Sivas atıksu arıtma tesisi arıtma çamurlarının farklı ek besi maddeleri kullanılarak anaerobik birlikte çürütülmesinin (Codigestion) araştırılması
Investigation of codigestion of Sivas wastewater treatment plant treatment sludges by using different cosubstrates
Yazar: TURGAY BİŞGİN
Danışman: PROF. DR. MELTEM SARIOĞLU CEBECİ
Sivas Cumhuriyet Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
ÖZET

SİVAS ATIKSU ARITMA TESİSİ ARITMA ÇAMURLARININ FARKLI EK BESİ MADDELERİ KULLANILARAK ANAEOBİK BİRLİKTE ÇÜRÜTÜLMESİNİN(CODIGESTION) ARAŞTIRILMASI

Turgay BİŞGİN
Doktora Tezi
Çevre Mühendisliği Anabilim Dalı
Danışman: Prof. Dr. Meltem SARIOĞLU CEBECİ
2019, 146+xvii sayfa

Atıksu arıtma tesislerinin hızla gelişmesiyle gerek evsel gerekse endüstriyel atıksu arıtma tesisleri ve içme suyu arıtma tesislerinden açığa çıkan arıtma çamurları depolama ve uzaklaştırma problemlerine neden olmaktadır. Bugün dünyada ve ülkemizde oldukça fazla miktarda tesislerden çıkan arıtma çamurlarının uzaklaştırılması önemli çevre sorunlarının başında gelmektedir. Genellikle arıtma çamurlarının büyük kısmı düzenli depolamaya gönderilmekte, tehlikeli atık niteliğinde olan miktarları yakma tesisinde yakılmakta, kalan külleri de depolanarak uzaklaştırılmakta az bir kısmı ise tarımda kullanılmaktadır. Diğer yandan, atıksu arıtma tesislerinden üretilen Atık aktif çamurun anaerobik çürütülmesinden elde edilen biyogaz yenilenebilir bir enerji kaynağıdır. Kentsel atıklar, tarımsal kalıntılar ve endüstriyel çıkış suları gibi çeşitli maddeler anaerobik birlikte çürütmede atık su arıtma tesisi çamurundan metan üretimini arttırmak için potansiyel bir ek substrat olarak kullanılabilir. Kullanım aynı zamanda atık yönetimi ve çevre koruması için de faydalıdır.
Bu çalışmada atık su arıtma tesisi geri devir atık aktif çamurunun(AAÇ) birincil substrat olarak kullanıldığı birlikte anaerobik çürütmede kentsel organik atıkların C.Ü Merkezi Kafeterya Yemekhane Sebze Atıkları(SA) ve Büyükbaş Hayvan Gübresi(BHG)'nin ek substrat olarak kullanımının uygunluğu incelendi. Kesikli deneyler mezofilik koşullar altında(37±1°C) ve inokülüm(aşı) 5 g VS/l, her iki ek substrat içinde substrat/inokülüm(SIR) oranı 0,5-1 olacak şekilde 2 farklı oranda ve yedi farklı SA/AAÇ ve BHG/AAÇ oranında, %100:%0, %90:%10, %70:%30, %50:%50,%30:%70, %10:%90, %0:%100 ilave edilmiş ve metan üretim potansiyelleri standart Biyokimyasal metan potansiyeli(BMP) testi ile değerlendirilmiştir.
SA ve BHG ile birlikte çürütülmenin metan üretimlerini 100 mL/g VS(yalnız AAÇ ile)'den sırasıyla 268,64 mL/g VS ve 151,17 mL/g VS'ye yükselttiğini gösterdi. SA ve BHG, her iki ek substrat için ideal substrat/inokülüm (S/I) oranı 0,5 olacak şekilde metan üretimini pozitif olarak etkiledi.
Arıtma çamuru ve yemekhane sebze atıklarının birlikte anaerobik çürütülebilirliğinde, arıtma çamuruna eklenen sebze atığının karışımdaki miktarının arttırılmasıyla KOİ giderim verimi, UKM giderim verimi, metan üretiminin arttığı belirlenmiştir. Karışım numuneleri arasında en yüksek kümülatif metan üretimi 268,64 mLCH4/gVS değeri ile 90:10 karışım oranından elde edilmiştir. Anaerobik çürütme işlemini temsil etmek için kinetik modeller uygulanarak, Sebze atığının ek substrat olarak önerilebileceğini göstermiştir. Kesikli deneylerden elde edilen veriler modifiye gompertz ve modifiye lojistik kinetik modellerine uygulanmıştır. Uygulanan modeller neticesinde λ, μ ve A sabitleri belirlenmiştir ve R2 değerlerine bakıldığında en iyi modelin Gompertz olduğu belirlenmiştir. Kesikli testler sonucunda tercih edilen ek besi maddesi olan SA'la anaerobik birlikte çürütme Sivas Atıksu Arıtma Tesisi Laboratuarında bulunan laboratuar ölçekli UASB çürütücülerinde test edilmiştir. Hidrolik alıkonma süresi(HRT)=24 saat ve çürütme sıcaklığı(37ºC) seçilerek, 2 farklı 1 g KOI/l.gün ve 2,5 g KOI/l.gün organik yükleme hızının(OLR) biyogaz üretimi üzerindeki etkileri değerlendirilmiştir. En iyi toplam biyogaz üretim verimi 508 ml toplamgaz/gKOİ olarak HRT=24 saat ve OLR=1 g KOİ/L.gün'de mezofilik (37ºC ) birlikte çürütülmede elde edilmiştir.
Sonuç olarak,  atıksu arıtma tesisinden çıkan çamurun karakterizasyonuna göre çamurun kurutulması ve değerlendirilmesi yanısıra organik atıklarla birlikte(sebze atığı ve büyükbaş hayvan gübresi) arıtma çamurlarının entegre yönetiminin sağlanması önerilmektedir. Bu amaçla laboratuvar ölçeğinde kurulan anaerobik proseste arıtma çamurlarının farklı organik maddelerle karışımının metan gazı oluşumuna ve/veya kompost eldesine etkileri araştırılmış, sebze atığının eklenmesinin proses verimliliğini olumlu etkilediği bulunmuştur.

