Katı atıkların aerobik ayrışması sırasında gerekli olan optimum hava miktarının belirlenmesi
Determination of the optimum aeration rate in aerobic landfills
Yazar: ELİF SEKMAN
Danışman: YRD. DOÇ. DR. M. SİNAN BİLGİLİ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Katı atıklar = Solid wastes ; Sızıntı suyu = Leachate

Özet:
Bu çalışmada katı atıkların düzenli depo sahalarında stabilizasyonunun hızlandırılmasında etkin bir yöntem olarak kabul edilen aerobik ayrışma sırasında gerekli olan optimum hava miktarının belirlenmesi araştırılmıştır. Bu amaçla gerçekleştirilen laboratuar ölçekli çalışmada, 40 cm çapında ve 100 cm yüksekliğinde 5 adet reaktör kullanılmıştır. Reaktörlerden biri kontrol amaçlı anaerobik (R1) ve diğer dördü aerobik (R2, R3, R4 ve R5) işletme şartlarında sızıntı suyu geri devirli olarak tasarlanmıştır. Her biri ortalama 20 kg katı atıkla doldurulmuş olan R2, R3, R4 ve R5 reaktörlerine, sırasıyla 0.10, 0.30, 0.60 ve 1.00 L/dk?kg atık olmak üzere farklı miktarlarda hava verilmiştir. Reaktörler 150 gün boyunca işletilmiş ve tez kapsamında gerçekleştirilen ölçümlere yer verilmiştir.Çalışma kapsamında her bir reaktörde oluşan sızıntı suyunda alınan numunelerde pH, iletkenlik, toplam alkalinite, KOİ, BOİ5, Cl?, TKN, NH3?N ve inert KOİ parametreleri analiz edilmiştir. BOİ/KOİ, KOİ/Cl? ve Si/St oranları hesaplanmış, KOİ, BOİ ve NH3 değişim kinetikleri belirlenmiş ve Si/St oranının zamanla değişim modellemesi gerçekleştirilmiştir. Bunun dışında ayrışma sonucunda katı atık özelliklerinde meydana gelen değişimlerin belirlenebilmesi için çalışmanın başlangıcında ve sonunda katı atıklarda nem ve organik madde muhtevası tayinleri yapılmış, ayrışma sonucunda reaktörlerde meydana gelen hacimsel ve kütlesel kayıplar belirlenmiştir.Aerobik reaktörlerde depolamadan yaklaşık 40 gün sonra sızıntı suyunun pH değeri 7 civarında, 75 gün sonunda 8 civarında tespit edilmiş ve çalışma süresince 8?9 aralığında olduğu belirlenmiştir. R1 reaktöründe pH'da çalışma boyunca önemli bir değişiklik gözlenmemiş ve5?6 civarında tespit edilmiştir. R1 reaktöründe Cl? konsantrasyonu çalışma süresince 2500 mg/L civarında belirlenmiştir. Aerobik reaktörlerde ise Cl? konsantrasyonu depolamadan yaklaşık 75 gün sonra 3000 mg/L değerinin üzerinde tespit edilmiştir. Çalışma süresince R1 reaktöründe TKN konsantrasyonu 2500 ? 3000 mg/L seviyelerinde, NH3?N konsantrasyonu ise 1500 mg/L seviyelerinde belirlenmiştir. Çalışma sonunda aerobik ve anaerobik reaktörlerde ölçülen nihai amonyak konsantrasyonları R1, R2, R3, R4 ve R5 reaktörleri için sırasıyla 1360, 125, 120, 60 ve 55 mg/L olarak tespit edilmiştir. Aerobik reaktörlerde atıklar depolandıktan sonraki ilk 15 gün KOİ değeri tüm reaktörlerde yükselerek 60000 mg/L seviyelerine kadar çıkmıştır. Bundan sonra sızıntı suyunda KOİ konsantrasyonu hızla azalarak R2 reaktöründe 70 gün sonunda 5000 mg/L değerine ve R3, R4 ve R5 reaktörlerinde ise depolamadan yaklaşık 100 gün sonra 5000 mg/L değerine düşmüştür. R1 reaktöründe ise KOİ konsantrasyonu depolamadan yaklaşık 90 gün sonra maksimum değerine ulaşarak 100000 mg/L olarak tespit edilmiştir. 150 gün sonunda R2, R3, R4 ve R5 reaktörlerinde KOİ giderim verimleri sırasıyla % 90, % 89, % 93 ve % 88 olarak belirlenmiştir. R1 reaktöründe ise metan safhası henüz başlamamış olduğundan KOİ konsantrasyonunda önemli bir azalma görülmemiştir. Başlangıçta tüm reaktörlerde BOİ konsantrasyonu 30000 mg/L seviyelerinde ölçülmüş, yaklaşık 60 gün sonra R1, R2, R3, R4 ve R5 reaktörlerinde sırasıyla 50000, 1700, 1200, 1300 ve 1000 mg/L olarak belirlenmiştir. Başlangıçta tüm reaktörlerde BOİ/KOİ oranı 0,70 civarında iken 20 gün sonra aerobik reaktörlerde bu oran hızla azalmaya başlamış ve depolamadan 50 gün sonra R2 reaktörü dışındaki reaktörlerde 0,20 değerinin altında ölçülmüştür. Depolamadan yaklaşık 100 gün sonra tüm aerobik reaktörlerde BOİ/KOİ oranı 0,20 değerinin altında belirlenmiştir. 150 gün sonunda ölçülen BOİ/KOİ oranları R1, R2, R3, R4 ve R5 reaktörleri için sırasıyla 0,59; 0,10; 0,10; 0,13; 0,14 olarak tespit edilmiştir.

