BİYOLOJİK ATIKSU ARITMA TESİSİ

olarak sıralanabilir. Bu nedenle azot ve fosforun kontrolü su kalitesi yönetiminde ve atıksu arıtma sistemlerinin tasarımında büyük öneme sahiptir. Besi maddelerinin kontrol stratejileri, azot ve fosforun giderim ve kontrolünü içermekte olup bu bölümde detaylı olarak incelenecektir.

Besi Maddeleri Kontrol Stratejisi

Besi maddelerinin kontrol stratejisinin seçiminde, ham atıksu özelliklerinin belirlenmesi, mevcut arıtma sistemi ve istenen besi maddesi kontrol seviyesi önemli faktörlerdendir. Ayrıca, mevsimsel değişimlere paralel olarak yıl boyunca besi maddesi gideriminin değişimi de dikkate alınmalıdır. Besi maddesi kontrolünü amaçlayan yaklaşımlar, ilave proses yapılmasını veya mevcut biyolojik arıtma sisteminin besi maddesi giderecek duruma getirilmesini hedefler. Yaklaşım seçimi ise deşarjda istenen standartlara ulaşabilmeye, işletmenin esnekliğine ve maliyete bağlıdır.

Kimyasal, fiziksel ve biyolojik sistemlerin ilavesi ile mevcut arıtma sistemlerinde besi maddelerinin deşarjı kontrol edilebilmektedir. En çok kullanılan ilave prosesler, azot giderimi için amonyak oksidasyonu ve biyolojik nitrifikasyon-denitrifikasyon, fosfor giderimi için ise kimyasal çöktürmedir. Ayrıca, fosforun yalnız veya azot ile birlikte giderimi için yeni biyolojik prosesler geliştirilmiştir. Bu prosesler, kimyasal kullanımının az olmasından veya hiç kimyasala ihtiyaç duyulmamasından dolayı tasarımcılar ve işletmeciler tarafından tercih edilmektedir. Son yıllarda, özellikle artıma tesislerini yan akımlarından tesis başına dönen azotun giderimine yönelik yenilikçi azot giderme prosesleri geliştirilmiştir.

Azot Giderimi ve Kontrolü

Ham atıksuda bulunabilecek farklı azot formları aşağdaki şekilde gösterilmiştir. Azot evsel atıksularda genelde amonyak ve organik azot olarak bulunur. Azotun nitrit ve nitrat formları ise bazı endüstriyel atıksular haricinde evsel atıksularda yok sayılabilecek kadar az bulunurlar. Azot formlarından çözünmüş organik azot, atıksuda daha çok üre ve aminoasit halinde bulunur. Katı formdaki organik azot ise protein gibi kompleks organik maddelerin içinde bulunur ve özellikle ön çökeltim ile giderilen organik madde ile birlikte kısmen giderilir. Biyolojik arıtma sırasında, organik azotun birçoğu amonyum ve diğer inorganik formlara dönüşürken amonyumun bir kısmı da mikroorganizmalar tarafından hücre sentezinde kullanılır. Bu nedenle, konvansiyonel biyolojik arıtma (sadece karbon giderimine yönelik) ile toplam azotun en fazla %30’unun giderildiği söylenebilir.

Fosfor Giderimi

Fosfor atıksularda çözünmüş ve partiküler halde bulunabilir. Çözünmüş fosfor genelde inorganik formunda olup, büyük oranda ortofosfattan oluşur. Organik fosfor ise atıksudaki organik maddelerin içerisinde bağlı olarak bulunur ve genelde partiküler formdadır. Partiküler inorganik fosfor ise fosforun atıksudaki diğer iyonlarla yaptığı ve çözünürlüğü düşük katılardır (ör: FePO₄, Al₃(PO₄)₂, MgNH₄PO₄ gibi). Evsel atıksularda toplam fosforun %’u kadarı partiküler fosfor olup, bunu bir kısmı ön çökeltim prosesi ile giderilir. Mikroorganizma tarafından hücre sentezinde kullanılan miktar hariç, kalan çözünmüş fosforun konvansiyonel biyolojik arıtma ile giderimi oldukça zordur.

Fosforun gideriminde fiziksel, kimyasal ve biyolojik metotlar kullanılabilmektedir. Demir veya alum tuzları ya da kireç ile yapılan kimyasal çöktürme fosfor gideriminde çok kullanılmaktadır. Biyolojik fosfor giderimi ise, mikroorganizmaların strese sokularak hücre büyümesi için gerekenden daha fazla fosforu bünyelerine almaları esasına dayanır. Bu biyolojik proses, kimyasal arıtmaya alternatif olarak geliştirilmiştir.

