1

SU ARITIMINDA TES İS TASARIMI ÇAMUR KISMI D İZAYN ÖRNEĞİ1

1. Kullanılan Dizayn Kriterleri

Bir su arıtma tesisinde filtre geri yıkama suları ve çöktürme tankları çamurları için graviteli yoğunlaştırıcı ve santrifüj dekantör ünitelerinden oluşan bir çamur bertaraf sistemi kurulacaktır. Aşağıda verilen bilgiler ışığında bu ünitelerin tasarımını yapınız. Arıtma üniteleri ile ilgili bilgiler daha önceki derslerde yapılan uygulamalardan alınmıştır.

1. Filtre geri yıkama geri kazanım sistemi

a. Filtre geri yıkama sularının geri kazanımı için bir adet dengeleme tankı ve bir adet graviteli

çöktürme tankı yapılacaktır. Dengeleme tankı çöktürme tankına sabit bir debi akışını sağlamak için yapılacaktır. Geri kazanım tankının üst suları hızlı karıştırma öncesindeki dağıtım kanalına pompalanacak, alt akımı ise çöktürme tankı çamurları ile birlikte graviteli yoğunlaştırıcı öncesindeki flokülasyon tankına yollanacaktır. Geri kazanım tankının çıkış yapısı V savak yapısı ve savak kanalları şeklinde olacaktır.

b. Toplam 8 filtreden her birinde bir günde 375 m3 geri yıkama suyu üretilmektedir (Filtrasyon

uygulamasına bakınız). c. Filtre geri yıkama suları geri kazanım tankında bekletme süresi 6 saat ve minimum yüzey yükü 25

m3/m2-gün olacaktır.

2. Graviteli yoğunlaştırıcı Graviteli yoğunlaştırıcı, çöktürme tankında çöken çamurlar ve filtre geri yıkama suları geri kazanma tankı çamurların (alt akım) katı madde konsantrasyonunun arttırılması için yapılacaktır.

a. İki dairesel graviteli yoğunlaştırıcı yapılacaktır. Minimum yüzey ve maksimum katı yükleme oranları sırasıyla, 4 m3/m2-gün ve 80 kg/m2-gün olacaktır.

b. Yoğunlaştırıcı üst akımı (süpernatant) filtre geri yıkama suları biriktirme tankına yollanacaktır.

Yoğun çamur (alt akım) ise filtrepres ünitesine gönderilecektir. Graviteli yoğunlaştırıcının çıkış yapısı V savak yapısı ve savak kanalları şeklinde olacaktır.

3. Santrifüj dekantör ünitesi 4. Ünite yerleşimi Çamur üniteleri; bir filtre geri yıkama suları dengeleme tankı, bir filtre geri yıkama suları geri kazanım tankı, graviteli yoğunlaştırıcılar, santrifüj dekantörler ve çeşitli pompa istasyonlarından oluşmaktadır. Filtre geri yıkama suları geri kazanım sistemi ve graviteli yoğunlaştırıcıların genel yerleşimleri Şekil 14.8’de gösterilmiştir. Filtre geri yıkama suları, dengeleme tankına cazibe ile dökülmektedir. Dengeleme tankındaki sular ise flokülasyon tankına bir dalgıç pompa ile sabit bir debide basılmaktadır. Flokülasyon tankında bu sulara polimer katılmaktadır. Flokülasyon tankından sular cazibe ile geri kazanım tankına gelmektedir. Geri kazanım tankının üst suları bir pompa ile tesisin hızlı karıştırma tankından önceki dağıtım kutusuna pompalanmaktadır. Alt akım ise bir teleskobik vana ile çöktürme tankından gelen koagülasyon çamurlarının giriş yaptığı flokülasyon tankına alınır. Birleşmiş çamur 3 gözlü bir

1 Bu örnek; Qasim, Motley ve Zhu tarafından yazılan “Water Works Engineering: Planning, Design and Operation” isimli kitabın 2000 yılı basımlı halinin 654. sayfasında bulunmaktadır. Bu örnekte çamur susuzlaştırma amacıyla çamur lagünü yerine daha sık kullanılan santrifüj prosesleri kullanılmıştır. Bu sebeple bazı değerler orijinal örnekten farklılık göstermektedir. Farklı olan değerler hesaplandığında kitaptaki orijinal değerler dipnotlar ile belirtilmiştir.

