöktürülmektedir. [caption id="attachment_134252" align="aligncenter" width="538"]

Şekil 3. Havalandırma Havuzu[/caption] Askıda büyüme prosesleri de benzer şekilde biyolojik olarak parçalanabilen organik bileşenlerin ve amonyak azotunun nitrata dönüştürülerek organik azot bileşenlerinin uzaklaştırması prensibine dayanmaktadır. Mikrobiyal büyüme, içine hava pompalanan veya yeterli miktarda oksijen transferini sağlayacak karıştırma bulunan bir havalandırılmış su karışımında gerçekleşmektedir. Havalandırma tankında mikroorganizmalar bir süspansiyon halinde birkaç saat boyunca atık suya alıştırılmaktadır. Bu durum, bakteri ve diğer mikroorganizmaların atık sudaki organik maddeleri parçalamasına izin vermektedir. Havalandırma tankından çıkan arıtılmış atık su, fazla biyokütlenin uzaklaştırıldığı ikincil çöktürücü tankına akmaktadır. Aktive edilmiş milyonlarca aerobik bakteri içeren bu biyokütlenin bir kısmı havalandırma tankına geri döndürülerek tekrar kullanılabilmektedir. Geriye kalan atık biyokütle ve çöken katılar ise bertaraf edilmeden önce işlenmekte veya biyokatılar olarak yeniden kullanılmaktadır. [caption id="attachment_134253" align="aligncenter" width="528"]

Şekil 4. İkincil Çöktürücü[/caption] Biyolojik arıtma işlemini tamamlayan atık su, içinde hala mevcut olan askıda katı maddeleri ve ince partikülleri uzaklaştırmak amacıyla kum veya antrasitten oluşan gözenekli bir yapıya sahip yer çekimi filtresinden geçmektedir. Partiküller filtre medyasında var olan gözeneklerde yakalanırken berrak su ikincil arıtmanın tamamlanması için klorlama ve klor giderme ünitelerine aktarılmaktadır. Biyolojik arıtmanın bir sonucu olarak artan bakteri varlığını ve patojenleri uzaklaştırmak için atık suyun dezenfekte edilmesi gerekmektedir. Dezenfeksiyon prosesi, belirlenen değerden daha yüksek bakteri konsantrasyonlarının çevreye salınmasını önlemektedir. Klor, düşük konsantrasyonlardaki etkinliği ve maliyetinden dolayı en yaygın kullanılan dezenfektan türüdür. Klor, atık su içinde bulunan zararlı bakterilerin neredeyse %99’undan daha fazlasını giderebilmektedir. [caption id="attachment_134254" align="aligncenter" width="578"]

Şekil 5. Suyun Klorla Dezenfeksiyonu[/caption] Bununla birlikte, dezenfeksiyon sonrası deşarj edilen suda düşük konsantrasyonlarda bile serbest klorun varlığı çevre için oldukça zararlıdır. Buna ek olarak, klorun organik maddelerle sudaki reaksiyonu sonucu oluşabilen kanserojen trihalometanlar ve organoklorlar su yaşamı için büyük bir tehlike arz etmektedir. Bu nedenle, hassas su havzalarına deşarj edilmeden önce atık suda kalabilecek klorun uzaklaştırılması gereklidir. Klor giderme, klorlamadan sonra kalan serbest veya toplam birleşik klor kalıntısını ortadan kaldırarak potansiyel toksik dezenfeksiyon yan ürünlerinin etkisini minimuma indirmektedir. Tipik olarak klor giderimi, kükürt dioksit veya sülfit tuzları ilave edilerek gerçekleştirilmektedir. Karbon adsorpsiyonu da diğer etkili bir klor giderme yöntemi olmakla beraber diğer yöntemlere kıyasla pahalıdır. Arıtılmış atık suda bulunan klorun balıklara ve diğer ekolojik hayata zararlı olabileceği durumlarda ise ultraviyole ışık veya ozon gibi klor dezenfeksiyonuna alternatif seçenekler de kullanılabilmektedir.

