Dünyanın İlk Atıksu Arıtma Tesisinden—Atıksu Arıtma Teknolojisinin Gelişimine Bir Bakış!

Önsöz: İnsani gelişme sürekli bir gelişme sürecidir. Örneğin atık su arıtımını ele alalım. İlk atık su arıtma tesisi, gelişigüzel atık su deşarjının zarar ve sağlık risklerine tanık olduktan sonra inşa edildi ve bu tesis sürekli olarak geliştirildi. Kentsel atıksu arıtımının geçmişi antik Roma'ya kadar uzanmaktadır. O zamanlar çevrenin kapasitesi büyüktü ve su-kaynaklarının kendi kendini temizleme kapasitesi insanın su ihtiyacını karşılayabiliyordu; insanların yalnızca drenajı düşünmesi gerekiyordu. Daha sonra kentleşmenin hızlanmasıyla birlikte evsel atık sular bakteri taşıyarak bulaşıcı hastalıkların yayılmasına neden oldu. Sağlık nedenleriyle insanlar evsel atık suları arıtmaya başladı. İlk arıtma yöntemlerinde çökeltme için kireç, şap vb. veya dezenfeksiyon için ağartma tozu kullanılıyordu. Ming Hanedanlığı'nın sonlarında ülkemde zaten atık su arıtma cihazları vardı. 1762'de Britanya, kentsel kanalizasyonu arıtmak için kireç ve metal tuzlarını kullanmaya başladı. Bugün çevre bilgisini esas olarak iki açıdan yaygınlaştıracağız: çevre kirliliğinin zararları ve atık su arıtma tesislerinin geliştirilmesi!

Öncelikle-çevre kirliliğinin iyi bilinen bazı zararlı olaylarına bakalım. 1930'lar ve 1960'lar arasında sekiz büyük çevre kirliliği olayı dünyayı şok etti: Belçika'daki Meuse Vadisi sis olayı, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Donora duman olayı, Londra duman olayı, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Los Angeles fotokimyasal duman olayı, Japonya'daki Minamata hastalığı olayı, Japonya'daki Toyama Itai-itai hastalığı olayı, Japonya'daki Yokkaichi astım olayı ve Japon pirinç kepeği yağı olayı. Bu sekiz büyük çevre kirliliği olayı, dünya çapında çevre kirliliğinin neden olduğu sekiz önemli ve şok edici olayı ifade etmektedir.

Meuse Vadisi Duman Olayı (Belçika): 1-5 Aralık 1930 tarihleri ​​arasında Belçika'nın Meuse Vadisi sanayi bölgesindeki 13 fabrikadan yayılan büyük miktarlarda duman havayı doldurdu ve sanayi bölgesindeki binlerce insanın göğüs ağrısı, öksürük, sulanma, boğaz ağrısı ve nefes almada zorluk yaşamasına neden oldu. Bir hafta içinde 60'tan fazla kişi öldü, çok sayıda hayvan da telef oldu. Bu, 20. yüzyılın kaydedilen en eski hava kirliliği olayıdır.

Donora dumanı Olayı (Amerika Birleşik Devletleri): 26-31 Ekim 1948 tarihleri ​​arasında Pensilvanya'nın Donora kasabası sürekli dumanla karşılaştı. Bu alan, sülfürik asit tesislerinin, çelik fabrikalarının ve çinko izabe tesislerinin yoğunlaştığı bir bölgeydi. Bu fabrikalardan yayılan duman vadide sıkışarak 6.000 kişinin bir anda göz ağrısı, boğaz ağrısı, burun akıntısı, baş ağrısı, göğüste sıkışma gibi rahatsızlıklar yaşamasına neden oldu; Bunlardan 20'si hızla öldü. Bu duman olayı esas olarak kükürt dioksit ve asılı parçacık maddelere yapışan metal parçacıkları gibi toksik ve zararlı maddelerden kaynaklanmıştır. İnsanlar kısa sürede bu zararlı gazlardan büyük miktarlarda soludular ve büyük bir felakete yol açtılar.

