Endüstriyel Atıksu Arıtmada DAF Sistemleri
Endüstriyel tesislerde oluşan atıksuların karakteri, üretim prosesine bağlı olarak büyük farklılıklar gösterebilir. Gıda, süt ve süt ürünleri, et ve tavuk işleme, balık işleme, tekstil, kimya, yağ üretimi ve benzeri sektörlerde oluşan atıksular; yüksek miktarda askıda katı madde (AKM), yağ-gres, kolloidal maddeler ve organik kirlilik içerebilir.
Bu tür atıksuların yalnızca klasik çöktürme sistemleriyle arıtılması her zaman yeterli olmayabilir. Özellikle yoğunluğu suya yakın olan, çok küçük partiküllerden oluşan veya yağ karakterindeki kirleticilerin ayrılması için farklı bir fiziksel ayırma teknolojisine ihtiyaç duyulabilir.
DAF (Dissolved Air Flotation – Çözünmüş Hava Flotasyonu), bu noktada kullanılan önemli fiziksel-kimyasal arıtma proseslerinden biridir.
DAF sistemi, atıksu içerisindeki askıda katı maddelerin, yağların, gresin ve uygun kimyasal şartlandırma sonucunda oluşan flokların mikro hava kabarcıkları yardımıyla su yüzeyine taşınması prensibiyle çalışır.
Doğru tasarlanmış bir DAF sistemi, özellikle endüstriyel atıksu arıtma tesislerinde ön arıtma veya fiziksel-kimyasal arıtma kademesi olarak kullanılarak sonraki proseslerin yükünü azaltabilir.
DAF Nedir?
DAF, İngilizce Dissolved Air Flotation kelimelerinin baş harflerinden oluşur. Türkçede Çözünmüş Hava Flotasyonu olarak ifade edilir.
DAF sisteminin temel çalışma prensibi, su içerisinde çözündürülmüş havanın basınç düşürülmesi sonucunda çok küçük hava kabarcıkları oluşturmasıdır.
Bu mikro hava kabarcıkları atıksu içerisindeki:
- Askıda katı maddelere,
- Yağ partiküllerine,
- Kolloidal maddelere,
- Kimyasal floklara
tutunur.
Hava kabarcıkları kirleticilere tutundukça partiküllerin toplam yoğunluğu azalır ve bu yapılar suyun yüzeyine doğru yükselmeye başlar.
Yüzeyde biriken flok ve kirletici tabakası mekanik sıyırıcılarla toplanarak sistemden uzaklaştırılır.
Böylece atıksuyun içerisindeki ayrılabilir kirleticiler sıvı fazdan uzaklaştırılmış olur.
DAF prosesinde basınç altında hava çözündürülmesi ve daha sonra basıncın düşürülmesiyle oluşan mikro kabarcıkların partikülleri yüzeye taşıması, prosesin temel mekanizmasını oluşturur.
DAF Ünitesi Nasıl Çalışır?
Tipik bir DAF sisteminin çalışma sürecini basit şekilde aşağıdaki gibi özetleyebiliriz:
Atıksu → Kimyasal şartlandırma → Flokülasyon → DAF → Arıtılmış su
DAF ünitesinin kendi içerisindeki temel proses ise şu şekildedir:
Basınçlandırma → Hava çözündürme → Basınç düşürme → Mikro kabarcık oluşumu → Flotasyon → Çamur sıyırma
Şimdi bu aşamaları daha detaylı inceleyelim.
1. Atıksuyun DAF Sistemine Beslenmesi
Endüstriyel atıksu genellikle doğrudan DAF ünitesine gönderilmez.
Tesisin prosesine göre öncesinde:
- Izgara,
- Elek,
- Dengeleme tankı,
- Yağ tutucu,
- pH ayar tankı
gibi üniteler bulunabilir.
Özellikle debi ve kirlilik yükünün değişken olduğu tesislerde dengeleme tankı büyük önem taşır.
Dengeleme tankının amacı DAF’a mümkün olduğunca stabil bir debi ve daha homojen karakterde atıksu göndermektir.
