TARIFNAME NITRIFIKASYON YAN ÜRÜNLERININ IZLENMESI YOLUYLA ATIK SU ARITIMINDA HAVALANDIRMA KONTROLÜ TEKNIK ALAN Mevcut bulus, atik su aritiminda, nitrifikasyon yan ürünlerinin izlenmesi, özellikle N20'nun izlenmesi vasitasiyla gerçeklestirilen bir havalandirma kontrol prosedürüyle ilgilidir. Dolayisiyla mevcut bulus, atik su aritiminda parametre kontrolü teknik alanina yerlestirilebilir. TEKNIGIN BILINEN DURUMU Atik suda bulunan kirletici maddelerin giderilmesi çogunlukla bunlarin bakteriler ve diger mikroorganizmalar yoluyla biyolojik olarak okside edilmesi araciligiyla gerçeklestirilmektedir. Bu mikroorganizmalar tarafindan kullanilabilmesi için sivi faza oksijen verilmesi, atik su aritma tesislerinin isletimindeki en maliyetli faaliyettir. Enerji maliyetlerinin %45 ila %75 arasindaki diliminin havalandirma sisteminden kaynaklandigi hesaplanmistir. Azot oksidasyonu isleminin uygulandigi tesislerde bu enerji maliyeti özellikle yüksektir; çünkü azotlayici organizmalar, heterotrofik organizmalara (organik maddeyi yok eden organizmalar) kiyasla düsük çözülmüs oksijen (ÇO) konsantrasyonlarina karsi görece toleranssizdir. Sonuç olarak, ÇO konsantrasyonlari, nitrifikasyon isleminin uygulandigi atik su aritma tesislerinde çogunlukla 2 ppm ila 6 ppm arasinda sürdürülmektedir. Dolayisiyla, isletme maliyetlerini mümkün mertebe düsürebilmek amaciyla, nitrifikasyon islemine yer veren biyolojik proseslere hava beslemesini hassas sekilde düzenleyen kontrol sistemlerinin gelistirilmesi konusunda artan bir ilgi söz konusudur. Biyolojik prosese beslenen havanin kontrol edilmesine yönelik bir dizi farkli sistem gelistirilmistir. Bu sistemler, kontrol sisteminde kullanilan giris degiskeninin türü bakimindan farklilik göstermekte olup ÇO konsantrasyonu, oksidasyon-indirgeme potansiyeli ve ana nitrifikasyon ürünlerinin (amonyak, nitrit ve nitrat) konsantrasyonu gibi degiskenler kullanilarak görece basari elde edilmistir. Bu degiskenlerde söz konusu olan ana sikinti, bunlarin, nitrifikasyon fonksiyonunu gerçeklestirmesi gereken organizmalarin metabolik durumuna iliskin herhangi bir bilgi sunmamalari, yani proses tarafindan tabi tutulduklari kosullar altinda nitrifikasyon kapasitelerine iliskin bir bilgi vermemeleridir. Kartik Chandran tarafindan yazilmis "Research on Nitrification and Related Processes" adli kitabin "Protocol for the Measurement of Nitrous Oxide Fluxes from Biological Wastewater Treatment Plants" baslikli 16. bölümünde, emisyonlarinin kontrol edilmesi amaciyla N20 ölçümüne iliskin bir tarif bulunmaktadir. Buna ilave olarak, Mike S. M. Jetten v.d. (Water Research Volume emisyonlarinin nasil düsürülebilecegini Incelemistir. FR2954306 sayili Fransiz patentinde, N20 konsantrasyonunun ölçüldügü ve saptanmasi durumunda hava akiminin arttirildigi bir atik su aritma prosesi tarif edilmektedir. nitrifikasyon prosesinde bir hata göstergesi olarak kullanilmasinin mümkün olup olmadigini incelemistir. BULUSUN TANIMI Mevcut bulus, atik su aritiminda, nitrifikasyon yan ürünlerinin izlenmesi, özellikle N20'nun izlenmesi vasitasiyla gerçeklestirilen bir havalandirma kontrol prosedürüyle ilgilidir. Yeni kontrol sisteminin amaci, azotlayici bakteriler tarafindan gerçeklestirilen nitrifikasyon yan ürünlerini bir giris degiskeni olarak kullanilarak biyolojik prosesin havalandirilmasini optimize etmektir; bu yan ürünlerin olusma düzeyi, bu organizmalar tarafindan gerçeklestirilen nitrifikasyonun yeterli olup olmadigi veya diger yandan bunlarin nitrifikasyonda anlik bir hataya yol açacak bir