Londra Smog Olayı (5-8 Aralık 1952): Londra'yı yüksek basınç ve yoğun sis kapladı ve birkaç gün boyunca rüzgar olmadı. Bu olay, kömür dumanı, toz ve nemin atmosferde biriktiği ve birçok şehir sakininin nefes almada zorluk yaşamasına ve göz tahrişine neden olduğu, kış ısıtmasının en yoğun olduğu mevsimde meydana geldi. Sadece dört günde 4.000'den fazla insan öldü. Sonraki iki ayda 8.000 kişi daha öldü. Bu, 20. yüzyılda kömürün yanmasından kaynaklanan en büyük kentsel duman olayıydı.

Japonya'da Minamata Hastalığı Olayı: 1949'dan başlayarak, Japonya'nın Kumamoto Eyaleti, Minamata Kasabasında bulunan Japonya Azot Gübre Şirketi, vinil klorür ve vinil asetat üretmeye başladı. Üretim sürecinde cıva-içeren (Hg) katalizör kullanıldığından, fabrikanın arıtılmamış atık suyuyla birlikte büyük miktarlarda cıva Minamata Körfezi'ne boşaltıldı. 1954 yılında Minamata Körfezi'nde "Minamata hastalığı" adı verilen, nedeni bilinmeyen garip bir hastalık ortaya çıkmaya başladı. Hastalık, dengesiz yürüyüş, kasılmalar, el ve ayaklarda şekil bozuklukları, nörolojik bozukluklar, vücudun kavislenmesi ve yüksek sesle ağlama gibi semptomlarla kedileri ve insanları etkilemiş ve sonunda ölüme yol açmıştır. Yaklaşık on yıllık bir analizin ardından bilim insanları, fabrikanın atık suyundaki cıvanın "Minamata hastalığının" nedeni olduğunu doğruladılar. Cıva sudaki mikroorganizmalar tarafından emilir ve vücutta metilcıva (CH3)Hg'ye dönüştürülür. Bu madde balık ve karides yoluyla insan ve hayvanların vücuduna girerek beyne ve vücudun diğer bölgelerine zarar vererek beyin atrofisine, beyincik denge sisteminin bozulmasına ve diğer zararlı etkilere neden olur; son derece zehirlidir. Japonya'da yüz binlerce insan Minamata Körfezi'nden gelen metil cıvayla kirlenmiş balık ve karides tüketti.

...vesaire, hepsini burada listelemeyeceğiz!

Bugün, aktif çamur prosesinden daha eski, 139 yıllık geçmişi olan bir atık su arıtma tesisine bakalım: İngiltere'nin- köklü bir sanayi şehri olan Sheffield'de 1886 yılında inşa edilen Blackburn Meadows Atık Su Arıtma Tesisi. Atıksu arıtma tesisleri 100 yılı aşkın bir geçmişe sahiptir.

Muhtemelen bildiğiniz gibi, aktif çamur prosesi Britanya'da 20. yüzyılın başlarında icat edildi ve Edward Ardern ve William Lockett bu prosesin mucitleri olarak kabul ediliyor ve tarihi 1914'e kadar uzanıyor. Bununla birlikte, Britanya'daki atık su arıtımı aslında aktif çamur prosesinden yaklaşık 50 yıl önce başladı: endüstriyel gelişmeyle birlikte Britanya'nın nüfusu hızla artmaya başladı ve İngiltere, en şiddetli su kirliliğine sahip ülkelerden biri haline geldi. Britanya şehirlerinde tekrarlanan temizlik sorunları, ünlü bilim adamı Michael Faraday'ı Thames Nehri'nin durumunu kişisel olarak araştırmaya yöneltti.

1832'deki kolera salgını Sheffield'da 400'den fazla kişinin ölümüne neden oldu. Daha sonra, yerel yönetim bir kanalizasyon sistemi inşa etmiş olmasına rağmen, işletmeler atık suyu ve atıkları doğrudan ana nehre (Don Nehri) boşaltmaya devam ederek suyu siyaha ve kötü-kokuya dönüştürdü. Bu çerçevede Sheffield ilk kanalizasyon arıtma tesisini 1886'da kurdu.