Nitrifikasyon ile Amonyak Giderimi

Nitrifikasyon Prosesi: Stokiyometri ve Kinetik

Aktif Çamur Prosesi

Nitrifikasyon, atıksuda mevcut amonyum (NH₄⁺) iyonlarının bakteriler tarafından önce nitrite sonra da nitrat iyonlarına dönüştürülmesidir. Amonyumu nitrite oksitleyen bakteri türleri Nitrosomonas ve Nitrosococcus olarak bilinmektedir. İlk basamakta nitrite (NO₂^-) oksitlenen amonyum iyonları, ikinci basamakta Nitrobakter tarafından nitrata (NO₃^-) dönüştürülür. Ototrofik nitrifikasyon bakterileri büyüme ve hücre metabolizması için gerekli bütün enerjiyi, inorganik azot bileşiklerinin oksidasyonu sonucu açığa çıkan serbest enerjiden sağlarlar. Hücre büyümesi için gereken karbon kaynağını ise karbondioksitten veya bikarbonattan elde ederler.

Birinci adıma (nitritasyon) ait enerji reaksiyonu,

NH₄⁺ + 3/2 O₄ → NO₂^- + 2H⁺ + H₂O (Nitrosomonas)

iken ikinci adıma (nitratasyon) ait enerji reaksiyonu,

NO₂^- + 1/2 O₂ → NO₃^- (Nitrobakter)

şeklinde olmaktadır. Bunlara bağlı olarak toplam enerji reaksiyonu aşağıdaki ifade ile verilebilmektedir.

NH₄⁺ + 2O₂ → NO₃^- + 2H⁺ + H₂O

Hücre sentezi dahil edilmediğinde amonyumun nitrata oksidasyonu için gereken teorik oksijen miktarı, yukarıdaki nitritasyon eşitliğinden 64/14=4,57 mg O₂/mg NH₄-N olmaktadır. Nitritasyon ve nitrasyon reaksiyonları sonucu açığa çıkan enerjiyi her iki bakteri türü çoğalma ve hücre bakımı için kullanır. Enerji eldesinin yanı sıra, bazı amonyum iyonlarının hücre dokusunu oluşturan proteinlerin sentezi için kullanıldığını da gösteren sentez reaksiyonu aşağıda verilmektedir.

NH₄HCO₃ + 0,9852NaHCO₃ + 0,0991CO₂ + 1,8675O₂ → 0,01982C5H₇O₂N + 0,9852NaNO₃ + 2,9232H₂O + 1,9852CO₂

Burada C₅H₇O₂N kimyasal formülü sentezlenen bakteri hücresini temsil etmektedir. Amonyak ve nitriti oksitleyen bakterilerin hücre dönüşüm oranları sırasıyla 0,12 g UAKM/g NH₄-N ve 0,04 g UAKM/g NO₂-N olarak belirlenmiştir. Kararlı halde nitrifikasyon bakterilerinin çoğalma hızı Monod kinetiği ile tanımlanmaktadır. Nitrifikasyon prosesi için belirlenen kinetik hız sabitleri aşağıdaki tabloda verilmektedir. Ototrofik nitrifikasyon bakterileri düşük çoğalma hızına sahiptirler ve çevre şartlarına çok hassastırlar.

Burada;

S_NH4 : Amonyum azotu konsantrasyonu
S_O2 : Oksijen konsantrasyonu

Nitrifikasyon prosesi sırasında alkalinite tüketilir. Giderilen 1 g NH₄-N başına stokiyometrik olarak 7,14 g CaCO₃’a ihtiyaç duyulur. Atıksuda yeterli alkalinite bulunmadığı durumda pH düşer ve nitrifikasyon prosesinin hızı yavaşlar. Bu nedenle gerekli hallerde alkalinite takviyesi yapılmalıdır.