Örneğin bir gıda fabrikasında üretim sırasında 50 m³/saat, temizlik sırasında ise çok daha yüksek debiler oluşabilir.
DAF ünitesinin bu ani değişimlere sürekli maruz kalması proses performansını olumsuz etkileyebilir.
Bu nedenle DAF tasarımından önce yalnızca günlük debinin değil, ortalama ve maksimum saatlik debilerin de belirlenmesi gerekir.
2. Koagülasyon
DAF sisteminin performansını belirleyen en önemli aşamalardan biri kimyasal şartlandırmadır.
Atıksudaki çok küçük partiküller ve kolloidal maddeler, yüzey özellikleri nedeniyle birbirleriyle kolayca birleşmeyebilir.
Koagülasyon aşamasında uygun kimyasal kullanılarak bu partiküllerin destabilize edilmesi ve daha büyük flokların oluşmasına uygun ortam hazırlanması hedeflenir.
Kullanılan koagülant atıksuyun karakterine göre değişebilir.
Yaygın olarak:
- PAC,
- Demir klorür,
- Alüminyum sülfat,
- Diğer özel koagülantlar
kullanılabilir.
Ancak her atıksu için aynı kimyasal ve aynı dozaj kullanılmamalıdır.
Kimyasal seçimi ve optimum dozajın belirlenmesi için laboratuvar ortamında jar testi yapılması önemlidir.
3. Flokülasyon
Koagülasyon sonrasında daha küçük partiküllerin birleşerek daha büyük ve dayanıklı floklar oluşturması hedeflenir.
Bu aşama flokülasyon olarak adlandırılır.
Flokların yeterince büyük ve dayanıklı olması DAF performansını doğrudan etkiler.
Çünkü mikro hava kabarcıklarının floklara tutunması ve flokları yüzeye taşıması gerekir.
Flok yapısı:
- Çok küçük,
- Çok zayıf,
- Fazla parçalanmış
olursa DAF çıkışında AKM yükselmesi görülebilir.
Buna karşılık aşırı kimyasal dozaj veya yanlış karıştırma koşulları da proses performansını olumsuz etkileyebilir.
Bu nedenle DAF tasarımında yalnızca tank hacmi değil, kimyasal reaksiyon ve flokülasyon koşulları da dikkate alınmalıdır.
4. Çözünmüş Hava Oluşturulması
DAF sisteminin diğer arıtma sistemlerinden ayrıldığı temel nokta çözünmüş hava prosesidir.
DAF ünitesinde genellikle arıtılmış suyun bir bölümü geri devir olarak alınır.
Bu su:
- Geri devir pompasıyla basınçlandırılır.
- Sisteme hava verilir.
- Hava su içerisinde çözündürülür.
- Basınçlı su DAF sistemine gönderilir.
- Basınç düşürülür.
- Mikro hava kabarcıkları oluşur.
Basınç düşmesi sonucunda suda çözünmüş hava çok küçük kabarcıklar halinde ayrışır.
Oluşan bu mikro kabarcıkların çapı ve dağılımı DAF performansında önemli rol oynar.
5. Mikro Hava Kabarcıklarının Floklara Tutunması
Mikro hava kabarcıkları atıksu içerisindeki floklarla temas eder.
Kabarcıkların floklara tutunması sonucunda:
Flok + Hava Kabarcığı = Daha düşük görünür yoğunluk
oluşur.
Bu yapı su içerisinde yukarı doğru hareket eder.
Yüzeye ulaşan floklar burada bir çamur tabakası oluşturur.
Bu nedenle DAF sistemlerinde flotasyon performansının temelinde yalnızca hava üretimi değil, hava kabarcıkları ile flok arasındaki temas ve tutunma mekanizması bulunur.
6. Yüzey Çamurunun Sıyırılması
DAF tankının yüzeyinde biriken yoğun flok tabakası mekanik sıyırıcılar yardımıyla toplanır.