Üçüncül (İleri Seviye) Arıtma Prosesi

Kentsel atık su arıtma tesislerinde üçüncül arıtma prosesleri; alıcı su ortamlarında veya diğer kullanım amaçlarında ikincil arıtmada elde edilenden daha yüksek kalitede arıtılmış su gerektiğinde uygulanmaktadır. İleri seviye arıtma teknolojileri, atık sudaki oksijen gerektiren maddeleri daha da stabilize etmek veya azot ve fosforu uzaklaştırmak için ikincil biyolojik arıtmanın uzantıları şeklinde uygulanabilmektedir. Buna ek olarak üçüncül arıtma, askıda katı maddeleri ve diğer patojenik mikroorganizmaları giderebilmek için adsorpsiyon, flokülasyon/çöktürme, gelişmiş filtrasyon, iyon değiştirme ve ters ozmoz için membranlar gibi fiziksel/kimyasal ayırma tekniklerini de içerebilmektedir. Çeşitli kombinasyonlar halinde uygulanan bu işlemler, atık suda istenilen boyutta arıtma kontrolünün elde edilmesini sağlamaktadır. Üçüncül arıtma prosesleri ile birlikte daha yüksek derecede saflaştırılan ve arıtılan atık sular, kentsel, peyzaj ve tarımsal sulama, endüstriyel soğutma ve işleme ve hatta içme suyu kaynaklarının dolaylı olarak artırılması için yeniden kullanılabilmektedir. Analitik Parametreler Kentsel atık su arıtma tesislerinde kritik parametrelerin izlenmesi ve kesintisiz takibi, toplum sağlığının sürdürülebilirliği ve çevre kirliliğinin önlenmesi için hayati öneme sahiptir. Bu çerçevede, arıtma prosesinin her bir aşamasına spesifik bir katkı sağlayan bu analitik parametrelerin yönetmeliklerde belirlenen standart koşullara uygunluğu için yakından takibi öngörülmektedir:

Siyanür ve Eser Ağır Metaller

Atık suların yakın mesafeden boşaltılması durumunda, arıtma çalışmalarını korumak için siyanür gibi parametrelerin izlenmesi önemli olabilmektedir. Ayrıca, endüstriyel atıkların izin limitleri dışında deşarj edilip edilmediğini belirlemek için toksik metallerin de (Hg, Ni, Co, Cu, Cd, Pb, Cr, Zn, Sb) izlenmesi gerekebilmekedir. [caption id="attachment_134255" align="aligncenter" width="696"]

Şekil 6. Kentel Atık Su Arıtma Prosesinde Analiz Noktaları[/caption]

Fosfor/Fosfat

Fosfor oldukça reaktif bir yapıya sahip olduğundan, oksijene kolayca bağlanarak fosfatları (orto-fosfatlar o-PO4, polifosfatlar ve organik fosfatlar) oluşturur. Su şirketleri, sulu ortamlarda neden olduğu ötrofikasyon etkisinden dolayı, deşarj ettikleri atık sudaki fosfor seviyesini kontrol etmekle yasal olarak yükümlüdürler. Avrupa direktifleri, fosfor giderimi konusunda devamlı sıkılaşan düzenlemelere yol açmıştır. 1991 yılındaki Kentsel Atık Su Arıtımı Yönetmeliği, daha büyük akışlar veya hassas sulara boşaltılan atık sular için 2 mg/L’lik bir sınır belirlemiştir. Bununla birlikte, 2000 yılında sürekli iyileştirmeye ve tüm su kanalları için ‘’iyi’’ duruma ulaşmaya odaklanan Su Çerçevesi Direktifi (WFD), tipik olarak 0.5-1.0 mg/L sınırlarının uygulanmasına yol açmıştır. Genelde WFD’nin “iyi” statüsüne ulaşmak icin 0.1 mg/L gibi düşük limitlerin gerekli olacağı düşünülmektedir. Bu nedenle fosfor giderimi, önümüzdeki yıllarda kentsel atık su arıtma tesislerinde büyük bir odak noktası olacaktır.

Diğer Parametreler

Her bir atık su arıtma tesisi, sahip olduğu proses aşamalarına, deşarj edilen bölgenin limit değerlerine ve arzu edilen atık su kalitesine bağlı olarak çeşitli parametreler için takip zorunluluğuna sahiptir. Atık su arıtma tesislerinde izlenebilen ve takip edilmesi gereken diğer parametreler arasında sülfat, kükürt, klor, KOİ, demir ve alüminyum gibi parametreler de yer alabilmektedir.