2

flokülatörden sonra bir dağıtım yapısına gelir ve buradan iki graviteli yoğunlaştırıcıya eşit bir şekilde dağıtılır. Graviteli yoğunlaştırıcıların üst akımı filtre geri yıkama suları dengeleme tankına pompalanır. Alt akım ise santrifüj dekantörlere pompalanır. Santrifüj dekantörde susuzlaştırılan çamur keki düzenli depolama alanına gönderilirken, süpernatant ise filtre geri yıkama suları dengeleme tankına pompalanır. 2. Dizayn Hesapları

1. Adım: Materyal Kütle Dengesi Hesaplamaları Çamur bertaraf ünitesindeki üst sular ana tesisteki hızlı karıştırma tankına gönderilmektedir. Bu akım içerisindeki katı maddeler tesisteki katı madde miktarını arttırır. Bu sebeple çöktürme tankına ve filtrasyon ünitesine gelen sudaki katı madde yükü başlangıçta hesaplanan miktarlardan fazla olmaktadır. Kararlı durumda ise bu miktarlar sabittir. Kararlı durumda tesisin her bir kısmındaki akımlarda katı madde miktarı ve akım debisi iterasyon ile belirlenebilir. Bu hesaplamalar ortalama ve maksimum su debileri için ayrı ayrı hesaplanır. Kararlı durumda maksimum debide kütle dengesi sonuçları Şekil 14.9’da, kütle dengesi hesaplama adımları ise Tablo 14.5’de verilmiştir. 2. Adım: Filtre Geri Yıkama Suları Geri Kazanım Sistemi

1. Filtre geri yıkama sularının karakteristikleri Filtre geri yıkama suları geri kazanım sistemine 3.000 m3/gün akım gelmektedir. Filtre geri yıkama sularıyla gelen katı madde ise yapılan kütle dengesi ile bulunmuş olup 809,6 kg/gün’dür. Günde toplam 8 geri yıkama yapılmaktadır. Dolayısıyla her bir geri yıkama periyodunun sıklığı 3 saattir. 2. Dengeleme tankı dizaynı

a. Dengeleme tankı boyutlarının hesabı Dengeleme tankı iki filtrenin geri yıkama suları ile yoğunlaştırıcıdan ve santrifüj dekantörden 6 saatte gelen akımı biriktirecek kapasitede dizayn edilecektir. Buna göre: Gerekli hacim = 750 m3/gün + 81,9 m3/gün + 30,4 m3/gün = 862,3 m3 2

14 m * 14 m * 4 m boyutlarında bir dengeleme tankı yapılacaktır. Bu tankın dip kısmı ise 1,5 m genişliğinde olacaktır. Dolayısıyla bu şekildeki bir tankın hacmi:

Toplam hacim = 14 m * 14 m* 4 m + [(14 m)2*1,5 m]/3 = 882 m3

0,5 m’lik bir hava payı da bırakılacaktır. Bu tankın dizayn detayları ve ölçüleri Şekil 14.11’de gösterilmiştir.

b. Dengeleme tankı basma ünitesi dizaynı

Filtre geri yıkama sularını geri kazanım tankına basmak üzere biri yedek 2 özdeş pompa kullanılacaktır. Her bir pompa dengeleme tankını 6 saatte boşaltacak kapasitede olacaktır. Buna göre seçilen pompaların kapasitesi 2,3 m3/dk’dır. Pompa kontrolü alt seviye kontrolü ile sağlanacaktır. Ayrıca maksimum su seviyesinde 2. pompa da çalışacak normal su seviyelerinde ise beklemede olacaktır.

2 Orijinal örnekte bu değer 832 m3’dür.

3

3. Filtre geri yıkama suları geri kazanım tankı

a. Boyutların hesaplanması Bu tanka akım 2,3 m3/dk’lık sabit debi ile gelmektedir. Yüzey yükü değeri 25 m3/m2-gün olduğuna göre yüzey alanı:

Yüzey alanı = 223

3

132,5mgün/m25m

1440dk/gün*/dk2,3m =−

Bunun için 13 m çap seçilir. Bu tankta bekletme süresinin 6 saat olması istendiğine göre bu tankın hacmi: Tank hacmi = 2,3 m3/dk * 60 dk/saat * 6 saat = 828 m3

Gerekli derinlik = 2

3

(13m)*π

828m*4= 6,24 m

b. Giriş ve çıkış yapılarının dizaynı

Giriş yapısı merkezdeki silindirik bir baca şeklindeki dağıtım yapısıdır. Çıkış yapısı ise tank çevresindeki 90 º V savaklar ile yapılacaktır. Çıkış savak kanalı bir çıkış kutusuna boşalır. Bu tankın çıkış yapısı dairesel çöktürme tankları ile benzeşmektedir. Çıkış yapısı ile ilgili hesaplamalar çöktürme ünitesindeki hesaplamalar kullanılarak yapılabilir. Filtre geri yıkama suları geri kazanım tankının tasarım detayları Şekil 14.12’de gösterilmiştir.

