TOK Online Analizi – Çevreyi ve tesisi korumak

UYGULAMA RAPORU: TOK ANALIZI
TOK Online Analizi –
Çevreyi ve tesisi korumak
Atık su arıtmada TOK
Arıtma suyu tesisindeki proseslerin doğru biçimde kontrol edilmesi için ilgili parametreler çok sayıda
ölçüm noktasında ölçülür. Sonuçların bir kısmı, dokümantasyon amacıyla laboratuvar yöntemleri
kullanarak ve de proses kontrolü için online yöntemler kullanarak ölçülür. Bu parametrelerden biri, atık
sudaki organik maddelerin içeriğini ölçen, toplam bir parametre olan TOK’dir (Toplam Organik Karbon).
Arıtma proseslerinin farklı aşamalarında analizör kullanarak TOK’yi belirlemek oldukça yararlıdır.
Giriş suyundaki TOK’nin online ölçümü erken bir uyarı sistemi olarak görev görür. Bu da, yüksek oranda
endüstriyel atık suya sahip atık su arıtma tesislerinde önem taşır. Uygun tampon tanklarının kullanımıyla
biyolojik temizleme aşamasının aktif çamuru, yüksek yüklerde organik bileşenlerin oluşmasına karşı
önlenebilir (örnek 1’e bakın). Bu alanda yapılan online TOK ölçümü yağlar, parçacıklar ve lifler gibi sorun
yaratan bileşenlere karşı tolerans gösterme açısından özellikle dayanıklı bir ölçüm cihazı gerektirir.
Birincil çöktürme sırasında yapılan bir ölçüm, elverişsiz C:N:P oranına (aşırı karbon) sahip nütrient
malzemelerin dozlamasını kontrol ve optimize etmek için kullanılabilir. Atık su arıtma tesisinin çıkış
suyu ölçümü, resmi düzenlemelerle olan uyumluluğu günün 24 saati belgeler (örnek 2’ye bakın).
Organik yük: TOK – KOİ – BOİ
Atık su numunesinde bulunan organik bileşen miktarı genellikle dolaylı olarak BOİ (Biyolojik Oksijen İhtiyacı), KOİ
(Kimyasal Oksijen İhtiyacı) veya doğrudan TOK aracılığıyla
ölçülür. Çok daha kısa analiz süresi, TOK’nin online olarak
ölçülebileceği anlamına gelir ve bu nedenle proses kontrolünde yalnızca yukarıdaki parametrelerden biri doğrudan
kullanılabilir.
Resmi düzenlemelere uyumluluk için gereken parametrelerden çoğu düzenli biçimde dahili olarak veya harici bir laboratuvarda analiz edilir. Ancak kompozit numuneler veya elle
alınan temsili numuneler genellikle yalnızca günde bir ila
üç kez veya daha az sıklıkta test edilir. Yeterli ölçüm sonucu
en iyi ihtimalle saatler sonra elde edilir veya söz konusu BOİ
olduğunda birkaç gün geçmeden elde edilemez. Dahası
kompozit ve elle alınan numuneler, bir parametrenin gerçek
konsantrasyon profili hakkında herhangi bir bilgi sunmaz.
Sınır değeri aşılırsa veya tesiste olası sorunlar meydana gelirse bunlar sıklıkla geç tespit edilir veya hiç edilmez. Online
analiz, atık suyun sürekli izlenmesi için güvenilir bir araçtır.
Rutin laboratuvar analizini desteklemenin yanı sıra arıtma
prosesinin açık döngülü kontrolü için de kullanılır.
KOİ, atık sudaki organik yük için hala belirleyici bir kılavuz
değer olsa da KOİ sınır değeri birçok ülkede yetkililerle
varılacak bir anlaşma sonucunda TOK sınır değeriyle değiştirilebilir. Böyle bir durumda TOK, KOİ’nin çeyreğinden fazla
değilse belirlenmiş bir KOİ sınır değeri genellikle uyumlu
olarak değerlendirilir. Bu, giriş suyunda erken bir uyarı sistemi
olarak işlev görmesinin yanı sıra online TOK ölçümünün çıkış
suyunda sınır değeriyle ilgili ölçümlerin dokümantasyonu için
de kullanılabilir.