Abstract:
In this study, optimum aeration quantity needed during aerobic degradation that is accepted as an effective method for accelerating stabilization of solid wastes is investigated. In a laboratory scale application that was conducted for this purpose, 5 reactors with 40 cm diameter and 100 cm height were used. One of the reactors was planned in anaerobic (R1) conditions as control and the other four were designed in aerobic (R2, R3, R4 and R5) operation conditions with leachate recirculation. Different aeration rates as 0,10; 0,30; 0,60 and 1,00 L/min-kg waste were given to each one of R2, R3, R4 and R5 reactors which were filled by average 20 kg solid waste, respectively. Reactors were operated for 150 days and the conducted measurements are given in this thesis.Conductivity, pH, total alkalinity, COD, BOD5, Cl?, TKN, NH3?N and inert COD parameters were analyzed in the samples that were taken from the leachate that was generated by each one of the reactors in this study. BOD/COD, COD/Cl? and Si/St ratios were evaluated; COD, BOD and NH3 changing kinetics were determined; and modeling the variations of Si/St ratio with the time was conducted. In addition to these, in order to determine the variations that occurred as a result of decomposition in solid waste specifications, moisture and organic material content determinations were done at the beginning and at the end of the study, and the loss in the volume and mass that occurred in the reactors as a result of decomposition was determined.Approximately 40 days after the landfilling it was determined that pH value of the leachate was around 7 for aerobic reactors. At the end of 75th day it was observed around 8. And during the study it was ranging between 8?9. During the study, a specific change was not observed in pH of R1 reactor and was determined around 5?6. Cl? concentration for R1 during the study was determined around 2500 mg/L. Cl- concentrations were over 3000 mg/L after approximately 75 days in aerobic reactors. During the operation, TKN concentration ranged around 2500?3000 mg/L and NH3?N concentration was around 1500 mg/L for R1 reactor. At the end of the operation, the last ammoniac concentrations that were observed for R1, R2, R3, R4 and R5 reactors were 1360, 125, 120, 60 and 55 mg/L, respectively. All aerobic reactors? COD values were increased around 60000 mg/L in the first 15 days right after the wastes were placed. After that, COD concentration in leachate decreased rapidly and after 70 days for R2 reactor. And after approximately 100 days for R3, R4 and R5 reactors it decreased approximately 5000 mg/L. COD concentration for R1 reactor was determined 100000 mg/L and reached its maximum value approximately after 90 days. At the end of 150 days operation, COD removal efficiency for R2, R3, R4 and R5 reactors were % 90, % 89,% 93 and % 88, respectively. In R1 reactor, there was no considerable decreasing in COD because methanogenesis phase had not begun yet. BOD concentrations were around 30000 mg/L in all reactors and approximately after 60 days it was determined as 50000, 1700, 1200, 1300 and 1000 mg/L for R1, R2, R3, R4 and R5 reactors, respectively. At the beginning BOD/COD ratio was around 0.70 in all reactors and in 20 days this ratio began to decrease rapidly in aerobic reactors. After 50 days from landfilling it was measured under 0.20 for all reactors except R2. Approximately 100 days after landfilling, BOD/COD ratio was determined under 0.20 for all aerobic reactors. BOD/COD ratios measured at the end of 150 days operation were 0.59; 0.10; 0.10; 0.13 and 0.14 in R1, R2, R3, R4 and R5 reactors, respectively.