4. Filtre geri yıkama suları geri kazanım tankı alt akımı Bu tankın alt akımı çöktürme tankından gelen koagülasyon çamurları ile birleşmek üzere flokülasyon tankına gönderilecektir. Bunun için bu tanktaki alt akım öncelikle bir çıkış kutusuna alınacaktır. Burada akım oranının kontrolü için teleskobik vana kullanılacaktır. %1 katı maddeye sahip alt akımın katı yakalama kapasitesi %70’dir. Çökelen filtre geri yıkama sularının miktar ve kalitesi materyal kütle dengesi ile hesaplanmıştır (Tablo 14.5). Buna göre bu değerler şu şekildedir:

Alt akım katı miktarı = 1158 kg/gün Alt akım debisi = 115,2 m3/gün

5. Filtre geri yıkama suları geri kazanım tankı üst akımı Bu tankın üst akımı koagülasyon tankı öncesindeki dağıtım kutusuna dökülmektedir. Filtre geri yıkama suları geri kazanım tankı üst akımı kalite ve miktar bilgileri kütle dengesi ile hesaplanmıştır (Tablo 14.5). Buna göre bu değerler şu şekildedir:

Üst akım katı miktarı = 496,2 kg/gün3 Üst akım debisi = 3334 m3/gün

Bu akımın basılması için 2,4 m3/dk kapasiteli 2 adet pompa kullanılacaktır. Bir pompa çalışırken diğeri bekleme modunda olacaktır.

3 Orijinal örnekte bu değer 496,2 kg/gün’dür.

4

3. Adım: Graviteli Yoğunlaştırıcı

1. Graviteli yoğunlaştırıcıya gelen akımın karakteristikleri Graviteli yoğunlaştırıcıya gelen akım çöktürme tankı alt akımı ile filtre geri yıkama suları geri kazanım tankı alt akımının toplamıdır. Graviteli yoğunlaştırıcıya gelen akımın kalite ve miktar bilgileri kütle dengesi ile hesaplanmıştır (Şekil 14.9). Buna göre bu değerler şu şekildedir:

Üst akım katı miktarı = 8444 kg/gün Üst akım debisi = 475,2 m3/gün

2. Graviteli yoğunlaştırıcı dizaynı

a. Yoğunlaştırıcının boyutlarının hesaplanması

80 kg/m2-gün katı yükleme oranı değerine göre yüzey alanı aşağıdaki şekilde hesaplanır:

Gerekli alan = gün80kg/m

8444kg/gün2 −

=105,6 m2

İki adet yoğunlaştırıcı yapılırsa her birinin yüzey alanı 52,8 m2 olacaktır. Bu durumda her bir tankın çapı 8,2 m olacaktır.

b. Hidrolik yükün kontrolü

Hidrolik yük = 2

3

52,8m*2

/gün475,2m= 4,5 m3/m2-gün

Elde edilen bu değer minimum değer olan 4 m3/m2-gün değerinin üzerindedir.

c. Yoğunlaştırıcı derinlik hesabı

Graviteli yoğunlaştırıcıda toplam yükseklik; temiz su bölgesi, çökelme bölgesi ve yoğunlaşmış çamur bölgelerin yüksekliklerinin toplamına eşittir. Genellikle bir yoğunlaştırıcıda bu yüksekliklerin sırasıyla, 1 m, 1,5 m ve 3 m olarak alınması uygundur. Dolayısıyla toplam yükseklik 5,5 m olacaktır. Ayrıca 0,6 m’lik bir hava payı da bırakılacaktır.

d. Çamur konisinin yüksekliğinin hesabı

Yoğunlaştırıcının dip kısmında eğim 20 cm/m’dir. Buna göre çamur konisinin yüksekliği şu şekilde hesaplanır:

Çamur konisi yüksekliği = 2

8,2m*

100cm

20cm= 0,82 m

Dolayısıyla çamur konisinde itibaren su yüksekliği 6,32 m olacaktır.

e. Yoğunlaştırıcı giriş ve çıkış yapısı hesabı

Yoğunlaştırıcı tankı giriş ve çıkış yapıları filtre geri yıkama suları geri kazanım tankıyla benzer şekildedir.

