Biyolojik fosfor giderme mekanizması

Fosfor yalnızca hücre bakımı, sentezi ve enerji aktarımı amacıyla kullanılmaz, depolanarak sonraki safhada mikroorganizmaların kullanımı için de saklanır. Havasız ortamda, bu mikroorganizmalar atıksudaki uçucu yağ asidi gibi kolay ayrışan organik maddeleri hücrelerine alarak poli-hidroksi bütirat olarak depolarlar. Bu işlem sırasında enerji kullandıklarından ortama fosfor salarlar. Aerobik şartlarda ise hücre içine depoladıkları organik maddeyi enerji üretimi için kullanırlar. Bu işlem sırasında havasız ortamda saldıkları fosfordan daha fazlasını hücrelerine alarak depolarlar. Bu esasa dayanılarak geliştirilen fosfor gideren tipik biyolojik arıtma sistemleri aşağıda verilmektedir. Bu proseslerin tasarım kriterleri aşağıdaki tabloda özetlenmiştir.

• A/O prosesi (Phoredox),
• Phostrip prosesi,
• Ardışık kesikli reaktörler (AKR)

A/O prosesi

A/O prosesi, atıksulardan karbon ve fosfor gideriminde kullanılır. Askıda çoğalma esasına dayalı bir sistem olup havalı ve havasız bölümlerden oluşan bir reaktörde gerçekleştirilir. Sistemde nitrifikasyonun gerçekleşmesini önlemek ve fosfor giderme verimini artırmak için çamur yaşı 2-5 gün aralığında tutulur. Havasız bölmede hidrolik bekletme süresi 0,5-1 saat aralığındadır. Havalı bölümde uygun hidrolik ve çamur kalış süreleri oluştuğunda nitrifikasyonda gerçekleşebilir. Ancak sistemde nitrifikasyonun gerçekleşmesi (nitrat oluşumu) fosfor giderim verimini olumsuz etkileyebilir. Fosfor arıtma verimi, atıksu karakteristiklerine özellikle de BOİ/P oranına bağlıdır. Bu oran 10’u aştığında çıkış suyundaki fosfor konsantrasyonu 1 mg/L veya daha altına indirilebilir. BOİ/P oranının 10’dan daha küçük olması durumunda metal tuzları ile fosfor ilave giderimi yapılabilir.

PhoStrip Prosesi

PhoStrip prosesi biyolojik ve kimyasal fosfor giderme proseslerinin birlikte uygulandığı bir prosestir. Havasız ve havalı bölmelerden oluşan reaktörde mikroorganizmaların fosfor depolaması sağlanır. Geri devir çamurunun bir kısmı havasız fosfor sıyırma tankına alınır. Sıyırma tankında kalma zamanı 8-12 saat arasında değişir. Sıyırma tankı havasız koşullarda işletildiğinden mikroorganizma bünyesine aldığı fosforu salar. Fosfor çamur fazından sıvı faza geçer, böylece çamurun fosfor konsantrasyonu düşmüş, atıksuyunki ise yükselmiştir. Bu çamur tekrar sisteme geri döndürülür. Fosfor bakımından zengin atıksu ise ayrı bir tanka alınır ve fosfor, kireç veya metal tuzları ile çöktürülür. Bu sistemde, fosfor kimyasal olarak ortamdan uzaklaştırılmış olur. Bu sistemler çıkış suyundaki fosforu 1 mg/L’nin altına kadar düşürebilir.

Ardışık Kesikli Reaktör (AKR)

Bu reaktörler, hem karbon oksidasyonu, hem de azot ve fosfor giderimi için kullanılabilir. Gerekli arıtma reaktörün işletme şartlarını değiştirerek ve gerektiğinde kimyasal ilavesi ile sağlanabilir. Bu sistemde reaksiyon zamanı 3 ile 24 saat arasında değişebilir. Havalı ve havasız reaksiyon süreleri değiştirilerek nitrifikasyon ve denitrifikasyon reaksiyonları da aynı sistemde gerçekleştirilebilir.

Azot ve Fosforun Birlikte Biyolojik Olarak Giderimi

Azot ve fosforun birlikte arıtımı için birçok biyolojik proses geliştirilmiştir. Bunların çoğu özel sistemler olup, azot ve fosfor giderimi için havalı, havasız ve anoksik bölümlerin bileşiminden oluşmuş aktif çamur prosesi formundadır. Bu proseslerin bazıları temelde fosfor giderimi için geliştirilmiş olup, daha sonra azot ve fosforun birlikte arıtılabileceği sistemlere dönüştürülmüştür. Çok yaygın olarak kullanılan sistemler:

• A²/O prosesi,
• Beş basamaklı Bardenpho prosesi,
• UCT prosesi,
• VIP prosesidir.