Aktif çamur sistemlerinde nitrifikasyon birçok bileşik tarafından inhibe edilmektedir. Ancak sistemde nitrifikasyonun olmamasının nedeni her zaman inhibisyon değildir. Bazı durumlarda nitrifikasyon bakterilerinin sistemden atılmış olma ihtimali de olabilir. Bu nedenle sistemin çamur yaşının dikkatli bir şekilde kontrol edilmesi gereklidir. Aşağıdaki tabloda verildiği gibi bazı ağır metaller nitrifikasyonu inhibe etmektedir. Tabloda literatürden alınan çeşitli metallerin inhibisyon konsantrasyonları bulunmaktadır ve aktif çamurdaki karbon gideren bakterilerin nitrifikasyon bakterilerine oranla daha az etkilendiği görülmektedir. Sıvı ve çamur fazındaki metal iyon aktivitesinin çok farklı olması nedeniyle aktif çamurdaki bakteriler yüksek metal konsantrasyonuna daha fazla direnç gösterirler. Sülfür bileşikleri, anilin, fenoller ve siyanür gibi bazı organik bileşikler çok kuvvetli inhibisyon etkisi gösterirler. Mikroorganizmalar birden fazla inhibitör bileşiğine aynı anda maruz kalırsa genellikle bir bileşiğin inhibisyonu baskın olmaktadır.

Nitrifikasyon Proseslerinin Sınıflandırılması

Nitrifikasyon prosesleri, karbon oksidasyonu ve nitrifikasyon reaksiyonlarının birlikte veya ayrı meydana gelmesine bağlı olarak sınıflandırılır. Karbon oksidasyonu ve nitrifikasyonun bir reaktör içinde meydana gelmesi durumunda sistem “birleşik (tek çamurlu) sistem” olarak adlandırılır. “Ayrık (çok çamurlu) sistem”de ise karbon oksidasyonu ve nitrifikasyon farklı reaktörlerde meydana gelir ve heterotrofik ile ototrofik mikroorganizmalar bir arada bulunmazlar. Tek ve çift çamurlu nitrifikasyon sistemleri aşağıdaki şekilde gösterilmektedir.

Birleşik (Tek Çamurlu) Sistemler

Tek çamurlu sistemlerde karbon gideriminden sorumlu heterotrofik bakteriler ve nitrifikasyon yapan ototrofik bakteriler aynı reaktörde bulunur. Nitrifikasyon bakterileri hemen hemen bütün aktif çamur proseslerinde bulunurlar ancak sayıları oldukça azdır. Nitrifikasyon prosesi, ardışık kesikli, tam-karışımlı, piston akımlı, uzun havalandırmalı aktif çamur sistemi gibi birçok konfigürasyonda gerçekleştirilebilmektedir. Ancak, nitrifikasyon prosesinin bu sistemlerde gerçekleşmesi gerekli çevre şartlarının ve işletme parametrelerinin nitrifikasyon bakterilerine göre ayarlanmasıyla gerekmektedir. Örneğin, ılıman iklimlerde artan nitrifikasyon hızı ve artan çamur miktarı daha fazla hava gereksinimini de beraberinde getirir. Buna karşın düşük sıcaklıklarda nitrifikasyon bakterilerinin sistemde çoğalmasını sağlayabilmek için çamur yaşının arttırılması gerekebilir. Böylece mevsimsel olarak önlem alınması gerekebilir. Karbon giderimi ve nitrifikasyonun birlikte gerçekleştirilebileceği bazı aktif çamur sistemleri için tipik tasarım parametreleri aşağıdaki tabloda verilmektedir.

Nitrifikasyon birleşik aktif çamur sisteminde gerçekleşiyorsa sistemin kararlılığı için aşağıdaki işletme koşulları sağlanmalıdır:

• Nitrifikasyon için ilave oksijen gereklidir. Sisteme gerekli hava sağlanmalıdır.
• Uzun çamur yaşı seçilmelidir. Nitrifikasyon bakterileri ototrofik bakteriler olup, organik maddeleri parçalayan heterotrofik bakterilerden daha yavaş çoğalma hızına sahiptirler. Bu nedenle bu bakterilerin etkin olabilmesi için daha büyük çamur yaşına ihtiyaç vardır.
• Mikrobiyolojik dönüşüm nedeniyle ortamın pH’ı düştüğünde kireç veya soda ilavesiyle pH ayarlaması yapılmalıdır.

