I. Atıksu Biyolojik Arıtma Sistemlerine Genel Bakış
Modern biyolojik atıksu arıtımı genellikle üç aşamaya ayrılır:
- Birincil Arıtma (Fiziksel Arıtma): Çubuk elek müdahalesi, birincil çökeltme tankı
- İkincil Arıtma (Biyolojik Arıtma): Havalandırma tankı, son çökeltme tankı
- Üçüncül Arıtma (Biyolojik/Fizikokimyasal Arıtma): Azot ve fosfor giderimi
Çamur, çamur çürütme sistemine ayrı olarak iletilir.
Oksijen talebine bağlı olarak biyolojik arıtma, aerobik arıtma (aktif çamur prosesi, oksidasyon havuzu, oksidasyon kanalı, damlatmalı filtre, dönen biyolojik kontaktör vb.) ve anaerobik arıtma (çamur çürütme) olarak sınıflandırılır.
II. Aktif Çamurdaki Mikrobiyal Topluluk
Aktif çamur prosesi, atık suyun arıtılması için bakteri, mantar, protozoa ve metazoa gibi kümelenmiş mikroorganizmalardan oluşan heterotrofik ekosistemlere dayanır. Heterotrofik bakteriler ve serbest yaşayan heterotrofik mantarlar en düşük trofik seviyeyi oluşturur. Heterotrofik protozoalar tarafından avlanırlar, bunlar ayrıca rotiferler ve nematodlar gibi ikincil yırtıcılar tarafından tüketilir ve sonuçta atık su arıtımı gerçekleşir.
(I) Bakteriler – Organik Madde Bozunmasının Ana Gücü
Bakteriler aktif çamurdaki en kritik mikrobiyal gruptur ve iki temel işlevi üstlenirler: organik maddenin parçalanması ve topak oluşumu.
Organik Parçalayıcı Bakteri Cinsleri
Pseudomonas, Flavobacterium, Alcaligenes, Bacillus
- Baskın karbonhidrat parçalayıcılar:Psödomonaslar
- Baskın protein parçalayıcılar:Alcaligenes, Flavobacterium, Bacillus
(II) Flok Oluşum Mekanizması
Aktif çamur flokları üç bileşenin sinerjik etkisiyle oluşur:
- Topak oluşturan bakteriler (Zooglea ramigera): Çubuk şeklinde, Gram negatif, kapsüllü ve sporsuz. Hücre dışı polimerler ve hücreler arası maddeler yoluyla bakteri agregasyonunu indüklerler.
- Orta derecede filamentli bakteriler: Floklar için filamentli çerçeveler sağlayarak, flok oluşturan bakterilerin tutunmasını ve büyümesini sağlar. Bunlar arasında başlıca şunlar yer alır:
- Nitrifikasyon bakterileri
- Sphaerotilus(demir bakterileri)
- Beggiatoa(kükürt oksitleyici bakteriler)
- Tiyotriks(kükürt azaltan bakteriler)
- Siliatlar: Köprü yapıları oluşturmak ve topaklanmayı kolaylaştırmak için mukoproteinleri ve polisakkarit polimerlerini salgılarlar.
(III) Mantarlar – Refrakter Organiklerin Parçalayıcıları
Mantarlar, biyolojik olarak parçalanması zor olan dirençli organikleri nispeten düşük bir bozulma oranında parçalayabilir. Orta derecede mantar filamentleri flok çekirdekleri görevi görür ve flokülasyon ve sedimantasyon performansını artırır. Ancak aşırı mantar çoğalması çamurun birikmesine ve çökelme özelliklerinin zayıf olmasına neden olur.
Anormal masif mantar büyümesinin nedenleri:
- Sıcaklık düşüşü
- Düşük pH değeri
- Atık suyun yüksek C/N oranı
- Aşırı organik yükleme
- Sülfürlerin varlığı
(IV) Protozoa – Su Kalitesi Gösterge Organizmaları
Aktif çamurda yaygın olarak görülen protozoonlar:
- Amipli protozoa
- Kamçılılar (fitoflagellatlar ve zooflagellatlar)
- Siliatlar: serbest yüzen siliatlar ve saplı siliatlar
Gösterge önemi: Siliatların varlığı, etkili biyolojik arıtmanın önemli bir göstergesidir. Kamçılıların besin rekabeti zayıftır ve yalnızca yüksek konsantrasyonlu atık sularda hayatta kalırlar.
(V) Metazoa – İkincil Yırtıcı Hayvanlar
Metazoa, ikincil avcı olarak bakteriler ve küçük protozoalarla beslenir. Besin zincirini uzatırlar ve çamur verimini büyük ölçüde azaltırlar. Temsili türler arasında rotiferler ve nematodlar yer alır.
III. Çamur Oluşumunun Üç Aşaması
Aktif çamurun organik madde giderme prosesi, ardışık üç adımdan oluşan çamur oluşumu ile örtüşmektedir:
Adım 1: Kütle Transferi – Adsorpsiyon ve Alım
Geri dönüş çamuru, atık sudaki koloidal maddeleri ve çözünmeyen BOD'yi fiziksel olarak anında adsorbe eder, ardından çözünebilir organiklerin, metabolik bozunma için mikrobiyal hücrelere kademeli olarak alınması gelir.
Adım 2: Metabolik Dönüşüm – Biyobozunma
Organikler hidroliz, glikoliz (karbonhidratlar), dekarboksilasyon, deaminasyon (proteinler) ve β-oksidasyon (lipitler) dahil olmak üzere metabolik dönüşümlere uğrar. Ayrışmış substratlar daha sonra, son metabolik yan ürünler olarak karbondioksit ve su ile enerji üretmek için TCA döngüsüne ve elektron taşıma zincirine girer.
Adım 3: Flokülasyon – İyi Yerleşen Flokların Oluşturulması
Organik konsantrasyon azaldıkça mikroorganizmalar endojen bozunma aşamasına girer. Polisakkarit polimerler, kohezyonu arttırmak, son çökeltme tankında katı-sıvı ayrımını sağlayan yoğun, çökelebilir topakları oluşturmak için hücre yüzeylerinin etrafına salgılanır.
IV. Organik Madde Bozulmasına İlişkin Çevresel Koşullar
- Sıcaklık: 20–30°C, mikrobiyal enzimatik aktiviteyi düzenler
- Besin maddeleri: BOİ : N : P = 100 : 5 : 1; eser elementler K, Ca, Fe, Mg ayrıca gereklidir
- Çözünmüş Oksijen (DO): Tank girişinde 0,5–1 mg/L, çıkışta 2–3 mg/L; DO 0,5 mg/L'nin altına düştüğünde metabolizma hızı keskin bir şekilde düşer
- pH değeri: 6,5–7,5, hafif alkali 7,2–7,4'te optimal; Mikroorganizmalar pH < 4 veya pH > 10'da yaşayamazlar
- Zehirli maddeler: Ağır metallerin toksisite sıralaması: Ag > Hg > Sn > Cu > Cd > Cr