Sıyırıcı sistem:
- Zincirli,
- Paletli,
- Döner,
- Özel mekanik sıyırıcı
şeklinde farklı tasarımlarda olabilir.
Toplanan DAF çamuru daha sonra çamur tankına gönderilebilir.
Tesisin kapasitesine ve çamur karakterine göre sonraki aşamada:
Çamur tankı → Polimer dozajı → Filter Press
veya farklı bir çamur susuzlaştırma prosesi uygulanabilir.
DAF Sisteminin Ana Ekipmanları Nelerdir?
Tipik bir DAF sisteminde aşağıdaki ekipmanlar bulunabilir:
DAF Flotasyon Tankı
Atıksu ve mikro hava kabarcıklarının temas ettiği ana proses tankıdır.
Geri Devir Pompası
Arıtılmış suyun belirli bir bölümünü basınçlandırma sistemine gönderir.
Hava Kompresörü
Sistemde ihtiyaç duyulan havanın sağlanmasında kullanılır.
Basınçlandırma Tankı
Su ve havanın basınç altında temas ederek havanın su içerisinde çözünmesini sağlar.
Hava Dağıtım Sistemi
Basınçlandırılmış suyun DAF tankına kontrollü şekilde verilmesini sağlar.
Kimyasal Dozaj Sistemi
Koagülant, polimer, asit veya kostik gibi kimyasalların kontrollü olarak dozajlanmasını sağlar.
Flokülasyon Tankı
Kimyasal şartlandırılmış atıksuyun uygun karıştırma koşullarında flok oluşturmasını sağlar.
Çamur Sıyırıcı
Yüzeyde biriken flotasyon çamurunu toplar.
Kontrol Panosu
Pompa, sıyırıcı, kompresör, dozaj pompaları ve diğer ekipmanların otomatik kontrolünü sağlar.
DAF Hangi Kirleticileri Giderir?
DAF sistemlerinin kullanım amacına göre farklı kirleticiler üzerinde etkili olması mümkündür.
Askıda Katı Madde – AKM
DAF’ın en önemli kullanım alanlarından biri askıda katı madde giderimidir.
Özellikle flok oluşturabilen partiküller mikro hava kabarcıklarıyla yüzeye taşınarak uzaklaştırılabilir.
Yağ ve Gres
DAF sistemleri yağlı atıksuların arıtılmasında oldukça yaygın olarak kullanılmaktadır.
Özellikle:
- Gıda tesisleri,
- Et tesisleri,
- Tavuk işleme tesisleri,
- Süt fabrikaları,
- Balık işleme tesisleri,
- Yağ üretim tesisleri
gibi işletmelerde önemli bir uygulama alanına sahiptir.
KOİ
DAF, çözünmüş KOİ’yi doğrudan biyolojik prosesler gibi parçalamaz.
Ancak KOİ’nin önemli bir bölümü:
- Askıda katılardan,
- Yağlardan,
- Kolloidal organik maddelerden
kaynaklanıyorsa DAF ile önemli miktarda KOİ giderimi sağlanabilir.
Bu nedenle DAF tasarımında sadece toplam KOİ değerinin değil, KOİ’nin çözünmüş ve partiküler fraksiyonunun da incelenmesi önemlidir.
Fosfor
Kimyasal şartlandırma kullanılan DAF sistemlerinde fosforun bir bölümü floklarla birlikte uzaklaştırılabilir.
Ancak fosfor giderim verimi;
- Kimyasal türüne,
- Dozaja,
- pH’a,
- Atıksu karakterine
bağlı olarak değişir.
DAF Hangi Sektörlerde Kullanılır?
DAF sistemleri özellikle yüksek AKM, yağ-gres ve kolloidal kirlilik içeren endüstriyel atıksularda tercih edilir.
Gıda Sanayi
Gıda üretim tesislerinde organik kirlilik ve askıda katı madde yükü yüksek olabilir.
DAF:
- Ön arıtma,
- Fiziksel-kimyasal arıtma,
- Biyolojik arıtma öncesi yük azaltma
amacıyla kullanılabilir.