TOK ANALİZİ
TOK: Analiz yöntemleri
TOK analizörleri temelde, kullanılan oksidasyon türüne
göre ayırt edilir. Temel cihaz kurulumu oldukça benzerdir:
Bir sıvı numunesi alınır ve numune inorganik karbonun
ayrılması için asitlendirilir. Daha sonrasında organik karbon
bileşenleri karbondioksit (CO2) oluşturmak için asitlendirilir
ve kızılötesi dedektör kullanılarak ISO/CEN EN 1484’e göre
ölçülür. Elde edilen sonuç bir karbon konsantrasyon değeridir (mg/L). Organik bileşenlerin oksidasyonu birçok farklı
şekilde gerçekleştirilebilir:
• Numunedeki tüm organik maddelerin 650°C değerinden itibaren (bir katalizör ile desteklenir) veya 1.200°C’de
yakıldığı yüksek sıcaklık sindirimiyle.
• Persülfat gibi güçlü bir oksidasyon maddesi kullanılarak
UV ışığı ile ıslak kimyasal sindirimiyle.
Ancak su içindeki yağ, katı yağ, tuz veya yüksek parçacık
içeriği gibi etkenler belirli bir yüke ulaştığında her iki yöntem de aksamaya başlar. Bu durum, UV lambasında veya
fırınında kirlenmeye ve tortulara yol açar ve nihayetinde
sapmaya ve sık gerçekleştirilen bakım ihtiyaçlarına neden
olur.
Hidroksil radikallerin güçlü bir oksidasyon için kullanıldığı
Biotector TOK analizörünün İki Aşamalı Gelişmiş Oksidasyon (TSAO) teknolojisi, numunenin tam ve yeniden
üretilebilir oksidasyonunu sağlamanın yanı sıra yukarıda
açıklanan maddelerin etkileşimine de bağışıklık kazanmıştır.
Kendi kendini temizleyen oksidasyon teknolojisi sayesinde
Biotector servis sıklığı altı ay ya da daha uzun olabilir. Bu
da, atık su arıtma tesisindeki sürekli proses izleme işleminin
her zaman garanti edildiği anlamına gelir. Oksidasyon yöntemi, endüstriyel uygulamalardaki bazen aşırı yük içerebilen işlenmemiş atık su analizi için hem de atık su arıtma
tesisi çıkış suyunda bulunan arıtılmış atık su için uygundur.
Örnek 1: Biotector B7000 kullanılarak
giriş suyunda yapılan TOK ölçümü
• Atık sudaki yükü erken aşamalarda tespit eden ve bu
sayede atık su arıtma işleminde kapasite planlamasına
olanak tanıyan ve nihayetinde üretimin sorunsuz bir
şekilde gerçekleştirilmesini sağlayan bir sistem
• Kendi şirketinin iş yükünü artırmadan yerel atık su arıtma
tesisinin kapasitesini artırır veya tesisi daha veriml k­ ullanır
Bu nedenle operatörlerin arıtma tesisinin günde 24 saat
güvenilir bir çalışma sunmasını garanti etmek için güvenilir
ölçüm prosesine sahip, düşük bakım gerektiren bir sisteme
ihtiyaçları vardı. Arıtma tesisini fark edilmeyen küçük olaylar ile aşırı yüklemek tesisteki üretimi yavaşlatabilir ve hatta
üretimi tamamen durdurabilirdi. Üretimin başındaki kişi,
gereksinimleri şu şekilde ifade etti: “Yerel yetkililer, beklenmeyen herhangi bir olayı veya acil durumları engellemek
için prosesin sürekli olarak izlenmesini istedi.”
Mühendislik danışmanlığı, Biotector B7000 TOK analizörünün
arıtma tesisinde kurularak şirketten gelen atık su akışının
hassas, güvenilir TOK ölçümleri sunduğu bir çözüm taslağı
oluşturdu. Analizör, ayrı bir “analizör yuvası” içine (şek. 1),
tampon tankına yakın bir konuma kuruldu. Kurulumun tamamı şirket tarafından finanse edildi. Bu, hem şirkete hem
de yerel yetkililere eşit ölçüde fayda sağlayan, alışılmadık
ancak akıllıca bir yaklaşım oldu.
Bu sayede şirket, üretimini en yüksek seviyede gerçekleştirmek üzere atık su boşaltımında süregelen profesyonel
bir servis almış oluyor. Yerel yetkililer, güvenilir ve hassas
bir ölçüm cihazı kullanarak arıtma tesisindeki prosesi optimum şekilde kontrol edebiliyor. Bunun sonucunda da iki
kuruluş da temel görevlerine tamamen odaklanabiliyor.