5

3. Yoğunlaştırma periyodu Her bir yoğunlaştırıcının hacimleri çamur konileri de dikkate alındığında aşağıdaki şekilde hesaplanır:

Yoğunlaştırıcı hacmi = 22 )2,8(*82,012

5,5*)2,8(4

mmmmππ + =305m3

Yoğunlaştırma periyodu = /gün475,2m

305m*23

3

= 1,3 gün

4. Yoğunlaşmış çamurun basılması Graviteli yoğunlaştırıcıdan çıkan yoğunlaşmış çamur akımın kalite ve miktar bilgileri kütle dengesi ile hesaplanmıştır (Şekil 14.9). Buna göre bu değerler şu şekildedir:

Yoğunlaştırılmış çamurda katı miktarı = 7600 kg/gün Yoğunlaştırılmış çamur debisi = 147,6 m3/gün

Teleskobik vana çamur battaniyesi yüksekliğini kontrol etmek için kullanılır. Yoğunlaşmış çamur santrifüj dekantörlere 50 L/dk kapasiteli 3 adet pompa ile basılacaktır. Normal işletme esnasında iki pompa çalışacak bir pompa ise bekleme konumunda olacaktır. 5. Çamur hacim oranı (SAR) Çamur hacim oranı yoğunlaşmış çamurun yoğunlaştırıcıda kalma süresini ifade eden bir orandır. Buna göre çamur konisi ve yoğunlaşma bölgesinin hacminde bekleyen çamur 150 m3/gün debi ile boşaltılmaktadır. Buna göre yoğunlaşma bölgesi ve çamur konisinin toplam hacmi ve SAR değeri şu şekilde hesaplanır:

22 (8,2m)*0,82m12

π3m*(8,2m)

4

π + =172 m3

SAR = /gün147,6m

172m*23

3

=2,3 gün

6. Yoğunlaştırıcı üst akımı kalite ve miktarı Graviteli yoğunlaştırıcıdan çıkan üst akımın kalite ve miktar bilgileri kütle dengesi ile hesaplanmıştır (Şekil 14.9). Buna göre bu değerler şu şekildedir:

Üst akımda katı miktarı = 844,4 kg/gün Üst akım debisi = 327,6 m3/gün

Bu akım santrifüj dekantör süpernatant akımı ile bir kutuda toplanarak bu kutudan filtre geri yıkama suları dengeleme tankına basılacaktır. Yoğunlaştırıcıların dizayn detayları ve boyutları Şekil 14.13’de gösterilmiştir.

6

4. Adım: Santrifüj Dekantör

1. Santrifüj dekantöre gelen akımın karakteristikleri Santrifüj dekantöre gelen akımın kalite ve miktar bilgileri kütle dengesi ile hesaplanmıştır (Şekil 14.9). Buna göre bu değerler şu şekildedir:

Katı miktarı = 7600 kg/gün Debi = 147,6 m3/gün

2. Santrifüj dekantör seçimi Çamuru susuzlaştırma maksadıyla 3200 L/saat debide 3 adet santrifüj dekantör seçilmiştir. Normal işletme periyodunda iki dekantör çalışacak bir tanesi bekleme konumunda olacaktır. Santrifüj dekantöre giren akım susuzlaştırılmış çamur ve süpernatant olarak ikiye ayrılmaktadır. Santrifüjde katı tutma veriminin %100, elde edilen kekte katı madde yüzdesinin %25 ve elde edilen kekin özgül ağırlığının 1170 kg/m3 olduğu kabul edilecektir. Buna göre susuzlaştırılmış çamurun katı madde ve debi değerleri aşağıdaki gibi olacaktır:

Çamur kekinde katı miktarı = 7600 kg/gün

Susuzlaştırılmış çamur akımı debisi = %25*1170kg/m

7600kg/gün3

= 26,0 m3/gün

3. Santrifüj dekantör süpernatant akımı kalite ve miktarı Santrifüjden çıkan süpernatant akımının kalite ve miktar bilgileri kütle dengesi ile hesaplanmıştır (Şekil 14.9). Buna göre bu değerler şu şekildedir:

Süpernatant akımında katı miktarı = 0 kg/gün Süpernatant akımı debisi = 121,6 m3/gün

Bu akım graviteli yoğunlaştırıcı üst akımı ile bir kutuda toplanarak bu kutudan filtre geri yıkama suları dengeleme tankına basılacaktır. Dolayısıyla basılacak toplam debi 449,2 m3/gün’dür. Bu debi, her biri 160 L/dk kapasiteli üç adet pompa ile basılacaktır. Normal işletme esnasında iki pompa çalışacak bir pompa ise bekleme konumunda olacaktır.