Nitrifikasyon prosesi mikroorganizmaların bir yüzey üzerinde tutunmasına dayalı biyofilm reaktörlerde de gerçekleştirilebilir. Damlatmalı filtre ve dönen biyodisk sistemleri, karbon oksidasyonu ve nitrifikasyonun beraber meydana geldiği biyofilm sistemlerine örnektir. Tam karışımlı sistemlerde olduğu gibi, biyofilmli sistemlerde de nitrifikasyon için tasarım ve işletme şartları önemlidir. İşletme parametrelerine örnek olarak organik yükleme verilebilir. Yüklemenin (F/M’in) azaltılmasıyla nitrifikasyon artacaktır. Bu nedenle bu tip sistemler genelde kademeli olarak tasarlanır ve kullanılırlar. Ön kademedeki reaktörler özellikle karbon giderimini, son kademedeki reaktörler ise nitrifikasyonu gerçekleştirir.

Damlatmalı filtrelerde taş dolgu malzemesi kullanılması durumunda, yüksek organik yüklerde malzeme üzerinde oluşan biyofilm heterotrofik bakteri ağırlıklı olacağından nitrifikasyon verimi düşük olacaktır. Ancak dolgu maddesinin plastik olması durumunda, daha geniş yüzey alanı elde edileceğinden bakteri tutma kapasitesi de daha fazla olacaktır. Bu sayede, yüksek organik yüklerde bile yüksek nitrifikasyon verimlerine ulaşılabilmektedir. Plastik malzeme kullanımının diğer faydası ise daha fazla oksijen transferi sağlamasıdır. Damlatmalı filtreler de karbon giderimi ve nitrifikasyon için kullanılabilecek tipik akım şemaları aşağıda gösterilmektedir. Damlatmalı filtrelerde nitrifikasyon için genelde 2 kademeli sistemler kullanılmakta olup, birinci kademe filtrede karbon giderimi ikinci kademede ise nitrifikasyon yapılmaktadır.

Döner biyodisklerde de amonyumun oksidasyon verimi sistemdeki yüzey alanına bağlıdır. Bu tip sistemler de genelde kademeli olarak aşağıdaki şekilde tasarlanır ve işletilir. Kademe sayısı arıtma hedeflerine göre değişmekle beraber, BOİ giderimi için 2-4, nitrifikasyon için ise en az 6 kademe yapılması önerilir. Nitrifikasyon için gerekli yüzey alanı iki adımda belirlenebilmektedir. Birinci adımda, BOİ giderimi için gerekli yüzey alanı, ikinci adımda ise giriş amonyum konsantrasyonunu istenen seviyeye kadar arıtmak için gereken disk yüzey alanı bulunur. İki yüzey alanının toplamı, birleşik karbon oksidasyonu ve nitrifikasyon prosesinin gerçekleşmesi için gerekli toplam alanı vermektedir. Kullanılan disklerin yüzey alanı genelde 9300-16700 m₂/disk aralığında değişir. Döner biyodiskler için tipik tasarım parametreleri aşağdaki tabloda verilmektedir.

Ayrık Nitrifikasyon Sistemleri

Askıda çoğalan ve biyofilm sistemlerin her ikisi de ayrık veya birleşik nitrifikasyon prosesi için kullanılabilmektedir. Nitrifikasyonun ayrı reaktörde gerçekleştirilmesi, büyük bir proses esnekliği ve emniyeti sağlamaktadır. Karbon giderimi ve nitrifikasyon prosesleri birbirlerinden bağımsız olarak işletilebilmektedir ve bu sayede her iki proses de ayrı ayrı optimize edilebilmektedir. Ayrıca, nitrifikasyon bakterileri için toksik olabilecek organik bileşiklerin potansiyel etkisi de karbon oksidasyonu sırasında azaltılabilmektedir.

Aşağıda gösterilen sistemde ise, birinci tanka yüksek F/M oranında yükleme uygulanabileceğinden bu tankın hacmi daha küçük yapılabilmektedir. Fakat bu durumda sistem yük değişimine karşı daha hassas bir duruma gelmektedir. Bu tip reaktörlerde daha çok çamur oluşur. Ancak, her iki tanktaki çamuru birbirlerinden ayrı tutmak için ek bir çökeltme havuzu yapılmaktadır. Bu sisteminin en önemli faydası nitrifikasyon veriminin yüksek olmasıdır. Özellikle gelen atıksuda toksik madde bulunma ihtimali varsa bu sistem daha faydalı olmaktadır. Çünkü toksik bileşiklerin ilk havuzda giderilmesi veya etkisini kaybetmesi söz konusudur. Böylece tesisin ikinci bölümünde yer alan nitrifikasyon bakterileri korunmuş olur. Ancak, bu sistemlerde ara kademe çökeltim havuzları gerekeceğinden ilk yatırım maliyeti tek çamurlu sistemlere göre daha yüksek olur.

