Aşağıdaki arıtma prosesleri su arıtma tesislerinde (farklı kombinasyonlarda) kullanılır ve bu proseslerde çeşitli kalıntılar oluşabilir.
Bir su arıtma tesisinde ilk ünite ön çökeltmedir. Ön çökeltmede, askıda katı maddeler cazibe ile kaynaktan uzaklaştırır. Ön çökeltme prosesinde katı maddelerin ayrışma ve uzaklaşma verimi, bekleme süresine bağlıdır. Kum ve çakıl; kil, silt ve organiklere oranla daha hızlı çöker. Ön çökeltme ile bileşimine bağlı olarak, tesise giren katı maddelerin % 50 - 90 ı uzaklaştırılabilir. Ancak, çamurdaki katı madde bileşimi her tesiste farklılık gösterebilir. Daha küçük partiküller, koagülasyon, flokülasyon, çökeltme ve filtrasyon proseslerinde uzaklaştırılır.
Koagülasyon, flokülasyon ve çökeltme proseslerinde, daha küçük partiküllerin eksi yüzey yüklerini azaltmak için genellikle alüminyum ve demir tuzları olmak üzere kimyasal madde(ler) eklenir. Bu kimyasallar eksi yüklü ve birbirini iten partiküllerin bir araya gelerek çökelmesini sağlamak için artı yüklü iyonlara sahiptir. Eklenen kimyasal madde(ler) de nötrolize olmuş askıda katı maddeler ile yerçekimi sayesinde çöker. Bu proseste oluşan çamur hacmi; arıtma tesisi kapasitesine, koagülant veya eklenen diğer arıtma kimyasalının miktarına ve su kaynağındaki askıda katı madde konsantrasyonuna bağlıdır. Çamurun niteliği; kaynaktan alınan suyun kalitesine ve kullanılan koagülantın miktarına ve türüne göre farklılık gösterir. Örneğin, aluminyum bazlı koagülant kullanıldığında, çamurda yüksek aluminyum konsantrasyonları beklenir. “Koagülasyon çamuru su kaynağındaki doğal organik madde, askıda katı madde, mikroorganizmalar, radyonüklidler ve diğer organik ve inorganik içeriklerin yanı sıra, çoğunlukla metal hidroksit koagülantı da içerir. Koagülasyon çamurunda bulunan metaller aluminyum, arsenik ve bazen de kadmiyum, krom, bakır, demir, mangan, nikel ve çinko içerir.” (Cornwell, 1999).”( i )
Çöktürmeli yumuşatma prosesi su arıtma tesislerinde kireç ilavesi yapılarak iki değerlikli iyonların özellikle, kalsiyum ve magnezyumun uzaklaştırılması için kullanılır. Suya kireç eklendiğinde suyun pH’ını yükseltir ve iyonlarla reaksiyona girerek çökelti oluşturur. Bu çökelti kalsiyum karbonat, magnezyum hidroksit, diğer iki değerlikli iyonlar, kaynak suyunda bulunan doğal organik maddeler, inorganikler, askıda katı maddeler, mikroorganizmalar ve yüzde 2’den 5’e kadar katı madde ihtiva eden radyonuklidleri içerir. İnerttir ve tipik olarak 10.5’ten yüksek pH değerine sahiptir. Arsenik, baryum, kadmiyum, krom, kurşun, cıva, selenyum ve gümüş de yumuşatma çamurunda bulunabilir. Kireçle yumuşatmada çamur oluşum hızı kalsiyum karbonatın magnezyum hidroksite oranına ve çökeltme tankının tipine bağlı olarak değişiklik gösterir.
Su arıtma tesisinde daha küçük partiküller ve metaller filtrasyon prosesi ile uzaklaştırılır. Bazı su arıtma tesislerinde katı maddeyi uzaklaştırmak için sadece filtrasyon kullanılır. Su arıtma tesislerinde çok ortamlı filtreler, yavaş kum filtreleri ve diyatomik toprak filtreler gibi membran kullanılmayan filtreler de mevcuttur. Bununla birlikte, mikrofiltrasyon (MF) ve ultrafiltrasyon (UF) gibi düşük basınçlı membranlar da kullanılabilmektedir.