metabolik strese maruz kalip kalmadiklari ile ilgili bilgi saglamaktadir. Bulusa konu prosedürün sundugu avantajlar söyledir: - tesisin enerji verimi daha yüksektir, her ne kadar bakteriler çogunlukla 2 ppm ila 6 ppm arasindaki bir oksijen seviyesinde islev gösterse de, amonyak oksitleyici bakterilerin çok daha düsük oksijen konsantrasyonlarinda normal aktivitelerini sürdürebildigi ispatlanmistir; nitrifikasyonda tam ariza meydana gelmeden önce havalandirma devreye sokulabildiginden, proseste olasi stabilite kaybina karsin kontrol sistemi daha güvenlidir. Dolayisiyla, birinci bir özellikte, mevcut bulus, havalandirma asamasinda su fonksiyonlarla karakterize bir atik su aritma prosesi ile ilgilidir: zamana bagli olarak NH4+ ve N20 konsantrasyonunda gerçeklesen degisimlerin ölçümlerinin yapilmasi; havalandirma tankina verilen hava debisinin degistirilebilmesi veya muhafaza edilebilmesi; burada zaman araliklari 0,05 saat ile 10 saat arasindaki dilimleri içermektedir; açiklanan durum su sarta tabidir: ölçüm yapilan zaman araligi içerisinde NH4* konsantrasyonundaki degisim 0,5 mgN/Ls'ten küçük olursa ve N20 konsantrasyonundaki degisim 0,002 mgN/Ls'e esit veya bu degerden büyük olursa, havalandirma tankina verilen havanin debisi muhafaza edilir; ölçüm yapilan zaman araligi içerisinde NH4+ konsantrasyonundaki degisim 0,5 mgN/Ls'e esit veya bu degerden büyük olursa ve N20 konsantrasyonundaki degisim 0,002 mgN/Ls'ten küçük olursa, havalandirma tankina verilen havanin debisi muhafaza edilir; ölçüm yapilan zaman araligi içerisinde NH4+ konsantrasyonundaki degisim 0,5 mgN/Ls'e esit veya bu degerden büyük olursa ve N20 konsantrasyonundaki degisim 0,002 mgN/Ls'e esit veya bu degerden büyük olursa, havalandirma tankina verilen havanin debisi %5 ila %60 arasinda ölçüm yapilan zaman araligi içerisinde NH4+ konsantrasyonundaki degisim 0,5 mgN/Ls'ten küçük olursa ve N20 konsantrasyonundaki degisim 0,002 mgN/Ls'ten küçük olursa, havalandirma tankina verilen havanin debisi %5 ila %60 arasinda azaltilir; mgN/Ls teriminin, saatte litre basina azot olarak mg'i ifade ettigi anlasilmalidir. Nm3/s teriminin, saat basina normal metre küpü ifade ettigi anlasilmalidir. Atik su aritma teriminin, organik maddenin ve/veya azot bilesiklerinin, bir mikroorganizmanin etki göstermesi araciligiyla dönüstürülmesini ifade ettigi anlasilmalidir. Havalandirma asamasi teriminin, aerobik su aritiminin gerçeklestigi; yani harici oksijen ve/veya hava beslemesi sayesinde mikroorganizmalarin organik maddeyi ve/veya azot bilesiklerini oksidize ettigi reaktörlerin herhangi birini ifade ettigi anlasilmalidir. Havalandirma tanki teriminin, havalandirma asamasindaki bir reaktörü ifade ettigi anlasilmalidir. Mevcut bulusun birinci özelliginin bir uygulamasinda, zaman araliklari 0,5 saat ila saat arasindaki, tercihen 0,75 saat ile 2 saat arasindaki zaman araliklarini içermekte olup daha tercihen zaman araliklari 1'er saattir. Mevcut bulusun birinci özelliginin bir uygulamasinda, NH4+ ve N20 konsantrasyonundaki degisim ölçülmektedir. Bu bakimdan proses, havalandirma asamasinda, zamana bagli olarak NH4+ ve N20 konsantrasyonunda gerçeklesen degisimlerin ölçümlerinin yapilmasiyla karakterize bir atik su aritma prosesidir; - havalandirma tankina verilen hava debisinin degistirilebilmesi veya muhafaza edilebilmesi; burada zaman araliklari 0,05 saat ila 10 saat arasindaki dilimleri içermektedir; açiklanan durum su sarta tabidir: - ölçüm yapilan zaman araligi içerisinde NH4+ konsantrasyonundaki degisim 0,5 mgN/Ls'ten küçük olursa ve N20 