Atık anaerobik refrakter çamurlarından fosfor geri kazanımı ve biyokömür eldesi
Phosphorus recovery and biochar production from waste digested sludge
Yazar: İSMAİL YİĞİT SEÇKİN
Danışman: DOÇ. DR. TURAN YILMAZ
Çukurova Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Bu çalışmada Adana ili Yüreğir ilçesinde yer alan evsel atıksu arıtma tesisinden alınan iki farklı formdaki anaerobik olarak çürütülmüş evsel atıksu çamurundan (AÇEAÇ) fosfor geri kazanımı ve biyokömür eldesi gerçekleştirilerek atıktan kullanılabilir yeni ürünlerin elde edilmesi amaçlanmıştır. Fosfor gerikazanımı çalışmalarında H2SO4 ile gerçekleştirilen asidifikasyon işlemi ile pH 2'de çamur bünyesindeki toplam fosforun %58.7'si çözünür forma geçirilmiştir. Çözünür formdaki fosfor, NaOH ve Ca(OH)2 çözeltileri kullanılarak alkali çöktürme yöntemi ile çökelti formunda geri kazanılmıştır. Her iki baz ile pH 8'de çamurdaki toplam fosforun %60'ı geri kazanılmıştır. Elde edilen çökeltilerin %17'ye varan fosfor içeriği ile endüstride ham madde olarak kullanılan düşük dereceli karbonik fosfat kayaçlarına alternatif olarak kullanılabilecek bir ham madde olduğu belirlenmiştir. Biyokömür eldesi çalışmasında ise, 300, 400, 500, 600 ve 700oC sıcaklıklarda kurutulmuş AÇEAÇ numuneleri piroliz işlemine tabi tutulmuşlardır. Piroliz sıcaklığı arttıkça elde edilen biyokömürlerin, uçucu katı madde (UKM) (%44.9'dan %15.1'e) ve sabit karbon içeriklerinin (%2.3'ten %0.9'a) azaldığı, kül içeriklerinin (%52.8'den %84'e) ise arttığı belirlenmiştir. Kütlece biyokömür elde verimi ise 300oC piroliz sıcaklığında %72.6 iken 700oC'ye yükseldiğinde %47 olarak hesaplanmıştır. Düşük piroliz sıcaklıklarında elde edilen biyokömürlerin yüzeylerinin daha yüksek sıcaklıklarda elde edilen biyokmürlerin yüzeylerine göre daha pürüzlü ve heterojen yapıda olduğu görülmüştür. Piroliz sıcaklığının yükselmesi ile birlikte biyokömürlerdeki gözenekliliğin arttığı belirlenmiştir. Elde edilen biyokömürler üzerinde gerçekleştirilen FTIR analizlerinde C=C ve –OH fonksiyonel gruplarına rastlanmıştır. Elde edilen sonuçlar incelendiğinde biyokömürlerin yüzeylerinde fosfat, tekstil boyası ve ağır metalleri adsorplayacak özelliklerde olduğu ve bu nedenle hem atıksu arıtımında hem de tarımsal uygulamalarda kullanılabilecek uygun bir ürün olduğu sonucuna varılmıştır.

Abstract:
In this study, it was aimed to obtain new usable products from waste by recovering phosphorus and obtaining biochar from two different forms of anaerobically digested sewage sludge (ADSS) collected from the domestic wastewater treatment plant in Yüreğir district of Adana province. In phosphorus recovery studies, 58.7% of the total phosphorus in the sludge was converted into soluble form at pH 2 through the acidification process carried out with H2SO4. Soluble phosphorus was recovered in precipitate form by the alkaline precipitation method using NaOH and Ca(OH)2 solutions. 60% of the total phosphorus in the sludge was recovered at pH 8 with both bases. It has been determined that the obtained precipitates, with their phosphorus content of up to 17%, that can be used as a raw material instead of low-grade carbonic phosphate rocks in the phosphate industry. In the biochar preparation study, dried ADSS samples were pyrolysed at temperatures of 300, 400, 500, 600 and 700oC. As the pyrolysis temperature increases, the volatile solids (UKM) (from 44.9% to 15.1%) and fixed carbon contents (from 2.3% to 0.9%) of the resulting biochars decrease, and the ash contents (from 52.8% to 84%) were found to increase. The yield of biochar by mass was calculated as 72.6% at 300oC pyrolysis temperature and 47% when it increased to 700oC. It was observed that the surfaces of biochars obtained at low pyrolysis temperatures were rougher and more heterogeneous than the surfaces of biochars obtained at higher temperatures. It was determined that the porosity of biochars increased with the increase in pyrolysis temperature. C=C and –OH functional groups were found with the FTIR analyzes performed on the obtained biochars. When the results obtained were examined, it was concluded that biochars have the properties to adsorb phosphate, textile dye and heavy metals on their surfaces and therefore they are a suitable product that can be used in both wastewater treatment and agricultural applications.