Süt Fabrikaları
Süt, peynir, yoğurt ve diğer süt ürünlerinin üretiminde yağ, protein ve organik maddeler içeren atıksular oluşabilir.
DAF bu kirleticilerin biyolojik arıtma öncesinde azaltılmasında önemli bir proses olabilir.
Et ve Tavuk İşleme Tesisleri
Et ve tavuk tesislerinde:
- Kan,
- Yağ,
- Protein,
- Askıda katı maddeler
yüksek miktarlarda bulunabilir.
Bu nedenle DAF, bu tesislerde yaygın olarak kullanılan ön arıtma teknolojilerinden biridir.
Balık İşleme Tesisleri
Balık işleme atıksularında yağ, protein ve askıda katı madde bulunabilir.
DAF ile bu kirleticilerin önemli bir bölümünün fiziksel-kimyasal olarak ayrılması hedeflenebilir.
Zeytinyağı ve Bitkisel Yağ Tesisleri
Yağ karakterli atıksuların ayrılmasında flotasyon teknolojileri önemli avantaj sağlayabilir.
Tekstil Sanayi
Tekstil atıksularında lif, askıda katı madde, boya ve çeşitli kimyasal bileşenler bulunabilir.
DAF, uygun kimyasal şartlandırma ile bazı fiziksel ve kolloidal kirleticilerin gideriminde kullanılabilir.
Ancak tekstil atıksularında DAF’ın tek başına yeterli olup olmadığı, atıksuyun karakterine ve hedeflenen deşarj kalitesine göre belirlenmelidir.
DAF ve Çöktürme Tankı Arasındaki Fark
DAF ve klasik çöktürme sistemlerinin temel amacı sudaki ayrılabilir katı maddelerin sıvı fazdan uzaklaştırılmasıdır.
Ancak çalışma mekanizmaları farklıdır.
Çöktürme Tankı
Partiküller yerçekimi etkisiyle aşağı doğru çöker.
DAF
Partiküller mikro hava kabarcıklarıyla birlikte yukarı doğru taşınır.
Bu nedenle özellikle:
- Hafif partiküller,
- Yağ,
- Gres,
- Yavaş çöken floklar,
- Bazı kolloidal yapılar
için DAF avantaj sağlayabilir.
DAF’ın tercih edilip edilmeyeceği ise yalnızca “DAF daha iyi” şeklinde değerlendirilmemelidir.
Atıksuyun karakterine göre:
- Çöktürme,
- DAF,
- Lamella,
- Filtrasyon
gibi farklı prosesler karşılaştırılmalıdır.
DAF Sistemi Tek Başına Yeterli midir?
Bu sorunun cevabı atıksuyun karakterine ve deşarj kriterlerine bağlıdır.
Bazı uygulamalarda DAF çıkışı istenen seviyeye ulaşabilir.
Ancak yüksek çözünmüş organik madde içeren atıksularda DAF genellikle biyolojik arıtmanın yerine geçmez.
Bu durumda proses:
Izgara → Dengeleme → pH Ayarı → Koagülasyon → Flokülasyon → DAF → Biyolojik Arıtma
şeklinde tasarlanabilir.
DAF ile öncelikle fiziksel ve kimyasal olarak ayrılabilen kirleticilerin azaltılması, ardından biyolojik arıtma ile çözünmüş biyobozunur organik maddelerin giderilmesi hedeflenir.
DAF + Biyolojik Arıtma Neden Kullanılır?
Özellikle yüksek yağ ve AKM içeren endüstriyel atıksularda doğrudan biyolojik arıtmaya geçmek çeşitli işletme sorunlarına neden olabilir.
DAF ön arıtması sayesinde biyolojik sisteme ulaşan:
- Yağ,
- AKM,
- Kolloidal maddeler,
- Partiküler organik yük
azaltılabilir.
Bu durum biyolojik arıtma prosesinin daha stabil çalışmasına yardımcı olabilir.