Şirket, kendi verileriyle kıyaslamak üzere arıtma tesisinden
haftada bir TOK ölçüm değerleri alıyor. Biotector tarafından tespit edilen tepe değeri yükleri, şirketin gönderdiği
suyun tampon tankında saklanması için kullanılır. Genel
olarak tampon tankının maksimum % 80’i kullanılır; bu da
minimum rezerv olan % 20’nin olası aşırı durumlara karşı
her zaman mevcut olduğu anlamına gelir. KOİ sınırına
Et işleme tesisi ve belediyesel atık su arıtma tesisi
arasındaki iş birliği
Bu örnekte atık suyu dolaylı olarak boşaltan şirket, büyük
bir et işleme şirketidir. 5.400 çalışanı ve 7/24 süren faaliyeti
ile şirket, bu konumda günde yaklaşık 15.000 domuzu
işleme tabi tutmaktadır. Bu işlem, yaklaşık olarak 1950 m³
atık su üretir, bunun sonucunda da 200 t çamur (yoğunlaştırma sonrası 80 t) ortaya çıkar. Atık su deşarjı sürekli olarak
izlenerek atık su arıtma işleminden en üst seviyede yararlanılır ve aşırı yük önlenir.
Atık su arıtma işlemi yetkili yerel atık su arıtma tesisi üzerinden yapılır. Bu sayede şirket temel işine odaklanarak
alanını ve kaynaklarını üretime adayabilir. 2013 yılında üretimde görülen büyük artış, şirketin atık su arıtma konusunu
yeniden ele almasına neden oldu. Şirket, aşağıdaki gereksinimlerin üstesinden gelmek üzere en iyi yöntemi bulmak
için bir mühendislik danışmanlığını devreye soktu:
Şek. 1: Biotector B7000’in analizör yuvasına yerleştirilmesi
TOK ANALİZİ
ulaşılırsa bir alarm sesi duyulur ve görevde olan mühendis
atık suyunu tampon tankına yönlendirip yönlendirmeyeceğine veya olağanüstü durumlarda şirketten gelen atık
suyu durdurup durdurmayacağına karar verebilir. Ancak
burada açıklanan önleyici ve riskten kaçınan çözüm, bu
acil durumun oluşmadığı anlamına geliyor.
TOK [mg/L]
Arıtma tesisi aynı zamanda diğer endüstriyel operasyonlardan gelen atık suyu da arıtıyor. Bu ortaklık içerisinde
geliştirilen çözüm, şirket için kullanılabilir olan arıtma
kapasitelerinin net bir şekilde tahsis edilmesini ve düzenlenmesini sağlar.
Örnek 2: Biotector B3500s ile çıkış
suyunda yapılan TOK ölçümü
Kentsel atık su arıtma tesisi
Arıtma tesisi, 1982 yılında kurulmuş olup 1992 yılında
üçüncü bir arıtma aşaması ile genişletilmiştir. Tesis,
toplamda 320.000 PE için tasarlandı. Yerel belediyesel
bölgedeki gerçek atık su yükü ortalama olarak 150.000 PE
değerindedir. Belediyesel atık suya ek olarak tesiste karbon
açısından zengin atık su da arındırılır. Bu atık su, glikol içeren buz çözdürme maddeleri kullanan, civarda yer alan
büyük bir havalimanındaki uçaklarda gerçekleştirilen buz
çözdürme işlemi ile üretilir.
Bölgesel yetkililerin gereksinimleri doğrultusunda; TOK
içeriğinin ≥100.000 PE kapasiteli atık su arıtma tesislerinin
çıkış suyunda sürekli olarak izlenmesi gerekmektedir.
Organik olarak bağlı karbonun bir kısmı çözülmemiş bir
formda olduğundan, temsil edici TOK konsantrasyonu
ölçümü için bir homojenizasyon bölümü eklenmesini gerektirir ve ISO/CEN EN 1484’e göre numunenin ultrasonik
sindirim tarafından homojen hale getirilmesi gerekir. Filtrelenmiş veya çökeltilmiş numunenin analizi hatalı ölçüm
sonuçlarına neden olur.
Laboratuvar
Online
Şek. 3: B3500s’den alınan online TOK ölçümlerinin laboratuvar
ölçüm değerleriyle karşılaştırılması. Farklılık, laboratuvar
testindeki inorganik karbonun tamamen çıkarılmamasından
­kaynaklanır.
