MBBR Paket Arıtma Tesisi Sürecinin Açıklanması
Biyolojik atık su arıtımında askıda veya bağlı mikroorganizmalar kullanılabilir. Temel amaç, mikroorganizmaları biyoreaktörde yüksek konsantrasyonlarda tutarak kirleticileri substrat olarak kullanmalarını sağlamak ve kirletici konsantrasyonlarını kabul edilebilir seviyelere düşürmektir. Arıtma sırasında substrat kullanımına bağlı olarak biyokütle konsantrasyonu artar ve hem yüksek kaliteli çıkış suyu elde etmek hem de çamuru daha fazla kullanmak için biyokütlenin arıtılmış sudan ayrılması gerekir.
Bağlanarak büyütme proseslerinde, (MBBR’da) mikroorganizmalar katı taşıyıcı ortama bağlanarak biyoreaktörde tutulur. Taşıyıcı ortama, biyoreaktörün işletme koşullarına ve atıksu özelliklerine bağlı olarak ortam üzerindeki biyofilm kalınlığı 100 µ ile 10 mm arasında değişebilir. Substrat, oksijen ve besinler durgun sıvı ortamdan difüze olur ve katı ortama bağlı biyokütleye ulaşır. Biyotransformasyondan kaynaklanan yan ürünler sıvı faza geri salınır (Metcalf ve Eddy, 2014). Bu ulaşım aşağıdaki Şekil 1’de verilmiştir.
Substrat kullanıldıkça ortam üzerindeki biyokütle büyür. Biyokütlenin büyümesi doğal olarak sonsuza kadar devam etmez ve belirli bir kalınlığa ulaştığında ayrılır ve sulu faza girer. Suya salınan biyokütle sedimantasyon yoluyla uzaklaştırılmalıdır. Bununla birlikte, ayrılan biyokütlenin yerine, taşıyıcı üzerinde yeni biyofilm büyümesi başlar ve süreç aşağıdaki Şekil 2’de gösterildiği gibi bu döngüsel şekilde devam eder.
Şekil 1. Biyofilme substrat taşınması (Wang ve ark., 2020)
Şekil 2. Atık su arıtımı sırasında taşıyıcı ortam üzerindeki biyofilm yaşam döngüsü (Wang vd., 2020)
Mikroorganizmalar, aşağıdaki avantajları nedeniyle katı taşıyıcı ortamlara canlı olarak bağlanmaları tercih edilmektedir (Rittmann ve McCarty, 2020);
- Biyofilmdeki mikroorganizmalar katmanlı bir yapıda yaşayabilir ve üst katmanlarda yaşayan mikroorganizmalar tarafından üretilen taze substrat üzerinde yaşayabilirler.
- Biyofilm pH, O2 ve ürün açısından sıvı faza kıyasla daha misafirperver bir ortam yaratabilir.
- Biyofilm içinde farklı türde mikroorganizmalar bir arada yaşayabilir ve birbirlerine fayda sağlarlar.
- Biyofilmin atık su arıtımı için en önemli avantajı, biyoreaktör içindeki biyokütle konsantrasyonunun artması ve bu sayede biyolojik tank hacminin azalmasıdır.
Biyofilm proseslerinin çeşitli avantajları olmasına rağmen en önemli dezavantajı taşıyıcı ortamın yüksek maliyetidir. Bu nedenle, hem biyofilm hem de askıda büyüme süreçlerini içeren hibrit bir sürecin kullanılması en rasyonel seçenek olarak görünmektedir. Bu şekilde, biyofilm proseslerinin yukarıda bahsedilen avantajlarından faydalanılabilir ve askıda biyokütleden de faydalanılacağı için prosesin yatırım maliyeti yüksek olmayacaktır.
Bağlı büyüme için en yaygın kullanılan taşıyıcı ortam plastik tip taşıyıcılardır. Bu tip taşıyıcılar aktif çamur prosesinde kullanılır ve proses hem askıda hem de sabit film biyokütlesinden faydalanılan entegre sabit film aktif çamur (IFAS) prosesi olarak adlandırılır. Bu tür bir ortam 0,96 ila 0,98 g/cm3 özgül ağırlığa sahiptir ve ilk olarak Norveçli bir şirket (Kaldnes Miljoteknolog) tarafından hareketli yatak biyoreaktör prosesinde kullanılmak üzere geliştirilmiştir (Metcalf ve Eddy, 2014). Orijinal tasarım yaklaşık 10 mm çapında, 7 mm yüksekliğindeydi. Bununla birlikte, birkaç farklı şirket tarafından birkaç farklı versiyon üretilmiştir. Bazı örnekler aşağıdaki şekilde verilmiştir.
Şekil 3. IFAS veya hareketli yatak biyofilm reaktörlerinde (MBBR PAKET ARITMA) kullanılan farklı plastik ortam türleri
Biyokütle ortama tutunur ve aşağıdaki Şekil 4’te gösterildiği gibi belirli bir kalınlığa kadar büyür.
Şekil 4. Bağlı bir ortam üzerinde biyofilm büyümesi. (Ødegaard, H. (2002), Hareketli Yatak Biyofilm Reaktörünün (MBBR) Tanımı)
IFAS ve MBBR Paket Arıtma prosesleri Şekil 5’te verilmiştir. Şekilden de görülebileceği gibi, bu iki proses arasındaki temel fark, IFAS’ın çökeltme tankından çamur geri dönüşümü içermesi ve bu sayede hem askıda hem de bağlı biyokütlenin kullanılabilmesidir.
Şekil 5. IFAS ve MBBR Kıyaslaması
Bu nedenle, bu tasarımda, hem askıda hem de bağlı büyüme biyokütlesinin kullanımını sağladığı için uygulanacak en iyi süreç olarak IFAS’ı (konteynerli atık su arıtma) seçtik.
Seçilen prosesin akış diyagramı da Şekil 6’da gösterilmektedir.