Azotun Nitrifikasyon-Denitrifikasyon Prosesleri ile Giderimi

Atıksudaki azot biyolojik olarak iki adımda giderilir. Birinci adımda amonyum havalı ortamda nitrata dönüştürülürken (nitrifikasyon) ikinci adımda nitrat azot gazına dönüştürülür (denitrifikasyon). Denitrifikasyon metanol ilavesi veya uygun organik maddelerin karbon kaynağı olarak kullanımı ile ayrı bir reaktörde veya birleşik nitrifikasyon-denitrifikasyon sistemlerinde yapılabilmektedir. Biyolojik nitrifikasyon-denitrifikasyon prosesi, aşağıdaki sebepler dolayısıyla azot gideriminde kullanılan en yaygın metotlardandır.

• Arıtma verimi yüksektir.
• Proses kararlılığı ve güvenilirliği fazladır.
• Proses kontrolü diğer sistemlere kıyasla kolaydır.
• Maliyeti yüksek değildir.

Denitrifikasyon Prosesi: Stokiyometri ve Kinetik

Denitrifikasyon prosesi heterotrofik bakteriler tarafından gerçekleştirilir. Bu proseste organik madde elektron kaynağı, nitrat ise elektron alıcı olarak kullanılır. Farklı karbon kaynakları için denitrifikasyon stokiyometrisi aşağıdaki gibidir;

Atıksu içerisindeki organik madde:

C₁₀H₁₉O₃N + 10 NO₃^- → 5N₂ + 10 CO₂ + 3 H₂O + NH₃ + 10 OH^-

Metanol:

CH3OH + 6 NO₃^- → 3N₂ + 5CO₂ + 7 H₂O + 6 OH^-

Asetat:

CH₃COOH + 8NO₃^- → 4N₂ + 10 CO₂ + 6H₂O + 8OH^-

Yukarıdaki stokiyometrik reaksiyonlara hücre çoğalması dahil edilmediğinden gerçekte gerekli organik madde miktarı bu denklemlerde verilenden daha fazla olacaktır. Mikroorganizma çoğalması da eklendiğinde 1 g NO₃ azotunu gidermek için gerekli organik madde miktarı (KOİ biriminde) aşağıdaki denklem ile hesaplanabilir.

Burada;
2,86 : Nitrat azotunun oksijen eşdeğeri (g O₂/g NO₃-N)
𝑌𝑛 : Mikroorganizma net dönüşüm oranı (g UAKM/g KOİ)
ifade etmektedir.

Mikroorganizma net dönüşüm oranı sistemin çamur yaşına (SRT) ve biyokütle ölüm hızına (b) bağlı olarak ifade edilebilir.

Buna göre denitrifikasyon için gerekli organik madde miktarı sistemin çamur yaşı ve biyokütle dönüşüm oranı ile bağlantılıdır. Organik madde kaynağına göre anoksik şartlarda görülen mikroorganizma dönüşüm oranı 0,28-0,4 g UAKM/g KOİ aralığında değişmektedir. Bu durumda 1 g nitrat azotunu gidermek için 4,8-6,6 g KOİ’ye ihtiyaç duyulmaktadır. Denitrifikasyon sırasında ayrıca giderilen nitrat azotu başına 3,57 g CaCO₃ alkalinitesi üretilir. Bu sayede nitrifikasyon sırasında tüketilen alkalinitenin yarısı geri kazanılmış olur.

Nitrifikasyon ve denitrifikasyon proseslerinin stokiyometrik karşılaştırılması aşağıdaki tabloda verilmiştir.

Aşağıdaki tabloda karbon kaynağının türüne göre denitrifikasyon hızları verilmektedir. Buna göre en yüksek denitrifikasyon hızları metanol gibi mikroorganizmalar tarafından kolay tüketilebilen organik maddelerle elde edilmektedir. Mikroorganizmanın içsel solunumu ile gerçekleşen denitrifikasyon ise oldukça yavaştır.

