Tekstil endüstrisi atıksularının arıtımı amacıyla farklı çamur yaşlarında işletilen aerobik membran biyoreaktörde oluşan atık çamurun anaerobik çürütülmesi ile biyogaz üretimi
Biogas production by anaerobic digestion of waste sludge produced in an aerobic membrane bioreactor operated at different sludge retention times for the treatment of textile industry wastewater
Yazar: EBRU GÖCEN
Danışman: PROF. DR. ERKAN ŞAHİNKAYA
İstanbul Medeniyet Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Çevre ve Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Enerji = Energy ; Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Biyogaz = Biogas ; Biyokütle enerjisi = Biomass energy ; Membran reaktör = Membrane reactor ; Metan = Methane ; Çamur = Sludge ; İklim değişikliği = Climate change

Özet:
Dünya nüfusunun olağanüstü bir şekilde artmaya devam etmesi ve sanayinin daha da gelişmesine bağlı olarak insanların süregelen yaşamlarını değiştirerek belirli standartların üstüne çıkarmak istemesi ile yoğun bir enerji ihtiyacı doğmuştur. Dolayısıyla yeni enerji kaynaklarının bulunması artık bir alternatif değil gereklilik haline gelmiştir. Türkiye gelişmekte olan bir ülkedir. Bu sebeple arz talep ilişkisi doğrultusunda gelişmiş bir ülke seviyesine gelebilmemiz için yeterli miktarda enerjiye sahip olmamız ve sürdürülebilir bir şekilde üretebilmemiz gerekmektedir. Tam olarak bu noktada ülkemizin en çok gelişmiş olduğu sektörlere odaklanmak doğru bir adımdır. Tekstil endüstrisi Türkiye'de önde gelen sektörler içerisinde yer almaktadır. Tekstil endüstrisinin faaliyetleri sonucu oldukça toksik bir atıksu meydana gelmektedir. Oluşan bu atıksuyun çevresel standartlara uygun bir şekilde arıtılması da oldukça maliyetlidir. Bu tez çalışmasında farklı SRT (Çamur Yaşı) değerlerinde işletilen ve gerçek tekstil endüstrisi atıksuyu arıtan bir aerobik membran biyoreaktör (MBR)'den alınan atık çamurların Biyokimyasal Metan Potansiyeli (BMP) kesikli anaerobik reaktörlerde araştırılmıştır. Amaç, atıksu arıtma tesislerinde biyogaz üretiminin ve kullanımının arttırılarak enerji nötral veya enerji pozitif arıtma tesislerinin geliştirilmesine katkıda bulunmaktır. Ayrıca, iklim değişikliğine karşı dirençliliğin artırılması açısından da sürdürülebilir uygulamaların ve teknolojinin teşvik edilmesini, yaygınlaştırılmasını sağlamaktır. Bu çalışmanın giriş bölümünde, atıksu arıtma tesislerinde oluşan enerji içeriği yüksek bir yan ürün olan çamurun en verimli şekilde anaerobik koşullarda çürütülmesi üzerinde durulmuştur. Çalışmanın tartışma ve bulgular bölümünde ise farklı (2 ile 30 gün arası) çamur yaşlarında (SRT) işletilen ve gerçek tekstil endüstrisi atıksuyu arıtan bir MBR'den alınan çamurlarla kurulan BMP testlerinin sonuçları detaylı olarak tartışılmıştır. SRT 2 gün değerinde işletilen MBR çamurundan elde edilen metan potansiyelinin SRT 30 gün değerinde işletilen MBR çamuruna kıyasla önemli derecede yüksek olduğu tespit edilmiştir. Bu artış ortalama %42 civarındadır. SRT değerinin 30 gün'den 2 gün'e düşürülmesiyle metan üretim potansiyelinin 0,17 kWh/m3 'ten 0,62 kWh/m3 değerine ulaştığı belirlenmiştir. Bu sonuçlar neticesinde üretilen enerji miktarının yaklaşık 3,6 kat arttığı görülmüştür. Haliyle, MBR proseslerinin düşük SRT değerlerinde işletilmesiyle hem havalandırma için gerekli enerji azaltılabilecek, hem de üretilen çamur artık atık değil bir ürün olarak kullanılarak daha fazla enerji elde edilebileceği gösterilmiştir. Düşük SRT değerlerinde işletilecek olan MBR proseslerinin enerji nötral veya pozitif olabileceğine dair kanıtlar da elde edilmiştir.

Anahtar Kelimeler: Biyogaz, Metan, Çamur Yaşı, Membran Biyoreaktör, Biyokimyasal Metan Potansiyeli, İklim Değişikliği

Abstract:
An intense need for energy has arisen as the world's population continues to increase in an extraordinary way and due to the further development of the industry, people's desire to change their ongoing lives and raise them above certain standards. Therefore, finding new energy sources has become a necessity, rather than an alternative. Turkey is a developing country, for this reason, in order to reach the level of a developed country in line with the supply-demand relationship, we need to have enough energy and be able to produce it in a sustainable way. At this point, it is a right step to focus on the sectors in which our country is most developed. The textile industry is one of the leading sectors in Turkey. As a result of the activities of the textile industry, a highly toxic wastewater is generated. It is also very costly to treat this wastewater in accordance with environmental standards. In this thesis, the Biochemical Methane Potential (BMP) of waste sludge taken from a membrane bioreactor (MBR) operating at different sludge retention time (SRT) values and treating real textile industry wastewater was investigated in batch anaerobic reactors. The aim is to contribute to the development of energy neutral or energy positive treatment plants by increasing the production and use of biogas in wastewater treatment plants. In addition, it is to encourage and disseminate sustainable practices and technology in terms of increasing resilience against climate change. In the introductory part of this study, the most efficient way for anaerobic digestion of sludge, which is a by-product with high energy content in wastewater treatment plants, is emphasized. In the discussion and findings section of the study, the results of the BMP tests, which were established with sludge from an MBR, operated at different SRTs (2 to 30 days) for the treatment of real textile industry wastewater, were discussed in detail. The methane potential of the sludge obtained at SRT 2 days was found to be significantly higher compared to the sludge obtained from at SRT 30 days. This increase is around 42% on average. It was determined that by reducing the SRT value from 30 days to 2 days, the methane production potential reached from 0.17 kWh/m3 to 0.62 kWh/m3 . In the light of these findings, it was observed that the amount of energy production increased approximately 3.6 times. Thus, it has been demonstrated that through operating the MBR processes at low SRT values, the energy required for aeration can be reduced and more energy can be obtained by using the produced sludge as a product, not a waste anymore. It is also proved that MBR processes to be operated at low SRT values can be energy neutral or positive.

Keywords: Biogas, Methane, Sludge Retention Time, Membrane Bioreactor, Biochemical Methane Potential, Climate Change