Membran kullanılmayan filtreler, su kaynağında var olan askıda katı maddeyi uzaklaştırır. Su filtre malzemesinden geçerken askıda katı maddeler gözeneklerde birikir. Su filtreden geçtikçe gözeneklerde daha fazla partikül birikir ve gözenekler dolar ve filtre performansı düşer. Bu esnada, filtreler geri yıkama için devre dışı bırakılır. Bu işlemde filtreler ters yönde verilen temiz su yardımıyla filtre malzemesindeki gözeneklerde toplanan partiküllerden arındırılırlar. Filtre geri yıkama suyunda kil ve silt partikülleri, mikroorganizmalar, kolloidler ve çökelen humik maddeler, doğal organik çökeltiler ve kaogülasyonda kullanılan aluminyum veya demir bulunur. Geri yıkamada oluşan atık suyun hacmini filtre sayısı, geri yıkama işlem sıklığı ve süresi etkiler. Oluşan atıksu hacmi tipik olarak arıtma sonunda elde edilen içme suyunun yüzde 2’si ile yüzde 5’i arasındadır (U.S. EPA/ASCE/AWWA, 1996). Genellikle geri yıkama suyunu, su arıtma tesisinin girişine döndürmek için debi dengeleme sistemleri tasarlanır. Geri yıkamadan sonra, filtreler performansı artırmak üzere tekrar yıkanır. “Filtreden atığa” (filter to waste) adını alan ve yıkamada harcanan bu su, geri yıkamanın ardından filtreler tekrar devreye alındıktan sonraki ilk 15-60 dakikada oluşur. Filtreden atığa suyu dengelenir ve tekrar arıtma tesisinin girişine verilir.
Düşük basınçlı membranlarda da filtre geri yıkama atık suyu oluşur. Düşük basınçlı membran sistemleri (MF) de askıda katı maddelerin, bulanıklığın, inorganik ve organik kolloidlerin, mikroorganizmaların uzaklaştırılması için kullanılır. Ultrafiltrasyon (UF) da virüslerin ve bazı organik bileşiklerin uzaklaştırılmasında kullanılır. Kalıntı toplam hacminin yüzde 95 – 99’u MF/UF arıtma proseslerinde oluşur. Membrana girmeden önce, katı maddelerin bir kısmını uzaklaştırmak amacıyla bazı sistemlerde ön arıtım olarak koagülantlar, toz aktif karbon (PAC) ve”ya kimyasallar (ör: potasyum permanganat) kullanılır. Bu uygulama geri yıkama sıklığını azaltır. Oluşan kalıntılar genellikle koagülasyon çamuru özelliği gösterir. Membran temizleme prosesi sırasında ayrıca, kullanılan temizlik sıvılarından kaynaklanan kimyasal kalıntılar da oluşur. Bu kimyasal atık, kalan aktif kimyasal madde ile birlikte kullanılan kimyasallar ve tortu, çözünmüş organik madde ve askıda katı madde ile kimyasal reaksiyon sonucu oluşan bazı tuzları içerir.
Su arıtma tesislerinde çözünmüş katı maddeleri ve iyonları uzaklaştırmak amacıyla genellikle membranlar kullanılır. Membranlar ayrıca, çözünmüş organiklerin, çözünmüş gazların, biyolojik kirleticilerin ve askıda katı maddelerin uzaklaştırılmasında da kullanılmaktadır. Ters osmoz (RO), nanofiltrasyon (NF), elektrodiyaliz (ED) ve ters elektrodiyaliz (EDR) membrane tuzsuzlaştırma teknolojileridir. Membranı korumak ve kullanım ömrünü uzatmak için membrane tuzsuzlaştırma öncesinde kaynak suyu genellikle ön arıtıma tabi tutulur. Bu ön arıtımda, pH’ı 5.7 – 7.0 seviyelerine düşürmek için asit ilavesi, membrane üzerinde tortu oluşumunu engellemek için kireç çözücü ilavesi ve askıda katı maddelerin uzaklaştırılması için filtrasyon işlemi yapılır. Geri yıkama suyu bu filtrasyon işleminde oluşur. Membran tuzsuzlaştırma sistemlerinde oluşan kirleticiler membranın üzerinde birikirler ve bunlar daha sonra ayrı bir şekilde depolanır. Bu kirleticilerin özellikleri su kaynağındaki kirleticilerin benzeridir. Ancak, ön arıtma uygulanırsa, elbette ki bazı bileşen ve partiküllerin miktarları azalır fakat ön arıtma prosesinde eklenen bileşenlerin konsantrasyonlarının artması beklenir. Örneğin, ön arıtma olarak koagülasyon uygulandığında; sülfat, demir ve alüminyum gibi inorganik iyonlar ve polimer görülür ve ön arıtma organik kalıntıların artışına sebep olabilir.
