Tam ölçekli bir katı atık depo sahasında (Odayeri) çöp gazından H2S gideriminin araştırılması
Removal of hydrogen sulfide from landfill gas at full scale landfill (Odayeri): A research study
Yazar: FATİH GÜRELİ
Danışman: PROF. DR. BESTAMİ ÖZKAYA
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Katı atıkların düzenli depolanması sonucu enerji üretiminde kullanılabilecek çöp gazı üretilmektedir. Çöp gazı Hidrojen Sülfür (H2S), Uçucu Organik Bileşikler (VOC) ve Siloksanlar gibi çevresel açıdan zararlı iz bileşenler içermekte ve bu iz bileşenler enerji geri kazanımında sorunlara neden olmaktadır. 
Çöp gazı ile işletilen gaz motorlarının performansları çöp gazı içindeki safsızlıklardan etkilenmekte ve enerji geri kazanımının ekonomikliğini düşürmektedir. Çöp gazındaki safsızlıkların türüne ve miktarına bağlı olarak ekipmanlar planlanandan önce yıpranabilmekte ve değişebilmekte, bakım maliyetleri artmakta ve motor bakımından dolayı üretim kayıpları sebebiyle işletme maliyetleri artmaktadır. Bu zararlı etkilerin önlenebilmesi amacıyla çöp gazındaki H2S'ün giderilmesi gerekmektedir. Literatürde içten yanmalı motorlarda müsaade edilen H2S limit konsantrasyonu 100 ppm olarak verilmektedir.
Çöp gazından hidrojen sülfürün giderimi denemesi için pilot ölçekli sistem tasarlanarak Ortadoğu Enerji Odayeri Tesisi'ne kurulmuştur. Bu amaçla 225 mm çaplı HDPE boru kullanılarak sistem dizayn edilmiştir. Sistem hidrojen sülfür giderimi yapabilen üç farklı adsorplayıcı malzeme (ticari aktif karbon, demir (III) hidroksit ve demir (III) içeren arıtma çamuru) ile çalıştırılmış ve günde üç kez ölçüm yapılmıştır. Bu malzemelerin hidrojen sülfür giderim verimleri incelenmiş ve ilgili malzemeler için tasarım kriterleri ve performans parametreleri belirlenmiştir. Bu amaçla MATLAB R2013a programı yardımıyla adsorpsiyon izotermleri oluşturulmuş ve lineer olmayan regresyon ile adsorpsiyon katsayıları bulunmuştur.
Buna göre demir (III) içeren arıtma çamurunun en yüksek maksimum doygunluk kapasitesine (874,8 mg/g) sahip olduğu belirlenmiştir. Diğer yandan demir (III) hidroksit çözeltisinin maksimum doygunluk kapasitesi 737,8 mg/g olarak bulunmuştur. Demir (III) oksit çözeltisi denemesinde pH kontrol edilmediğinden dolayı kapasite daha düşük bulunmuştur. Genel olarak demir (III) içeren çözeltilerin kapasitelerinin aktif karbon malzemelere göre daha yüksek bulunmuştur. Aktif karbon malzemelerde ise nemli gaz ile yapılan çalışmalanın kuru gaz ile yapılan çalışmalardan daha yüksek kapasitede olduğu belirlenmiştir.
Aktif karbona göre demir (III) içeren çözeltilerin giderim verimi rejenerasyonun yapılması ile sabit tutulabilmektedir. Demir (III) çözeltileriyle ilgili çalışma verilerinin birinci derece kinetiğe uyduğu tespit edilerek kinetik parametreler belirlenmiştir. Buna göre demir (III) hidroksitin absorpsiyon hız sabiti demir (III) içeren arıtma çamuruna göre daha yüksek bulunmuştur. Yani demir (III) hidroksitin kapasitesi demir (III) içeren çamurdan daha yüksektir. Demir (III) içeren arıtma çamurunun çöp gazından H2S gideriminde alternatif bir metottur. Ancak demir (III) içeren çamurun H2S gideriminin yapılacağı tesisin kapasitesine ve içme suyu arıtma tesisinin enerji üretim tesisine yakın olması gibi maliyet etkenlerine göre düşük maliyetli bir yöntem olarak kullanılabileceği düşünülmektedir.

Anahtar Kelimeler: hidrojen sülfür, çöp gazı, aktif karbon, demir (III) hidroksit, içme suyu arıtma çamuru, adsorpsiyon, absorpsiyon

Abstract:
Landfill gas is produced by the landfilling of solid waste and it can be used energy production. Landfill gas contains environmentally harmful trace components such as siloxanes and Hydrogen Sulfide (H2S), Volatile Organic Compounds (VOCs) and they are caused by problems in the energy recovery.
Gas engines performances are affected by impurities in the landfill gas and these impurities are affect the economic of energy recovery. Gas engines equipments can wear out and can be changed earlier than planned, depending on the type and amount of impurities in the gas. These impurities are increase maintenance costs and production losses due to maintenance of gas engines and all of these increase operating costs. Because of these reasons it is necessary to remove the H2S in landfill gas in order to prevent harmful effects. In the literature, the permissible limit concentration of H2S in the internal combustion engine is given as 100 ppm.
A pilot scale H2S removal system was designed and established at Ortadoğu Energy Odayeri Power Plant. For this purpose, the system is designed by using 225 mm diameter HDPE pipe. Three different hydrogen sulphide adsorptive materials (commercial activated carbon, iron (III) hydroxide and iron (III) containing sludge) was used at pilot scale system and measurement was made three times a day. After that, hydrogen sulfide removal efficiency of these materials were examined and design criterias and performance parameters for the all materials were determined. For this purpose, adsorption isotherms has been prepared with using MATLAB R2013a program with nonlinear regression and adsorption coefficients were founded.
Accordingly, iron (III) containing sludge has the highest maximum saturation capacity (874.8 mg/g). On the other hand, iron (III) hydroxide solution has maximum adsorption capacity of 737.8 mg/g. Iron (III) oxide solution's capacity lower than iron (III) containing sludge because of the pH paremeter was not controlled. In general, iron (III) solutions have higher capacity than activated carbon. The active carbon with working raw gas is determined to be at a higher capacity than dehumidified gas.
At the iron (III) solutions removal efficiency can be fixed by making the regeneration of the removal efficiency of the solution than activated carbon. Iron (III) solution's experimental data was found to comply with the first order kinetics and kinetic parameters are determined. Accordingly, iron (III) hydroxide absorption rate constant is higher than the iron (III) containing sludge. So, iron (III) hydroxide's capacity is greater than iron (III) containing sludge. Iron (III) containing sludge can be used as an alternative method for H2S removal from landfill gas according to cost factors such as landfill gas to energy plant capacity and proximity between the drinking water treatment plant and landfill gas to energy plant.

Keywords: hydrogen sulfide, landfill gas, activated carbon, iron (III) hydroxide, drinking water treatment sludge, adsorption, absorption