konsantrasyonundaki degisim 0,002 mgN/Ls'e esit veya bu degerden büyük olursa, havalandirma tankina verilen havanin debisi muhafaza edilir; - ölçüm yapilan zaman araligi içerisinde NH4+ konsantrasyonundaki degisim 0,5 mgN/Ls'e esit veya bu degerden büyük olursa ve N20 konsantrasyonundaki degisim 0,002 mgN/Ls'ten küçük olursa, havalandirma tankina verilen havanin debisi muhafaza edilir; - ölçüm yapilan zaman araligi içerisinde NH4+ konsantrasyonundaki degisim 0,5 mgN/Ls'e esit veya bu degerden büyük olursa ve N20 konsantrasyonundaki degisim 0,002 mgN/Ls'e esit veya bu degerden büyük olursa, havalandirma tankina verilen havanin debisi %5 ila %60 arasinda - ölçüm yapilan zaman araligi içerisinde NH4+ konsantrasyonundaki degisim 0,5 mgN/Ls'ten küçük olursa ve N20 konsantrasyonundaki degisim 0,002 mgN/Ls'ten küçük olursa, havalandirma tankina verilen havanin debisi %5 ila %60 arasinda azaltilir; Mevcut bulusun birinci özelliginin baska bir uygulamasinda, havalandirma tankina beslenen havanin debisi %10 ila %35 arasinda artmaktadir. Yani, hava debisini arttirma sartinin saglanmasi durumunda (ölçüm yapilan zaman araligi içerisinde NH4+ konsantrasyonundaki degisim 0,5 mgN/Ls'e esit veya bu degerden büyük ve N20 konsantrasyonundaki degisim 0,002 mgN/Ls'e esit veya bu degerden büyük) bu artis, bir önceki debi degerinin %10'u ila %35'i arasinda olacaktir. Mevcut bulusun birinci özelliginin baska bir uygulamasinda, havalandirma tankina beslenen havanin debisi %10 ila %35 arasinda azalmaktadir. Yani, hava debisini azaltma sartinin saglanmasi durumunda (ölçüm yapilan zaman araligi içerisinde NH4+ konsantrasyonundaki degisim 0,5 mgN/Ls'den küçük ve N20 konsantrasyonundaki degisim 0,002 mgN/Ls'den küçük) bu azalis, bir önceki debi degerinin %10'u ila %35'i arasinda olacaktir. Mevcut bulusun birinci özelliginin baska bir uygulamasinda, atik suyun kimyasal arasindadir. Mevcut bulusun birinci özelliginin baska bir uygulamasinda, atik suyun konsantrasyonu 5 mgN/L ila 100 mgN/L arasinda, tercihen 10 mgN/L ila 50 mgN/L arasindadir. Tarifname ve istemler genelinde kullanilan "içerir" kelimesi ve varyantlari, diger teknik özellikleri, katkilari, bilesenleri veya adimlari dislama amaci tasimamaktadir. Teknikte uzman kisiler için, bulusun diger amaçlari, avantajlari ve özellikleri kismen tarifnameden kismen de bulusun tatbikinden hareketle ortaya çikacaktir. Asagidaki örnekler izah amaciyla verilmis olup mevcut bulusu sinirlama amaci tasimamaktadir. BULUSUN DETAYLI AÇIKLANMASI ÖRNEKLER Bulus asagida, mucitler tarafindan yapilmis, bulusa konu ürünün etkinligini ortaya koyan testler vasitasiyla açiklanmistir. Örnek 1. Bulusa konu prosedür izlenerek uygulanan atik su havalandirmasi Bu örnekte kullanilan atik su, ortalama organik konsantrasyonu 200 mg/L (kimyasal oksijen ihtiyaci olarak) ve amonyak konsantrasyonu 30 mg/L (azot olarak) olan belediye atik suyudur. Mevcut örnekte yer alan atik su aritma tesisi (AAT) 6 m3/s debili su aritimi yapmaktadir ve 20 m3 kapasiteli tek bir aerobik tanka sahiptir. Sistemin kati madde tutma süresi yaklasik 6 gündür. Baslangiç hava debisi 20 Nm3/s'tir. Tarif edilen örnekte, atik su aritma tesisine (AAT) tesis edilmis olan bir amonyak sensörü bulunmaktadir; bu sensör, tesisin, giris suyuna giren amonyagi ölçen kolektörde bulunmaktadir. Buna ilaveten N20, aerobik tankta sivi fazda ölçülmekte olup (mevcut örnekte havalandirma asamasi tekli bir aerobik tank ihtiva etmektedir) burada bu parametrenin konsantrasyonu sivi fazda ölçülmektedir. Konsantrasyonlar sürekli