1. UASB ve IC Reaktör Proses Prensipleri
1.1 UASB Reaktörü
1.1.1 UASB'ye Giriş
Yukarı akışlı anaerobik çamur battaniye reaktörü (UASB), 1977'de Hollandalı Profesör Lettinga tarafından icat edilen, yukarı akışlı anaerobik çamur battaniye reaktörü olarak da bilinen, atık suyun arıtılmasına yönelik bir anaerobik biyolojik yöntemdir.
Atık su UASB aracılığıyla aşağıdan yukarıya doğru akar. Reaktörün dibinde, atık sudaki çoğu organik kirleticinin anaerobik fermantasyona ve metan ve karbon dioksite bozunmaya uğradığı yüksek-konsantrasyonlu, son derece aktif bir çamur yatağı bulunur. Su akışının ve hava kabarcıklarının çalkalanması nedeniyle çamur yatağının üzerinde bir çamur süspansiyon tabakası oluşur. Çürütücü gazını, çürütücü sıvısını ve çamur parçacıklarını ayırmak için reaktörün tepesine üç-fazlı bir ayırıcı yerleştirilmiştir. Sindirici gaz reaktörün üst kısmından boşaltılır; çamur parçacıkları otomatik olarak aşağıya doğru kayar ve reaktörün tabanındaki çamur yatağına yerleşir; çürütücü sıvısı arıtma bölgesinden boşaltılır.
UASB yüksek yükleme kapasitesine sahiptir ve yüksek-konsantrasyonlu organik atık suyun arıtılması için uygundur. İyi-işleyen bir UASB (Ultra-Anaerobik Çamur Bunkeri), yüksek organik kirletici giderme oranı sergiler, karıştırma gerektirmez ve önemli yük şoklarına, sıcaklığa ve pH değişikliklerine uyum sağlayabilir.
1.1.2 UASB Yapısı
UASB, entegre biyolojik reaksiyon ve sedimantasyon sistemi ile karakterize edilir ve bu da onu kompakt bir anaerobik reaktör haline getirir. Reaktör temel olarak bir giriş dağıtım sistemi, bir reaksiyon bölgesi, üç-fazlı bir ayırıcı, bir gaz odası ve arıtılmış bir su tahliye sisteminden oluşur.
1.1.3 UASB Çalışma Prensibi
UASB reaktöründeki anaerobik reaksiyon süreci, hidroliz, asitleştirme, asetik asit üretimi ve metanogenez dahil olmak üzere diğer anaerobik biyolojik arıtma işlemlerine benzer. Substrat dönüşüm sürecine farklı mikroorganizmalar katılarak substratı nihai ürünlere ({1}}biyogaz, su ve diğer inorganik maddelere) dönüştürürler.
UASB üç bölümden oluşur: bir çamur reaksiyon bölgesi, bir gaz-sıvı-katı üç-fazlı ayırıcı (çökeltme bölgesi dahil) ve bir gaz odası. Alt reaksiyon bölgesinde büyük miktarda anaerobik çamur kalır ve iyi sedimantasyon ve flokülasyon özelliklerine sahip çamur, altta bir çamur tabakası oluşturur. Arıtılacak atık su, anaerobik çamur yatağının tabanına akar ve çamur tabakasındaki çamurla karışır. Çamurdaki mikroorganizmalar atık sudaki organik maddeyi ayrıştırarak biyogaza dönüştürür. Biyogaz sürekli olarak küçük kabarcıklar halinde salınır. Bu kabarcıklar yükseldikçe birleşerek yavaş yavaş daha büyük kabarcıklar oluştururlar. Çamur yatağının tepesinde, biyogaz çamuru çalkalayarak nispeten seyreltik bir çamur-su karışımı oluşturur ve bu karışım suyla birlikte üç-fazlı ayırıcıya yükselir. Biyogaz, ayırıcının tabanındaki reflektör plakasıyla karşılaştığında plakanın etrafından saptırılır ve daha sonra su tabakasından geçerek yoğunlaştığı gaz odasına geçer. Biyogaz daha sonra bir boru aracılığıyla boşaltılır. Katı-sıvı karışımı yansımadan sonra üç-fazlı ayırıcının çökeltme bölgesine girer. Atık sudaki çamur topaklaşır, partiküllerin boyutu yavaş yavaş artar ve yerçekiminin etkisi altında çöker. Eğimli duvarda biriken çamur anaerobik reaksiyon bölgesine geri kayar ve reaksiyon bölgesinde büyük miktarda çamur birikmesine neden olur. Çamurdan ayrılan arıtılmış atık su, sedimantasyon bölgesinin taşma savağının üst kısmından taşar ve daha sonra çamur yatağından boşaltılır.
1.2 IC Reaktörü
1.2.1 Entegre Devreye Giriş
Üretim geliştirme ile sermaye, enerji tüketimi ve arazi kullanımı gibi faktörler arasındaki çelişkilerin giderek artması nedeniyle, su arıtma çalışanlarının, özellikle üretim geliştirmenin ürettiği yeni yüksek-konsantrasyonlu organik atık su ile uğraşırken, teknik ve ekonomik açıdan daha iyi optimize edilmiş anaerobik süreçler bulmaya çalışması gerekiyor. İç dolaşımlı anaerobik reaktör (IC), bu arka plan altında ortaya çıkan yeni bir reaktör türüdür. Anaerobik atıksu arıtma teorisi ile mühendislik uygulamasının birleşiminin bir ürünü olup, anaerobik proseslerin gelişim gereksinimlerini yansıtmaktadır. 1985 yılında Hollandalı PAQUES şirketi ilk entegre devre pilot-ölçekli reaktörü kurdu ve 1988'de ilk üretim-ölçekli entegre devre reaktörü işletmeye alındı. Şu anda IC reaktörleri, bira üretimi ve gıda işleme gibi endüstrilerdeki endüstriyel atık suyun arıtımında başarıyla uygulanmaktadır. Yüksek arıtma kapasitesi, düşük yatırımı, az yer kaplaması ve istikrarlı çalışması nedeniyle dünya çapında su arıtma personelinin dikkatini çekmiştir ve bazıları bunu üçüncü nesil anaerobik biyolojik reaktörlerin temsili teknolojilerinden biri olarak görmektedir. IC reaktörlerinin daha fazla araştırılması ve geliştirilmesi ve bunların uygulanmasının teşvik edilmesi, anaerobik atıksu arıtımında en önemli konulardan biri haline gelmiştir.