İlk tesis oldukça basitti. Günde 40.000 metreküp suyu arıtacak şekilde tasarlanan tesis, yalnızca gündüzleri çalışıyordu. Atık su kireçle arıtıldı ve elde edilen çamur, yakındaki çiftliklerde gübre olarak kullanıldı. Bununla birlikte, bu tesis, İngiltere'nin diğer bölgelerindeki mevkidaşlarının ve şehir yetkililerinin ziyaretlerini çeken, kendi dönemi için önemli bir ilerlemeydi.

1886'da tamamlanmasının ardından tesis 1910'da yenilendi. Daha önce Sheffield Belediye Meclisi, atık suyu doğrudan Kuzey Denizi'ne boşaltmak için bir boru hattı inşa etmeyi düşünmüştü, ancak daha sonra atık sudaki kirleticileri ayrıştırmak için yenilikçi bir havalandırma yöntemini- benimsedi. Bu teknolojiye "bakteri yatakları" adını verdiler. Sheffield'lıların insanlık için gerçekten harika bir şey yaptığını söylemek yanlış olmaz-eğer atık suyu doğrudan denize boşaltsalardı, bu günümüzün standart uygulaması haline gelebilir. Sheffield'lılar, diğer hükümetler ve su otoriteleri için-atık suyun arıtılmasında biyolojik yöntemlerin kullanılması konusunda tamamen yeni bir standart belirledi. 1910'da atık suyu arıtmak için bakterileri kullanmayı düşündükleri-zaman çizelgesine dikkat edin; aktif çamur adı verilen proses ise ancak 1914'te ortaya çıktı.

Biyofilm Yöntemi

-18. yüzyılın ortalarında Avrupa'da Sanayi Devrimi başladı ve kentsel atık sudan organik maddenin uzaklaştırılması ana odak noktası haline geldi. 1881'de Fransız bilim adamları ilk biyoreaktörü ve ilk anaerobik biyolojik arıtma havuzunu (Moris Göleti) icat ederek biyolojik atık su arıtmanın başlangıcını işaret ettiler. 1893 yılında ilk biyolojik filtre Galler, İngiltere'de kullanıma sunuldu ve hızla Avrupa ve Kuzey Amerika'ya yayıldı. Teknolojik gelişmeler standartların gelişimini teşvik etti. 1912'de Birleşik Krallık'taki Atık Su Yönetimi Kraliyet Komisyonu, su kirliliğinin derecesini değerlendirmek için BOD5'in kullanılmasını önerdi.

Aktif Çamur Prosesi

1914 yılında Arden ve Lokett, İngiltere'deki Kimya Mühendisleri Enstitüsü'nde (ICC) aktif çamur prosesi üzerine bir makale yayınladılar ve aynı yıl İngiltere'nin Manchester kentinde dünyanın ilk pilot aktif çamur atıksu arıtma tesisini kurdular. İki yıl sonra, Amerika Birleşik Devletleri'nde ilk aktif çamur atıksu arıtma tesisi resmi olarak kuruldu. Aktif çamur prosesinin doğuşu, önümüzdeki 100 yıl için kentsel atık su arıtma teknolojisinin temelini attı.

Aktif çamur prosesi, ilk aşamalarında bir doldurma-ve-boşaltma prosesi (SBR prosesine benzer) kullanıyordu. O zamanın nispeten geri kalmış otomatik kontrol teknolojisi ve ekipmanı nedeniyle, çalışması hantaldı ve tıkanmaya eğilimliydi ve biyolojik filtrelerle karşılaştırıldığında önemli bir avantaj sunmuyordu. Daha sonra, sürekli akan tıkaç-akışlı aktif çamur işlemi hızla bunun yerini aldı. Bununla birlikte, tıkaç-akışlı reaktördeki çamurun oksijen tüketim hızı tankın uzunluğu boyunca değiştiğinden, oksijen besleme hızının karşılanması zordur ve aktif çamur prosesi, lokalize yetersiz oksijen beslemesi sorunuyla karşı karşıyadır. 1936'da önerilen aşamalı olarak havalandırılan aktif çamur işlemi ve 1942'de önerilen aşamalı havalandırma işlemi, sırasıyla havalandırma ve giriş yöntemlerini ele alarak oksijen tedarik dengesini iyileştirdi. 1950 yılında Amerika Birleşik Devletleri'nden McKinney tamamen karıştırılmış aktif çamur prosesini önerdi. Bu yöntem, aktif çamur mikrobiyal topluluğunun hayatta kalma modunu değiştirerek, havalandırma tankı içindeki substrat konsantrasyonundaki gradyan değişikliklerine uyum sağlamasına olanak tanıyarak, çamur kabarması sorununu etkili bir şekilde çözmüştür.