7

Tablo 14.5 Maksimum debide materyal kütle dengesi hesapları.

İterasyon No Atık Akımı

1 2 6 7

Çöktürme tankı

Toplam üretilen katı, kg/gün 7600 (çöktürme dizayn

örneği) 7600 + 228 = 7828 8096 8096

Üst akımda katılar (devam eden %10), kg/gün

7600 * 0,10 = 760 7828 * 0,10 = 782,8 809,6 809,6

Alt akımda katılar (%90 verim), kg/gün

7600 * 0,90 = 6840 7828 * 0,90 = 7045 7286 7286

Alt akım debisi (%2 KM, 1012 kg/m3) , m3/gün

3381012*0,02

6840 = 348,11012*0,02

7045 = 360,0 360,0

Filtre

Filtreye giren katılar, kg/gün 760 782,8 809,6 809,6

Geri yıkama sularında katılar, kg/gün

760 782,8 809,6 809,6

Filtre geri yıkama debisi, m3/gün 3000 (filtrasyon dizayn

örneği) 3000 3000 3000

Katı konsantrasyonu, mg/L 3,2533000

1000*760 = 9,2603000

1000*8,782 = 269,9 269,9

Filtre geri yıkama suları geri kazanım tankı

Tanka giren katılar, kg/gün 760 782,8 + 737,2 = 1520 1654 1654

Tanka gelen debi, m3/gün 3000 3000 + 262,1 + 106,1 = 3368 3449 3449

Alt akımda katılar (%70 verim), kg/gün

760 * 0,70 = 532,0 1520 * 0,70 = 1064 1158 1158

Alt akım debisi (%1 KM, 1005 kg/m3), m3/gün

52,91005*0,01

532 = 9,0511005*0,01

1064 = 115,2 115,2

Üst akımda katılar, kg/gün 760 * 0,30 = 228,0 1520 – 1064 = 456,0 496,2 496,2

Üst akım debisi, m3/gün 3000 – 52,9 = 2947 3368 – 105,9 = 3262 3334 3334

Katı konsantrasyonu/ mg/L 4,772947

1000*228 = 8,1393262

1000*456 = 148,8 148,8

Graviteli yoğunlaştırıcı

Tanka giren katılar, kg/gün 6840 + 532 = 7372 7045 + 1064 = 8109 8444 8444

Debi, m3/gün 338,0 + 52,9 = 390,9 348,1 + 105,9 = 454,0 475,2 475,2

Yoğunlaşmış akımda katılar (%90 verim), kg/gün

7372 * 0,90 = 6635 8109 * 0,90 = 7298 7600 7600

Yoğunlaşmış akım debisi, (%5 KM, 1030 kg/ m3), m3/gün

128,81030*0,05

6635 = 141,71030*0,05

7298 = 147,6 147,6

Üst akımda katılar, kg/gün 7372 * 0,10 = 737,2 8109 * 0,10 = 810,9 844,4 844,4

Üst akım debisi, m3/gün 390,9 – 128,8 = 262,1 454,0 – 141,7 = 312,2 327,6 327,6

Katı konsantrasyonu, mg/L 28131,262

1000*2,737 = 25972,312

1000*9,810 = 2577 2577

Santrifüj dekantör

Dekantöre giren katılar, kg/gün 6635 7298 7600 7600

Debi, m3/gün 128,8 141,7 147,6 147,6

Susuzlaşmış akımda katılar (%100 verim), kg/gün

6635 * 1,00 = 6635 7298 * 1,00 = 7298 7600 7600

Susuzlaşmış akım debisi, (%25 KM, 1170 kg/ m3), m3/gün

22,71170*0,25

6635 = 25,01170*0,25

7298 = 26,0 26,0

Süpernatantta katılar, kg/gün 0 0 0 0

Süpernatant debisi, m3/gün 128,8 – 22,7 = 106,1 141,7 – 25,0 = 116,7 121,6 121,6

8

Şekil 14.8 Filtre geri yıkama suları geri kazanım sistemi ve graviteli yoğunlaştırıcı yerleşimi.

9

Şekil 14.9 Maksimum dizayn debisi için kütle dengesi özeti.

.

10

Şekil 14.11 Filtre geri yıkama suları dengeleme tankı. (a) Plan görünüşü. (b) A-A kesiti.

11

Şekil 14.12 Filtre geri yıkama suları geri kazanım tankı. (a) Plan görünüşü. (b) A-A kesiti.

12

Şekil 14.13 Graviteli yoğunlaştırıcılar. (a) Plan görünüşü. (b) Bir yoğunlaştırıcının kesit görünüşü.