Uygulamaya göre DAF sonrasında:
- MBBR,
- SBR,
- Aktif çamur,
- MBR
gibi biyolojik prosesler kullanılabilir.
DAF Tasarımında Nelere Dikkat Edilmelidir?
DAF ünitesi seçerken yalnızca günlük debiye bakmak yeterli değildir.
Aşağıdaki verilerin bilinmesi gerekir:
Hidrolik Veriler
- Ortalama debi
- Maksimum debi
- Minimum debi
- Çalışma süresi
- Pik debi
Atıksu Analizleri
- pH
- KOİ
- BOİ
- AKM
- Yağ-gres
- Toplam azot
- Toplam fosfor
- İletkenlik
- Sıcaklık
Proses Bilgileri
- Üretim türü
- Üretim saatleri
- CIP sistemi
- Kimyasal kullanımı
- Mevcut arıtma sistemi
- Hedeflenen çıkış suyu kalitesi
Tasarım Parametreleri
- Yüzey hidrolik yükü
- Katı yükü
- Geri devir oranı
- Hava/katı oranı
- Flotasyon süresi
- Kimyasal dozaj
- Çamur üretimi
Bu veriler değerlendirilmeden seçilen standart bir DAF ünitesi, kâğıt üzerinde kapasiteyi karşılıyor görünse bile işletme sırasında beklenen performansı vermeyebilir.
DAF Sistemlerinde Kimyasal Kullanımı
Kimyasal tüketimi DAF sistemlerinin işletme maliyetlerinin önemli bir bölümünü oluşturabilir.
Bu nedenle amaç yalnızca yüksek giderim verimi elde etmek değil, aynı zamanda optimum kimyasal tüketimini belirlemektir.
Örneğin:
Düşük dozaj → Yetersiz flok oluşumu → Düşük giderim
ve
Aşırı dozaj → Gereksiz kimyasal tüketimi + artan çamur üretimi
oluşturabilir.
Bu nedenle optimum noktanın belirlenmesi gerekir.
En uygun dozajın belirlenmesinde jar testi önemli bir araçtır.
DAF Sistemlerinin Avantajları
DAF teknolojisinin endüstriyel atıksu arıtımında tercih edilmesinin başlıca nedenleri şunlardır:
- Yağ ve gres gideriminde etkilidir.
- Askıda katı madde gideriminde kullanılabilir.
- Hafif ve yavaş çöken flokların ayrılmasını sağlar.
- Kompakt tasarımlar yapılabilir.
- Biyolojik arıtma öncesinde kirlilik yükünü azaltabilir.
- Farklı endüstriyel sektörlere uyarlanabilir.
- Otomatik kontrol sistemleriyle işletilebilir.
- Yüksek kapasiteli endüstriyel uygulamalara uyarlanabilir.
Ancak DAF’ın avantajlarından tam olarak yararlanabilmek için sistemin atıksu karakterine göre projelendirilmesi gerekir.
DAF Sistemlerinin Dezavantajları
Her arıtma prosesinde olduğu gibi DAF’ın da dikkat edilmesi gereken noktaları vardır.
Bunlar arasında:
- Kimyasal tüketimi,
- Elektrik tüketimi,
- Çamur oluşumu,
- Düzenli bakım ihtiyacı,
- Kimyasal dozaj kontrolü,
- Geri devir sisteminin doğru işletilmesi,
- Kompresör ve pompa bakımı
sayılabilir.
Ayrıca yanlış tasarım veya yanlış kimyasal dozajı, beklenen giderim performansının alınamamasına neden olabilir.
DAF Ünitesi Nerede Konumlandırılır?
DAF ünitesinin tesis içerisindeki konumu proses akışına göre belirlenmelidir.
Örneğin tipik bir endüstriyel arıtma tesisi:
Ön Arıtma → Dengeleme → Kimyasal Arıtma → DAF → Biyolojik Arıtma → Son Çökeltim → Deşarj
şeklinde olabilir.