Gerçek üretimdeki yaygın uygulaması ve sürekli teknolojik yenilikleri ile aktif çamur prosesi, yavaş yavaş biyofilm prosesinin yerini almış ve 1940'lardan 1960'lara kadar ana atıksu arıtma teknolojisi haline gelmiştir.

1921'de aktif çamur süreci Çin'e yayıldı ve Çin, ilk atık su arıtma tesisini-Şangay Kuzey Bölgesi Atık Su Arıtma Tesisi'ni kurdu. 1926 ve 1927'de sırasıyla Şangay Doğu Bölgesi ve Batı Bölgesi Atık Su Arıtma Tesisleri inşa edildi ve o dönemde toplam günlük arıtma kapasitesi 35.500 tondu.

1950'lerde su kütlelerinin ötrofikasyonu önemli bir sorun haline geldi ve bu da nitrojen ve fosforun gideriminin atık su arıtımında bir diğer önemli talep haline gelmesine neden oldu. Sonuç olarak, en yaygın A/O ve A2/O prosesleri gibi aktif çamur prosesine dayalı bir dizi nitrojen ve fosfor giderim prosesi geliştirildi.

Azot Giderme Prensibi: Organik nitrojen bileşikleri, bakterileri amonifiye ederek amonyak nitrojenine ayrıştırılır. Amonyak nitrojen nitrifikasyon bakterileri tarafından daha da ayrıştırılır ve dönüştürülür; önce nitriti-oksitleyen bakteriler tarafından nitrit nitrojene ve daha sonra nitrifikasyon bakterileri tarafından nitrat nitrojene dönüştürülür. Anoksik koşullar altında, nitrat nitrojen, bakterilerin nitrifikasyonu yoluyla iki yoldan dönüştürülür: asimilasyon-nitrifikasyondan arındırma (sentez), sonuçta bakteri hücresinin bir parçası haline gelen organik nitrojen bileşikleri oluşturur; ve nihai ürün olarak gaz halindeki nitrojen ile disimilasyon-nitrifikasyondan arındırma (ayrışma).

Fosfor Giderme Prensibi: Anaerobik koşullar altında (-200 ila -300 mV arasında oksidasyon-ORP'yi azaltma potansiyeli), polifosfat-biriktiren bakteriler, hücrelerindeki organik fosforu inorganik fosfora dönüştürür, onu serbest bırakır ve bu süreçte üretilen enerjiyi, poli(-hidroksibutirat) (PHB) parçacıklarını sentezlemek üzere atık sudaki çözünmüş organik matrisi absorbe etmek için kullanır. Aerobik koşullar altında, polifosfat biriktiren bakteriler, atık sudan fosfor emilimi için gereken enerjiyi sağlamak üzere PHB'yi bozar ve böylece polifosfat birikim sürecini tamamlar.

Elbette yukarıda sıralanan atık su arıtma işlemleri buzdağının sadece görünen kısmıdır. Atık su arıtma yöntemleri artık çok geniş bir sistem haline geldi. Tüm geçmişe baktığımızda, insan sağlığına yönelik artan talepler, su kalitesindeki değişiklikler ve atık su arıtımının artan karmaşıklığıyla birlikte kentsel atık su arıtımındaki ilerlemenin arttığını görüyoruz. Eş zamanlı olarak operasyonel yönetim, sermaye ve arazi maliyetleri, su arıtma teknolojilerinin sürekli gelişimini destekleyerek operasyonları, arazi kullanımını, prosedürleri ve enerji kaynağı girdilerini giderek basitleştirdi. İnsanların su kalitesine yönelik talepleri artarken, arıtma süreçleri de giderek daha kolay hale geliyor.