2013 yılına kadar tesis çıkış suyundaki TOK su içeriği, bir
Toctax analizörü ve beraberinde Sigmatax ultrasonik
homojenleştirici ile ölçülüyordu. Bu cihaz kombinasyonu
dayanıklı ve bakımı kolay olsa da zamanın gereksinimlerini
karşılamayan bir hale gelmişti ve halihazırda diğer analizörlerle birlikte güvenilirliği kanıtlanmış olan Biotector
B3500s analizörü ve Sigmatax 2 homojenleştirici ile değiştirildi. Biotector B3500s’nin (şek. 2) ölçüm verilerinin dört
hafta süresince laboratuvar ölçüm değerleriyle ve eski
cihazdan alınan ölçüm verileriyle karşılaştırıldığı deneme
kurulumunun ardından sistem, daimi operasyona kusursuz
bir biçimde geçiş yaptı.
Şekil 3,6 Kasım – 23 Aralık arasında gerçekleştirilen saatlik
online ölçümlerin sonuçlarının iki saatlik kompozit numunede gerçekleştirilen laboratuvar ölçümleri ile karşılaştırılmasını gösteriyor. Bu şekilde, laboratuvar değerleri ve
online ölçümler arasında yaklaşık olarak 2 mg/L’lik nispeten sabit bir TOK farklılığı tespit edilebilir. Bu farklılığın
temel nedeni, örneğin yüksek konsantrasyonlu inorganik
karbon (TIC, Toplam İnorganik Karbon) gibi arıtma tesisinin giriş bölümündeki sert sudur. 18°dH’lik sertlik derecesi
yaklaşık olarak 38 mg/L TIC’ye karşılık
gelir. Her bir gerçek TOK ölçümünden
önce inorganik karbonun asit arıtımı ve
nihayetinde ortaya çıkan karbondioksitin çıkarılması yoluyla ayrılması gerekir.
Bu laboratuvar testinde ne kullanılan
asit miktarı ne de maruz kalma süresi,
büyük miktardaki inorganik karbonun
tamamen çıkarılması için yeterlidir.
Bunun sonucunda online ölçüm değerinden daha yüksek bir değer ortaya
çıkar çünkü online ölçümde TIC tamamen ayrılır.
Şek. 2: Numune hazırlama dahil olmak üzere TOK, fosfat ve amonyak için Hach®
analizörlerinin bulunduğu ölçüm odası görünümü
TOK ANALİZİ
Diğer TOK uygulamaları
Bilinen endüstriyel uygulamalardan biri, TOK analizinin süt
ürünlerinde kullanımıdır. Burada, üretim ve atık su arıtma
tesisi arasındaki ölçüm yalnızca arıtma tesisindeki yükü
izlemek için kullanılmaz, aynı zamanda, örneğin defolu
boruların neden olduğu üretim kaybı için, erken bir uyarı
sistemi görevi de görür.
TOK, elektrik santrallerinin ve buhar üreten diğer tesislerin
soğutma suyunda izlenir. Bu, sızıntıların anında tespit edilmesine ve gerekli önlemlerin alınmasına olanak tanır.
TOK analizleri, örneğin içecek endüstrisinde şişe temizlemede kullanılan durulama suyundaki kirlenmeyi izleme gibi
proses suyunun izlenmesi için de uygundur. Bu sayede su
daha verimli bir şekilde kullanılır ve yalnızca gerektiğinde
değiştirilmesi sağlanır.
Teknik ayrıntılar ve ek bilgiler
www.hach.com adresinde
mevcuttur
DOC043.94.30358.Jul16
Biotector B3500s aynı zamanda en zorlu koşullar altında
denenmiş ve test edilmiş güvenilir TSAO teknolojisi ile de
çalışır. Cihaz yalnızca altı ayda bir önleyici servis ve bakım
işlemine ihtiyaç duyar. Reaktiflerin bile yılda yalnızca bir kez
yeniden doldurulması gerekir. Bu da, bakım gereksinimlerinin ve çalıştırma maliyetlerinin en aza indirilmesi anlamına
gelir. Temsili numuneyi garantileyen homojenleştirici ile
B3500s’nin kombinasyonu bu sayede arıtma tesisi ve düzenleyici yetkili için tüm standartlarla uyumlu ve güvenilir TOK
ölçüm değerleri sunar.