Ancak bazı tesislerde DAF:
- Yalnızca yağ giderimi,
- Ana fiziksel-kimyasal arıtma,
- Biyolojik arıtma öncesi yük azaltma,
- Ters ozmoz öncesi ön arıtma
amacıyla farklı noktalarda kullanılabilir.
Dolayısıyla DAF’ın konumu da proje özelinde belirlenmelidir.
DAF Ünitesinin Doğru Boyutlandırılması Neden Önemlidir?
Bir DAF ünitesinin kapasitesi yalnızca:
m³/gün
olarak ifade edilmemelidir.
Aynı zamanda:
- Saatlik debi,
- Pik debi,
- Katı yükü,
- Yağ yükü,
- Flok karakteri,
- Geri devir debisi,
- Hava ihtiyacı
dikkate alınmalıdır.
Örneğin 1.000 m³/gün atıksu üreten iki tesis düşünelim.
Tesis A
24 saat çalışıyor:
1.000 / 24 = 41,7 m³/saat
Tesis B
10 saat çalışıyor:
1.000 / 10 = 100 m³/saat
Her iki tesisin günlük debisi aynı olmasına rağmen DAF’ın karşılaşacağı hidrolik yük aynı değildir.
Bu nedenle DAF kapasitesi belirlenirken işletmenin gerçek çalışma rejimi mutlaka değerlendirilmelidir.
CNRCO Arıtma ile DAF Sistemleri
Endüstriyel atıksu arıtma sistemlerinde doğru sonuç almak için yalnızca bir DAF tankının imal edilmesi yeterli değildir.
DAF sisteminin;
- Atıksu karakterine,
- Debiye,
- Kirlilik yüküne,
- Kimyasal ihtiyacına,
- Sonraki arıtma prosesine,
- Tesis alanına,
- İşletme koşullarına
uygun şekilde tasarlanması gerekir.
CNRCO Arıtma, endüstriyel atıksu arıtma tesisleri kapsamında DAF sistemlerinin projelendirilmesi, imalatı ve mevcut arıtma sistemlerine entegrasyonu konusunda projeye özel çözümler geliştirmektedir.
Gıda, süt, et, tavuk, tekstil, kimya ve farklı endüstriyel sektörlerin atıksu karakterlerine göre DAF sistemleri; gerekli durumlarda koagülasyon, flokülasyon, dengeleme, biyolojik arıtma ve çamur susuzlaştırma üniteleriyle birlikte değerlendirilebilir.
Amaç yalnızca bir DAF ekipmanı üretmek değil, işletmenin gerçek atıksu karakterine uygun çalışan bir arıtma prosesi oluşturmaktır.
Sonuç
DAF (Çözünmüş Hava Flotasyonu), özellikle yağ, gres, askıda katı madde ve floklaştırılabilir kolloidal kirleticilerin gideriminde kullanılan önemli bir endüstriyel atıksu arıtma teknolojisidir.
Sistemin temel çalışma prensibi; basınç altında su içerisinde çözündürülmüş havanın basıncının düşürülmesiyle oluşan mikro hava kabarcıklarının kirleticilere tutunarak bu maddeleri su yüzeyine taşımasıdır.
DAF sistemleri özellikle gıda, süt, et, tavuk, balık, yağ, tekstil ve kimya sanayilerinde farklı proses kombinasyonları içerisinde kullanılabilir.
Bununla birlikte her tesis için aynı DAF tasarımının kullanılması doğru değildir.
Debi + atıksu karakteri + kirlilik yükü + kimyasal ihtiyacı + hedeflenen çıkış suyu kalitesi birlikte değerlendirilmelidir.
Doğru tasarlanmış bir DAF sistemi, endüstriyel atıksu arıtma tesislerinde ön arıtma yükünü azaltarak sonraki biyolojik proseslerin daha stabil çalışmasına katkı sağlayabilir.
Bir sonraki aşamada DAF sisteminin gerçek mühendislik boyutlandırmasına geçmek için ise “DAF Ünitesi Tasarımı Nasıl Yapılır? Temel Tasarım Kriterleri” konusu ele alınmalıdır.