Denitrifikasyon için dışsal karbon kaynakları kullanılması halinde denitrifikasyon için gerekli organik madde miktarı teorik olarak hesaplanabilir. Örneğin ortamda nitrat, nitrit ve çözünmüş oksijenin bulunması durumunda metanol ihtiyacı aşağıdaki eşitlik ile hesaplanabilir: Burada,

𝐶𝑚 : gerekli metanol konsantrasyonu, mg/L
𝑁₀ : başlangıç nitrat konsantrasyonu, mg/L
𝑁₁ : başlangıç nitrit konsantrasyonu, mg/L
𝐷₀ : başlangıç çözünmüş oksijen konsantrasyonu, mg/L

Denitrifikasyon prosesi için kinetik parametreler aşağıdaki tabloda verilmektedir. Tablodan da görülebileceği üzere denitrifikasyon yapan heterotrofik bakterilerin çoğalma hızı nitrifikasyon bakterilerine göre oldukça yüksektir. Bu nedenle nitrifikasyon-denitrifikasyon yapan aktif çamur sistemleri daha hassas ve yavaş çoğalan nitrifikasyon bakterilerinin sistemdeki kalış sürelerine göre tasarlanır.

Denitrifikasyon Proseslerinin Sınıflandırılması

Karbon oksidasyonu, nitrifikasyon ve denitrifikasyon tek sistem içinde gerçekleştirilebilir. Nitrifikasyon yapıldıktan sonra denitrifikasyon yapılması sistemde oksijen tasarrufu sağlar. Ayrıca uygun konfigürasyonun kullanılması halinde denitrifikasyon için ilave karbon kaynağına gerek kalmaz. Nitrifikasyon-denitrifikasyonun gerçekleştirildiği aktif çamur prosesleri önde denitrifikasyon, sonda denitrifikasyon ve simultane denitrifikasyon sistemleri olarak gruplandır. Azot giderimi için sık kullanılan aktif çamur sistemlerinin tipik tasarım kriterleri aşağıdaki tabloda verilmektedir.

Önde Denitrifikasyon Sistemleri

Önde denitrifikasyon proseslerinin en önemli avantajı atıksudaki organik maddelerin denitrifikasyon amacıyla kullanılabilmesi ve ilave karbon kaynağına ihtiyaç duyulmamasıdır. Bu sistemlerin en önemlileri Modifiye Ludzack-Ettinger Prosesi (MLE) ve dört basamaklı Bardenpho prosesleridir. Bu sistemler ile atıksudaki toplam azotun %60-80’i giderilebilmektedir. Nitrat giderme verimi atıksudaki mevcut organik madde miktarına ve nitrat geri devir oranına bağlıdır.

MLE Prosesi

MLE prosesi en çok kullanılan azot giderme proseslerinden biridir. Aerobik bölgede üretilen nitrat azotunun sistemin başına geri devrettirilmesi (içsel geri devir) ile nitratın atıksudaki organik maddeden yararlanılarak giderilmesi esasına dayanır. İçsel geri devir oranı giriş atıksu debisinin 2-4 katıdır. Atıksuda yeterli organik madde bulunması ve anoksik bölmenin uygun hacimde tasarlanması halinde çıkışta 4-7 mg NO₃-N konsantrasyonlarına inilebilir. Sadece karbon giderimine yönelik konvansiyonel aktif çamur sistemleri bu proses uygun olarak kolayca modifiye edilebilir ve çıkış azot konsantrasyonları düşürülebilir.

Bardenpho Prosesi (Dört basamaklı)

Dört basamaklı Bardenpho prosesinde denitrifikasyonun olabilmesi için karbon kaynağı olarak hem atıksudaki karbon, hem de içsel solunum sonucu açığa çıkan karbon kullanılır. Bu bakımdan 4 basamaklı Bardenpho prosesi hem önde hem de sonda denitrifikasyon yapılan bir sistemdir. Karbon oksidasyonu, nitrifikasyon ve denitrifikasyon için havuzda ayrı bölümler kullanılır. Atıksu öncelikle anoksik olan denitrifikasyon reaktörüne girer. Bu reaktöre aynı zamanda karbon oksidasyonu-nitrifikasyon reaktörü çıkış suyu da geri döndürülerek verilmektedir. Atıksudaki karbon, geri döndürülen sudaki nitratı denitrifiye etmek için kullanılır. Organik yükleme yüksek olduğundan, denitrifikasyon da hızlıdır. Atıksudaki amonyum ilk anoksik ortama girmektedir ve hiçbir değişime uğramadan sistemdeki ilk havalandırma tankına gelir. Bu tanktan çıkan nitrifiye olmuş atıksu, ikinci anoksik reaktöre girer. Bu ikinci reaktörde içsel solunum ile karbon sağlanır ve denitrifikasyon gerçekleştirilir. İkinci havalı reaktör nispeten küçük olup, azot gazının ortamdan uzaklaştırılması ve içsel solunum sonucu açığa çıkan amonyağın nitrifiye edilmesi için kullanılır. Bardenpho presesinin geliştirilmiş şekli olan beşli reaktör sistemi de azot ve fosforun birlikte arıtımı için kullanılmaktadır.