Atık Su Arıtma Proseslerinde Online Analizler

Atık su arıtma prosesindeki kritik parametre analizlerinde manuel örnekleme ya da manuel analiz süreçlerinde yaşanabilecek aksaklıklar önemli üretim kalitesi ve zaman kayıplarına sebebiyet verebilmektedir. Operatör farkı, deneyim seviyesi, alınan numune hacmi, ekipman/aksesuar temizliği, analiz frekansı vb. potansiyel hatalardan kaynaklı tüm unsurlar göz önüne alındığında, otomatik örnekleme, tam otomatik analiz, sonuç raporlama ve limit dışı değerlerde alarm transferi adımlarını mümkün kılabilecek bir online analiz platformunun sunabileceği avantajlar net bir şekilde ortaya çıkmaktadır. Parametre ölçümleri, numunenin otomatik olarak örneklenmesi ve takip eden tüm analitik süreçlerin herhangi bir müdahaleye gerek duyulmaksızın tamamlanması yolu ile gerçekleşmektedir. Elde edilen analiz sonuçlarının PLC/DCS sistemlerine otomatik olarak aktarılması ve analizörü uzaktan kontrol edebilme kolaylığı sayesinde prosese hızlı müdahale imkanı elde edilmekte ve bu çerçevede önemli avantajlar sağlanmaktadır. Metrohm olarak, proses analizleri konusunda bugüne kadar edindiğimiz tecrübe, bilgi birikimi ve özellikle titrasyon alanında global lider konumumuzun temelini oluşturan zengin uygulama yelpazemiz çerçevesinde, atık su arıtma tesisleri için Endüstri 4.0 nesline uygun, tam otomatik 202X Serisi Tekli-Metot Online Analizör sistemlerimizi beğeninize sunuyoruz. Kesintisiz faal kalabilme, düşük kimyasal tüketimi, güvenilir 7/24 çalışma ve kullanıcı dostu grafik arayüzü gibi avantajları ile 202X Serisi Tekli Metot Online Analizör sistemleri, güvenilir proses izleme ve kontrol gerçekleştirmenizi garanti altına alarak zamandan ve maliyetten tasarruf etmenizi sağlamaktadır. 202X Serisi Tekli Metot Online Analizör sistemleri iki ana donanım segmenti altında gruplanmaktadır: Potansiyometrik ve ISE analiz teknikleri tabanlı ölçümler için 2026 Online Titrolyzer: [caption id="attachment_134260" align="aligncenter" width="573"]

Şekil 7. 2026 Online Titrolyzer[/caption] Fotometrik ve kolorimetrik analiz teknikleri tabanlı ölçümler için 2029 Online Photometer: [caption id="attachment_134270" align="aligncenter" width="535"]

Şekil 8. 2029 Online Photometer[/caption] Her iki sistem varyantında da çarpıcı ortak özellikler öne çıkmaktadır: • Dar endüstriyel alanlar için yerden tasarruf sağlayan kompakt ayak izi, • IP66 uyumlu güvenli ve sağlam dış kasa, • Geniş yelpazede çeşitli sektörler için doğrudan sahada kanıtlanmış uygulamalar, • Uzaktan erişim/kontrol için ethernet, Modbus TCP/ IP ve USB veri aktarım olanağı, • 7” tam renkli dokunmatik ekran üzerinden sistem yönetimi ve trend grafikleri. Standart Ekipman Setleri 202X Serisi Tekli-Metot Online Analizör sistemleri, atık su arıtma prosesinde yer alan parametrelerin analizi ve kontrolü için çeşitli standart sistem bileşenlerine sahip analizör ekipman setleri şeklinde sunulmaktadır:

Örnekleme

202X Serisi Tekli-Metot Online Analizör sistemlerinde numune direkt olarak kapalı bir örnekleme hattı ile reaksiyon kabına getirilmektedir. Böylece manuel örneklemeden farklı olarak dış ortam ile temas etmeyen, doğru örnekleme noktasından çekilmiş temsili numune analizöre gelmektedir. 202X sistemi ile ister tek, ister iki farklı örnek akış noktasından örnekleme yapmak mümkün olabilmektedir.