Bu 4 prosesin tipik tasarım kriterleri aşağıdaki tabloda verilmiştir. Bunların yanında ardışık kesikli reaktörler de, aynı şekilde birleşik azot ve fosfor gideriminde kullanılabilmektedir.

A²/O Prosesi

A²/O prosesi, A/O prosesinin bir modifikasyonu olup, denitrifikasyon için anoksik bölüm de içermektedir. Anoksik bölümde kalma zamanı yaklaşık olarak bir saattir. Anoksik bölümde çözünmüş oksijen düşüktür, ancak nitrit ve nitrat formundaki kimyasal bağlı oksijen havalı bölümden yapılan geri devirle sisteme verilmektedir. Çıkışta filtrasyon olmaksızın, 2 mg/L’den daha az fosfor konsantrasyonu elde edilebilmektedir. Ancak, çamur geri devrinin anaerobik bölmeye yapılması fosfor giderimini olumsuz etkilemektedir. Anaerobik bölmeye gelen nitrat konsantrasyonunun azaltılması amacıyla birçok farklı modifikasyon geliştirilmiştir.

Bardenpho Prosesi (Beş basamaklı)

Azot gideriminde kullanılan Bardenpho prosesinin, azot ve fosfor giderimi için geliştirilmiş şeklidir. Fosfor giderimi amacıyla biyoreaktörün giriş kısmına bir havasız bölme ilave edilmiştir. Beş basamaklı sistemde havalı, havasız ve anoksik bölümler fosfor, azot ve karbon gideriminde rol oynarlar. Sıvı karışım birinci havalı bölümden anoksik bölüme geri beslenir. İkinci anoksik bölüm, havalı bölümde oluşan nitratı elektron alıcı, içsel organik karbonu ise elektron verici olarak kullanıp ilave denitrifikasyonu sağlar. Çıkışta 3-5 mg/L toplam azot konsantrasyonu elde edilebilir. Son havalı bölüm ise kalıntı azot gazını çözeltiden sıyırmak ve atıksuya oksijen kazandırarak son çökeltim havuzunda fosfor salımını en aza indirmek için kullanılır. Uzun çamur yaşında çalıştırıldığından dolayı (10-20 gün) karbon oksidasyon kapasitesi de yüksektir. Bu sistemin fosfor giderme verimi UCT ve VIP proseslerine göre daha düşüktür.

UCT Prosesi

Cape Town üniversitesi tarafından geliştirilen UCT prosesi, temelde A²/O prosesine benzemektedir. Burada amaç havasız bölmeye geri dönen nitrat konsantrasyonunun azaltılarak fosfor giderimi için optimum şartların sağlanmasıdır. Aktif çamur, havasız bölüm yerine, anoksik bölüme geri döndürülür ve nitrat geri devri ise havalı bölümden anoksik bölüme doğrudur. Aktif çamurun anoksik bölüme geri döndürülmesi ile nitrat havasız bölüme girmez, böylece havasız bölümde atıksudaki organik maddenin fosfor giderimi için daha fazla kullanımı ve fosforun daha iyi açığa çıkması sağlanır. Anoksik bölümdeki karışım, önemli miktarda çözünmüş BOİ ve az miktarda nitrat içerir. Anoksik karışım havasız bölüme geri devrettirilerek, havasız bölümde fermantasyon için optimum şartlar sağlanır. Ancak anoksik bölümden yapılan geri devir, son çökeltim havuzundan yapılan geri devre göre daha az mikroorganizma içerdiğinden havasız bölmedeki bekleme süresinin daha uzun olması (1-2 sa) gerekmektedir.

VIP Prosesi

VIP prosesi, geri döngüler hariç A²/O ve UCT proseslerine benzer. VIP prosesinde anoksik ve aerobik bölmeler seri bağlı en az iki tam karışımlı hücreden (reaktörden) oluşur. Aktif çamur geri devri, içsel geri devir ile birlikte anoksik bölüme verilir. Anoksik bölümün çamuru havasız bölüme geri beslenir. VIP prosesi yüksek hızlı bir aktif çamur prosesi olarak tasarlanır. Biyolojik fosfor giderim veriminin arttırılması için çamur yaşı düşük seçilir. Anaerobik ve anoksik bölmelerin toplam çamur yaşı ve hidrolik bekletme süresi sırasıyla 1,5- 3 gün ve 60-90 dakika aralığındadır. Havalı bölme ise nitrifikasyon amacıyla tasarlanır.