Kaynaktan gelen suyun sertliğini azaltmak amacıyla iyon değişimi işlemi uygulanır. İyon değişim reçinesi içinde bulunan sodyum iyonları, sudaki kalsiyum ve magnezyum iyonları ile yer değiştirir. Nitratlar, baryum, radyum, arsenat, selenit, fazla miktarlardaki florid, kurşun ve kromat da iyon değişimi ünitelerinde uzaklaştırılabilir. Kapasitesi dolduğunda iyon değişimi materyali rejenere edilir. Ancak, rejenerasyon prosesi, su kaynağındaki kirleticileri de içeren bir atık oluşturur. Bununla birlikte, iyon değişim reçinesinin rejenerasyonu öncesinde ve sonrasında kullanılan geri yıkama ve durulama suyu da iyon değişimi prosesinde kalıntı suyu olarak ortaya çıkmaktadır.
Organik maddelerin, tat, koku, sentetik organik bileşiklerin ve dezenfeksiyon yan ürünlerinin uzaklaştırılmasında adsorpsiyon kullanılır. Adsorpsiyon prosesinde en çok kullanılan adsorblama özelliğine sahip madde granül aktif karbondur. Aktif karbon adsorbsiyonu prosesinde, sudaki iyonlar ve moleküller arıtma maddesi üzerine tutunarak sudan uzaklaştırılırlar. Geri yıkama suyu ve atık adsorbsiyon maddesi kalıntı oluşturur. Arıtma prosesi devam ettikçe, adsorbsiyon alanının (adsorban üzerindeki gözeneklerin) dolması (kırılma noktası) nedeniyle giriş suyundaki kirleticiler artık uzaklaştırılamamaya başlar. Filtre yatağında tutunmuş olan katı maddelerin adsorban ile bağlantısını kesmek amacıyla filtre yatağına geri yıkama yapılmalıdır. Kırılma noktasının meydana gelme zamanı yani gözeneklerin dolarak filtrenin veriminin düşmesi, uzaklaştırılan kirletici konsantrasyonuna bağlıdır. Geri yıkama suyu içinde tipik olarak uzaklaştırılan kirleticiler ve bir miktar granül aktif karbon bulunur. Granül aktif karbonu temizlemek için kullanılan geri yıkama suyunun hacmi ve kalitesi, giriş suyu kalitesine bağlıdır. Kullanılan karbon ya rejenere edilir ya da atılır. Rejerenerasyon, termal yollarla yapılır ve bu işlemde atıksu üretilmez.
Su arıtma tesisi kalıntılarında bulunan kirleticiler alıcı ortamda çevresel etkiler yaratabilir. Bu nedenle, bu kalıntılar su arıtma tesisleri bütününde ele alınmalıdır. Örneğin, askıda katı maddeler alıcı ortamda çökelebilir ve tabanda bir çökelti meydana getirebilir. Burada anaerobik şartlar oluşturabilir; alıcı ortamlarda bulanıklığı artırabilir ve ışık geçirgenliğini azaltabilir ve sucul yaşam için habitat görevi gören bitki gelişimini engelleyebilir; bünyesindeki kirleticilerin başka yerlere taşınması için ortam oluşturur; balık solungaçlarını tıkar ve doğal su kaynaklarının kimyasını değiştirirler. Metaller balık türleri de dâhil sucul yaşamı zehirler ve besin zincirinde biyoakümülasyon (biyolojik birikim) ve biyomagnifikasyon (biyolojik artış) potansiyeline sahiptirler. Dezenfeksiyonda kullanılan klor ve kloramin gibi kimyasallar, alıcı ortamda organik bileşiklerle reaksiyona girerek zehirli bileşikler oluştururlar. Atıksu deşarjındaki yüksek klor seviyeleri ekosistem yapısını bozabilir ve alıcı ortamın içmesuyu kaynağı olarak kullanılmasını önleyebilir. pH’taki ani değişiklikler alıcı ortamdaki sucul yaşamı yok edebilir. Amonyum ve amonyak halindeki azot bileşikleri de sucul yaşam için zehirlidir ve mikrobiyal faaliyetler için hayati öneme sahip olan çözünmüş oksijen konsantrasyonunu düşürebilir. Fosfor ve azot birlikte sınırlayıcı besinlerdir ve ötrofikasyona neden olur. Radyonüklidler de kanser riskini artırır.
