Arıtma çamurlarında reolojik karakterizasyonun belirlenmesi
Rheological characterisation of treatment sludges
Yazar: FATİH CAN KALKAN
Danışman: YRD. DOÇ. DR. GÖKHAN CİVELEKOĞLU
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Arıtma çamuru = Treatment sludge ; Kayma gerilmesi = Shear stress ; Reoloji = Rheology ; Viskozite = Viscosity

Özet:
Tez çalışmasında konvansiyonel aktif çamur prosesi ile işletilen belediye atıksu arıtma tesisinin farklı kademelerinden (havalandırma havuzu, son çökeltim havuzu, yoğunlaştırma havuzu, çürütücü tankı) ve pilot ölçekli bir MBR tesisinden farklı zaman aralıklarında alınan çamur numunelerinin reolojik karakterizasyonu incelenmiştir. Çalışmanın ilk aşamasında numunelerin fiziksel ve kimyasal özellikleri belirlenmiş olup, ikinci aşamasında ise reolojik özellikler, düşük viskozite değerlerini ölçebilen bir viskozimetre (Brookfield DV-II+Pro) ile belirlenmiştir. Rheocalc V3 1.1. programı aracılığıyla deney tiplerine uygun olarak iki program (speed ramp mode ve time to stop mode) oluşturulmuş, çamur numunelerinin zamana ve kayma hızına karşın göstermiş oldukları reolojik davranışları incelenmiş ve elde edilen veriler kayıt altına alınmıştır. Bu reolojik veriler mevcut olan dört matematiksel modele (Power Law, Casson, Bingham, Herschel-Bulkley) aktarılmış ve hangi modelin hangi çamur numunesinin reolojik özelliğinin belirlenmesinde daha etkin olduğu hesaplanan R2 ve RMSE değerleriyle saptanmıştır. Bu bağlamda, Power Law Modeli son çökeltim havuzu ve çürütme tankı, Casson Modeli son çökeltim havuzu, Bingham Modeli havalandırma havuzu ve son çökeltim havuzu, Herschel-Bulkley Modeli'de havalandırma havuzu ve son çökeltim havuzu numunelerini en iyi şekilde temsil ettiği sonucuna varılmıştır. Numunelerin katı madde içeriğindeki artışla birlikte viskozite, akma gerilimi ve akışkanlık katsayısı parmetrelerinde artış; akış davranış indeksi değerlerinde ise azalma gözlenmiştir. Yapılan araştırmalar sonucunda çamur numunelerinin Newtonyen olmayan bir akış karakteristiği taşıdıkları tespit edilmiştir. Arıtma çamurlarının reolojik özelliklerinin belirlenmesi, arıtma prosesindeki iletim hatlarının ve sistemlerinin projelendirilmesinde, havalandırma havuzundaki karıştırma şartlarının optimize edilmesinde, diğer arıtma ünitelerinin tasarlanmasında, geliştirilmesinde ve dolayısıyla daha verimli bir arıtma tesisinin kurulması ve işletilmesi aşamalarında etkin bir rol oynamaktadır. Bu nedenle tez kapsamında elde edilen sonuçların gelecekte yapılacak olan detaylı değerlendirmelere ışık tutacak nitelikte olduğu düşünülmektedir.

Abstract:
In this thesis, the rheological characteristics of biological treatment sludges originating from different stages of municipal wastewater treatment plant (aeration tank, secondary clarifier tank, thickening tank, digester tank) and a pilot scale MBR plant were examined. In the first stage, the physical and chemical characteristics of the samples were determined. The next, rheological data were obtained using rotational viscometer (Brookfield DV-II+Pro) equipped with an ultralow adapter or small cylindrical-shaped spindle. Two types of experiments mode (speed ramp mode and time to stop mode) were performed using, Rheocalc V3 1.1 program, and the resulting data was recorded. A total of four mathematical approaches (Power Law, Casson, Bingham, Herschel-Bulkley) were used to investigate the fitting of the dependence of the shear stress to the shear rate. The suitability of the mathematical approaches and proposed rheological model were judged by determining the regression coefficient (R2) and root mean square error (RMSE). Considering the performances of the models, the Ostwald Law (power equation) was found to be the best fitting model for secondary clarifier tank and digester tank; Casson equation was found to be the best fitting model for secondary clarifier tank; Bingham and Herschel-Bulkley equations were found to be the best fitting model for aeration tank and secondary clarifier tank. The apparent viscosity, yield stress and consistency index of all sludge samples increased with increasing solid content, while flow behavior index values decreased. The results indicated that all sludge samples have non-Newtonian flow characteristics. Determination of rheological properties of treatment sludges is particularly important in the activated sludge process and waste sludge management (e.g., designing parameters in aeration, stirring, settling, transporting, storing, and spreading operations, or in determining the design requirements for a pumping scheme). Therefore, the results might be considered as a shed light work for further detailed studies and assessments.