1.2.2 IC Yapısı
IC reaktörü, dikey olarak seri halinde istiflenmiş, yükseklik-çap-oranının tipik olarak 4 ile 8 arasında olduğu 16–25 m yüksekliğe ulaşan iki UASB reaktöründen oluşur. Beş temel bölümden oluşur: bir karıştırma bölgesi, bir granüler çamur genişletilmiş yatak bölgesi, bir bitirme bölgesi, bir iç sirkülasyon sistemi ve bir atık bölge. Dahili sirkülasyon sistemi IC sürecinin temel yapısıdır; birincil üç-fazlı ayırıcı, biyogaz yükseltici, gaz-sıvı ayırıcı ve çamur indiriciden oluşur.
1.2.3 IC Çalışma Prensibi
Üretim atıksuyu, pH ve sıcaklık ayarlamalarından sonra ilk olarak reaktörün tabanındaki karıştırma bölgesine girer. Burada, KOİ biyokimyasal bozunması için granüler çamur genişletilmiş yatağına girmeden önce, aşağı gelenden gelen dahili olarak sirküle edilen çamur-su karışımı ile iyice karıştırılır. COD hacimsel yüklemesi burada çok yüksektir; içeri giren KOİ'nin çoğu bozunur ve büyük miktarda biyogaz üretilir. Biyogaz birincil üç-fazlı ayırıcı tarafından toplanır. Biyogaz kabarcığı oluşumu sırasında sıvı üzerinde yapılan genleştirme işi, bir gaz kaldırma etkisi yaratarak biyogaz, çamur ve su karışımının biyogaz kaldırma borusu boyunca reaktörün tepesindeki gaz-sıvı ayırıcısına yükselmesine neden olur. Burada biyogaz çamur ve sudan ayrılarak arıtma sisteminden deşarj edilir. Çamur-su karışımı daha sonra çamur aşağı inicisi boyunca reaktörün tabanındaki karıştırma bölgesine girer ve burada çamur genişletilmiş yatak bölgesine girmeden önce giriş suyuyla iyice karışarak dahili sirkülasyon adı verilen alanı oluşturur. Giriş KOİ yüküne ve reaktörün yapısına bağlı olarak iç sirkülasyon akış hızı, giriş akış hızının 0,5 ila 5 katına ulaşabilir. Genişletilmiş yatakta arıtıldıktan sonra atık suyun bir kısmı iç sirkülasyona katılır; geri kalan atık su, birincil üç-fazlı ayırıcıdan geçer ve artık KOİ bozunması ve biyogaz üretimi için ince arıtma alanının granüler çamur yatağı bölgesine girerek atık su kalitesini iyileştirir ve sağlar. KOİ'nin çoğu bozunduğundan, ince arıtma alanındaki KOİ yükü düşüktür ve biyogaz üretimi de küçüktür. Burada üretilen biyogaz, ikincil bir üç-fazlı ayırıcı tarafından toplanır, bir gaz toplama borusu aracılığıyla gaz-sıvı ayırıcıya girer ve arıtma sisteminden boşaltılır. Atık su, ince arıtma bölgesinde arıtıldıktan sonra iki-aşamalı üç-fazlı bir ayırıcıdan geçer. Süpernatan, atık su bölgesinden boşaltılırken, granüler çamur, ince arıtma bölgesindeki çamur yatağına geri gönderilir.
2. Özet ve Görünüm
UASB gibi ikinci-nesil anaerobik reaktörlerle karşılaştırıldığında IC reaktörleri aşağıdaki avantajlara sahiptir:<1>Yüksek organik yükleme oranı ve kısa hidrolik tutma süresi;<2>Büyük yükseklik{0}}çap-oranı, küçük ayak izi ve daha düşük altyapı yatırımı;<3>Stabil atık su ve şok yüklere karşı güçlü direnç. Çin'de gittikçe daha fazla üretici artık IC reaktörlerini kullanıyor ve bunların biyogaz geri kazanımı ve kullanım değeri de önemli. IC reaktörlerinin en büyük özelliği, reaktör içindeki çamur-su karışımının sirkülasyonunu sağlayan iki anaerobik reaksiyon odasına sahip olmalarıdır. Bu, UASB reaktörlerinde çamurun biyokimyasal arıtma kapasitesini zayıflatan yetersiz çamur-su temasının olumsuz etkisini çözer.
Bu nedenle IC reaktörleri, modern anaerobik reaktörlerde bir atılımı temsil eder ve organik kirleticilerin endüstriyel atık su arıtımında geniş gelişme beklentilerine sahiptir. UASB reaktörlerinin yerini giderek daha fazla alacaklar ve daha fazla araştırma, geliştirme ve tanıtımı hak edecekler.