Çamur içeriğindeki kirleticilerin elektro-susuzlaştırma işlemi sonrasında oluşan fazlar arasındaki dağılımının belirlenmesi
Determination of the distribution of pollutants in the sludge content among the phases formed after the electro-dewatering process
Yazar: TUĞÇE DEMİR
Danışman: PROF. DR. NAZLI BALDAN PAKDİL ; PROF. DR. DURAN KARAKAŞ
Bolu Abant İzzet Baysal Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Aktif çamur = Activated sludge ; Arıtma çamuru = Treatment sludge ; Ağır metaller = Heavy metals ; Elektro-susuzlaştırma = Electro-dewatering ; Hidrojen sülfür = Hydrogen sulfide ; Kütle dağılımı = Mass distribution ; Uçucu metil siloksanlar = Volatile methyl siloxanes ; Çamur arıtma = Sludge treatment

Özet:
Dünya'yı kapsayan enerji krizi, gıda rezervi eksikliği ve tehlikeli atık oluşumu sosyo-ekonomik ilişkilerde sorunlara sebep olan ve çevresel sürdürülebilirliği engelleyen büyük zorluklardır. Hızla gelişen teknoloji ve şehirleşme beraberinde atık oluşumunu da getirmektedir. Bu durum da atıksu arıtma tesislerinin sayısını ve ihtiyacını arttırmaktadır. Atıksuların arıtımı sonucunda yan ürün olarak büyük miktarlarda çamur oluşur. Oluşan çamur yüksek miktarda su ve zararlı patojenler içermesinin yanında, aynı zamanda çeşitli temel malzeme ve besinler için bir kaynak görevi de görür. Son yıllarda elektrokimyasal prosesler, çamur susuzlaştırma ve kaynak geri kazanımı için etkili bir teknik olarak yerini almıştır. Elektro-susuzlaştırma (ES) prosesi, serbest ve bağlı suyu çamur matrisinden ayırarak çamur hacmini önemli ölçüde azaltır ve böylece daha uygun maliyetli ve sürdürülebilir bir çamur yönetimi haline gelir. ES işlemi sonrasında giriş ham çamuru; filtrat (1), susuz çamur (2) ve uçucu (gaz) faz (3) olmak üzere 3 kısımda incelenmektedir. Ancak proses sırasında meydana gelen gaz salınımı ve karakterizasyonu ihmal edilmektedir. Bu tez çalışmasında uçucu organik bileşiklerden doğrusal ve halkalı yapıdaki uçucu metil siloksanlar, toksik ağır metal bileşiklerinden Cu, Cd, Pb ve Zn ile kokulu gazlardan H2S ve NH3 bileşiklerinin proses sırasında oluşan fazlar arasındaki akıbeti belirlenmiştir. ES reaktöründe optimum işletim şartlarını belirlemek amacıyla Box-Behnken İstatistiksel Analizi kullanılmıştır. Uygulanan voltaj ve basınç değerlerindeki değişiklikler sonucunda, verimli katı-sıvı ayrımının yanında proses sonucunda en az % 9 ve en yüksek % 25 arasında değişen oranlarda reaktörden gaz çıkışı meydana geldiği hesaplanmıştır. Emisyon akışları ve beraberinde emisyon faktörleri üretilmiştir. Sonuç olarak ES prosesinde yüksek susuzlaştırma veriminin yanında, UMS ve ağır metal bileşikleri için ham çamur içerisinde % 40 ile % 70 aralığında arıtım yapılırken, % 30 ile % 60 oranında kirleticilerin susuz çamur içerisinde kaldığı tespit edilmiştir.  Böylece ES işleminin çamur yönetimine ve atmosfer kirliliğine olan katkısı ortaya konularak bu sistemin pozitif ve negatif yönleri belirlenmiştir.

Abstract:
The world faces major challenges such as the energy crisis, food shortage, and hazardous waste production which lead to difficulties in socio-economic relations and prevent environmental sustainability. The fast-developing technology and urbanization bring waste generation as well. This causes an increase in the number and need for WWTPs. Treating wastewater comes up with huge amounts of waste activated sludge as a by-product. The sludge not only consists of high amounts of water and harmful pathogens but also contains a source of various essential materials and nutrients. In last years, electrochemical processes have been called an effective technique for sludge dewatering and resource recovery. Since the electro-dewatering (ED) process significantly reduces sludge volume by separating free and bound water from the sludge matrix, it becomes a more cost-effective and sustainable sludge management. After the ED process, the raw sludge divides into three (3) outputs; filtrate (1), dewatered sludge (2), and volatile (gas) phase (3). Nevertheless, this gas volume and its characterization are ignored in the literature studies. In this thesis, the fate of linear and cyclic volatile methyl siloxanes, the toxic heavy metal compounds of Cu, Cd, Pb, Zn, and inorganic odorous gases of H2S and NH3 compounds were pointed out during the ED process. Box-Behnken Statistical Analysis was used to determine optimum operating conditions in the ED reactor processing. Once the voltage and pressure values are applied, besides the efficient solid-liquid separation, the gas release from the reactor is calculated in the range of 9% to 25%. Emission fluxes and emission factors were produced. At the end of the process, the removal rate of UMS and heavy metal compounds was found as 40% to 70% from the raw sludge while the pollutant gases were found to be released in the range of 30% to 60% into the atmosphere. Hence, the positive and negative aspects of this technology in terms of the contribution of the ED process to sludge management and atmospheric pollution were determined.