Güvenilir Analiz Sonuçları

202X Serisi Tekli-Metot Online Analizör sistemleri kullanılarak gerçekleştirilen ölçümler sonucunda elde edilen doğru ve tekrarlanabilir sonuçlar sistemlerin atık su arıtma tesisinin her aşamasına başarılı bir şekilde entegre edilebileceğini göstermektedir. Sistemin tam otomasyon niteliği taşıması sayısız avantajı beraberinde getirmektedir. Manuel analizlere kıyasla gerçekleştirilen tam otomatik online analizlerde hatalı örnekleme, ölçüm noktalarının saptanamaması, yanlış ve tekrarlı olmayan sonuçlar gibi hataların önüne geçilebilmektedir. Numune alma, kimyasal eklemeleri, analiz adımı, sonuçların kaydı gibi tüm prosedürler 202X sistem çatısı altında otomatik olarak sağlandığından, ölçüm hataları, operatörler arası farklılıklar ve analiz süresi tutarsızlıkları ortadan kalkmakta ve el değmeden kesintisiz analizler gerçekleşmesi sayesinde iş gücü gereksinimleri azalırken operatör güvenliği artırılmaktadır. Parametre ölçümlerinin daha doğru, hassas ve verimli hale gelmesi ile birlikte proseste meydana gelebilecek aksaklıklar gerçek zamanlı olarak takip edilebilmekte, kalitede artış elde edilmekte ve üretim tekrarı sorunları minimize edilmektedir. 202X Serisi Tekli-Metot Online Analizör sistemleri, devam eden analizler, elde edilen sonuçlar, alarmlar vb. tüm verileri donanımında var olan dijital ve 4-20 mA analog çıkışlar, Modbus TCP veya VNC gibi iletim alt yapıları ile PLC/DCS veya talep edilebilecek diğer veri sistemlerine aktararak prosesin kesintisiz takibini ve herhangi bir aksama olması halinde anlık müdahaleyi mümkün kılmaktadır. Komple Atık Su Arıtma Prosesi İzleme 202X Serisi Tekli-Metot Online Analizör sistemleri, su arıtma prosesinde yer alan farklı operasyon adımları için tek parametreli başlangıç seviyesi sistemleri oluşturmaktadır. Arıtma tesisinde, birden fazla parametrelerin bir arada ölçülmesi veya analiz frekansı ya da ölçüm noktalarının arttırılması talep edildiğinde, 2035 veya 2060 Proses Analizörleri gibi daha üst seviye modellerimiz sunularak kapsamlı kombinasyonlar elde edilmektedir. 2035 ve 2060 Proses Analizörleri ile 202X sistemlerinde ölçülebilen parametrelere ek olarak; KOİ, toplam/ WAD siyanür, toplam azot, toplam fosfor parametreleri de ölçülebilmektedir. [caption id="attachment_134275" align="aligncenter" width="441"]

| Ocak - Şubat 2022 Şekil 9. 2060 Online Proses Analizörü[/caption] Toplam Arsenik ve ağır metallerin (Hg, Ni, Co, Cu, Cd, Pb, Cr, Zn, Sb) online voltammetrik analizleri ise 2045VA Online Proses Analizörü ile gerçekleştirilebilmektedir.

Sonuç

Metrohm Proses Analitiği, online proses analizlerinde dünya çapında 40 yılı aşkın bir deneyime sahiptir. Atık su arıtma tesislerinde sadece EMEA bölgesinde 900 adeti aşkın kurulu analizör sistemi ekipman parkımız ile müşterilerimize güvenle hizmet vermeye ve sektördeki global tecrübelerimizi sunmaya devam ediyoruz. Metrohm Turkey Proses Analitiği Ekibi olarak proje danışmanlığı, mühendislik ve satış aşamalarından; analizör kurulumu, devreye alma ve eğitim, sistem bakımı, aksesuar ve yedek parça tedariği, destek, servis ve onarım süreçlerine kadar uzanan geniş bir yelpazede kapsamlı hizmetler sunabilmekteyiz. Metrohm Process Analytics EMEA Bölge Merkezi ile entegre çalışan yerel yapımız sayesinde tüm online analiz gereksinimleriniz için yanınızdayız.

Kaynaklar

1) 80005233EN 2026 Titrolyzer/2029 Process Photometer– Powerful and compact single method online analyzers. 2) 8.000.5358EN Metrohm Process Analytics – Online Analyzers for Municipal Wastewater Analysis. 3) EPA, 2004, Primer for Municipal Wastewater Treatment Systems, Washington DC. 4) EPA, 2000, Waste Water Technology Fact Sheet, Washington DC. 5) National Research Council, 1996, Use of Reclaimed Water and Sludge in Food Crop Production, Washington DC: The National Academies Press.