ölçülmektedir; ölçülen degerler, AAT bünyesindeki bir merkezi denetim ve veri toplama sistemine (SCADA) kaydedilmektedir. Bu durumda, sensörler tarafindan kaydedilen konsantrasyon degerleri SCADA'ya tesis edilmis kontrol sistemi tarafindan kullanilarak parametrelerin her birinde 1 saat araliklarla gerçeklesen degisimler hesaplanmaktadir. Kaydedilen degisim azot olarak 0,5 mg/(L s)'ten büyük oldugunda amonyak konsantrasyonundaki artis anlamli kabul edilmektedir. Kaydedilen degisim azot olarak 0,002 mg/(L s)'ten büyük oldugunda N20 konsantrasyonundaki artis anlamli kabul edilmektedir. Deger degisim hesaplari her parametre için her saat yapilmakta ve ardindan kontrol sistemi bu bilgileri kullanarak gerekli blower debisine iliskin kararlar almaktadir. 1. kontrol sisteminin olasi kararlari asagida açiklanmistir: - Eger amonyak anlamli bir artisa ugrarsa ve N20 anlamli bir artisa ugrarsa, blower debisi 5 Nm3/s yükselmektedir. - Eger amonyak anlamli bir artisa ugrarsa ve N20 anlamli bir artisa ugramazsa, blower debisi bir önceki degerde muhafaza edilmektedir. - Eger N20 anlamli bir artisa ugrarsa ve NH4+ anlamli bir artisa ugramazsa, blower debisi bir önceki degerde muhafaza edilmektedir. - Eger N20 anlamli bir artisa ugramazsa ve NH4+ anlamli bir artisa ugrarsa, blower debisi 5 Nm3/s azalmaktadir. Tarif edilen durumda, sirali oksijen ölçüm düzenegine sahip geleneksel havalandirma kontrol sistemlerine kiyasla, blover debisinde ve dolayisiyla sarf edilen elektrik enerjisinde tasarruf saglanmaktadir. Bunun nedeni, bloverin yalnizca, biyolojik proses yükünde bir artis oldugu (yani amonyak konsantrasyonlarinda anlamli bir artis yoldugu) durumlarda devreye girmesi ve ayni anda, azotlayioi *5 organizmalarin, bu artan yükü islemekte zorlanmasidir (N20 konsantrasyonlarinda anlamli bir artis söz konusudur). Geleneksel proseslerde, oksijen için bir ayar noktasi belirlenmekte ve blover, proses yükünden ve en önemlisi azotlayioi mikroorganizmanin bu yükü isleme kapasitesinden bagimsiz olarak bu ayar noktasina bagli kalacak sekilde çalismaktadir. Tarif edilen örnekte, kontrolün nitrifikasyon yan ürünlerine dayali olarak gerçeklestirilmesi, geleneksel prosese kiyasla enerji sarfiyatinda en az Geleneksel olana ilave olarak baska havalandirma kontrol sistemleri bulunmaktadir. En etkin olanlardan biri, tesis kolektöründe amonyaga dayali kontrol sistemidir; bu kontrol biçiminde hava, biyolojik tanka, tesise giren yükün bir fonksiyonu olarak beslenmektedir. Ancak bu kontrol sisteminde, mikroorganizmanin, biyolojik tanka uygulanan yükü isleme kapasitesine iliskin bilgiler kullanilmamaktadir. Bu durum, her ne kadar yük artsa da, azotlayioi mikroorganizmalar prosesi riske atmadan bunu isleyebilme özelligine sahip oldugundan enerjinin gereksiz olarak kullanildigi durumlara yol açmaktadir. Buna ilave olarak, amonyak kontrolü, yük artmasa da mikroorganizmalarin bazi çevresel durumlar tarafindan (toksik sizinti, sicaklikta düsüs, vb.) inhibe edildigi ve proses sürekliliginin tehlikeye girdigi durumu dikkate almamaktadir. Tarif edilen örnek, amonyagin kolektörde izlenmesine kiyasla en az %10'Iuk bir enerji tasarrufuyla sonuçlanmaktadir. TANIMLAMADA BELIRTILEN REFERANSLAR Basvuran tarafindan belirtilen bu referanslar listesi yalnizca okuyucu için bir kolaylik saglamasi içindir. Avrupa patent dokümaninin bir parçasini teskil etmez. Referanslarin derlenmesinde büyük bir özen gösterilmis olmakla birlikte hatalar veya eksiklikler olabilir ve EPO bu anlamda hiçbir sorumluluk üstlenmemektedir. TR TR TR TR TR TR TR