Simultane Denitrifikasyon Sistemleri

Simultane denitrifikasyon sistemleri karbon oksidasyonu, nitrifikasyon ve denitrifikasyon proseslerinin aynı ortamda gerçekleştirildiği sistemlerdir. Bu tip sistemler oksijenin aktif çamur flokları içerisine difüzyonu esasına dayanmaktadır. Buna göre flok merkezine doğru oksijen tükenerek anoksik şartlar hakim olur ve denitrifikasyon gerçekleşir. Bu sistemlerin en önemli örneği oksidasyon hendekleridir. Oksidasyon hendeği gibi sistemlerde kesikli havalandırma ve oksijen kontrolü uygulaması ile tek reaktör içerisinde karbon giderimi, nitrifikasyon ve denitrifikasyon proseslerini gerçekleştirilebilir. Oksidasyon hendeği akış şeması yukarıda verilmektedir. Ayrıca, ardışık kesikli reaktörlerde de işletme şartları (havalandırma, besleme süreleri) ayarlanarak simultane denitrifikasyon prosesi gerçekleştirilebilir.

Oksidasyon Hendeği

Oksidasyon hendeğinde atıksu fırça tipi hareketli yüzeysel havalandırıcılar ile ya da reaktörün belirli bölgelerine döşenen difüzörler ile havalandırılır ve kanalda hareket etmesi sağlanır. Hendekte havalı bölüm havalandırıcının arkasında, anoksik bölüm ise havalandırıcının önündedir. Havalandırıcının dönüş hızı ve hareket hızı kontrol edilerek sudaki oksijenin istenilen seviyede kalması sağlanır. Son yıllarda, oksidasyon hendeklerinde fırça tipi yüzeysel havalandırıcılar yerine tankın belirli bölgelerine döşenen difüzörler kullanılmaktadır. Buna göre difüzör döşenen bölgeler havalı, diğer bölgeler ise anoksik olur. Anoksik bölgelere yerleştirilen yavaş hızlı karıştırıcılar ile aktif çamurun askıda kalması ve akımın yönlendirilmesi yapılır.

Sonda Denitrifikasyon Sistemleri

Sonda denitrifikasyon sistemleri karbon kaynağının dışarıdan eklenip eklenmemesine göre ikiye ayrılabilir. Denitrifikasyon prosesi için gerekli karbon metanol, asetat gibi kolay ayrışabilen organik maddelerin sisteme dışarıdan eklenmesi ile sağlanabilir. Ancak, bu durum işletme maliyetlerini oldukça arttıracaktır. Teorik olarak 1 g nitrat azotunu giderebilmek için 4,8-6,6 g KOİ’ye ihtiyaç duyulmaktadır. Dışsal karbon kaynağı olarak kullanılabilecek ucuz karbon kaynaklarının, örneğin endüstriyel atıksular, fermantasyon atıkları gibi, bulunması halinde işletme maliyetleri düşürülerek yüksek nitrat giderme verimlerine ulaşılabilir. Ancak, dışarıdan karbon kaynağı eklenirken karbonun fazlasının çıkış suyu kalitesini olumsuz etkileyebileceğinden sistem çok iyi optimize edilmelidir. Sonda denitrifikasyon sistemlerinde dışsal karbon yerine mikroorganizmanın içsel solunumu sonucu açığa çıkan karbon da kullanılabilir. Ancak, içsel solunum ile denitrifikasyon hızı oldukça yavaş olduğundan, yeterli denitrifikasyon verimini elde edebilmek için anoksik reaktörün hacmi çok büyük olmalıdır. Ayrıca denitrifikasyon ile açığa çıkan azot gazının son çökeltim havuzu verimini azaltmaması için anoksik bölmenin çıkışında kısa süreli (10-20 dakika) bir havalandırma yapılarak azot gazının floklardan uzaklaştırılması gerekebilir.