Anahtar kelimeler: Organik atıklar, Atık arıtma çamuru, Anaerobik birlikte çürütme, Biyogaz, Atıksu arıtma tesisi.

Abstract:
ABSTRACT

INVESTIGATION OF CODIGESTION OF SİVAS WASTEWATER TREATMENT PLANT TREATMENT SLUDGES BY USING DIFFERENT COSUBSTRATES 

Turgay BİŞGİN
PhD Thesis
Department of Environmental Engineering
Supervisor: Prof. Dr. Meltem SARIOĞLU CEBECİ
2019, 146+xvii pages

With the rapid development of wastewater treatment plants, treatment sludges from both domestic and industrial wastewater treatment plants and drinking water treatment plants cause storage and removal problems. Today, the removal of sewage sludge from many plants in the world and in our country is one of the most important environmental problems. Generally, most of the sludge is sent to landfill, the amounts of hazardous waste are burned in the incineration plant, the remaining ashes are stored and removed and a small amount is used in agriculture. On the other hand, biogas from anaerobic digestion of waste activated sludge produced from wastewater treatment plants is a renewable energy source.
Various materials such as urban wastes, agricultural residues and industrial effluents can be used as a potential cosubstrate to increase methane production from wastewater treatment plant sludge in anaerobic codigestion. The use is also useful for waste management and environmental protection. In this study, the use of wastewater treatment plant return waste activated sludge as the primary substrate, together with the anaerobic digestion of urban organic wastes, the use of C.Ü. Central Cafeteria Refectory Vegetable Waste (VW) and Cattle Manure (CM) as an cosubstrate was examined.
Batch experiments were performed under mesophilic conditions (37 ± 1 ° C) and inoculum 5 g VS / l in two cosubstrates with a substrate / inoculum (SIR) ratio of 0.5-1 in 2 different ratios. At the seven different VW / WS and CM / WS ratios, 100%: 0%, 90%: 10%, 70%: 30%, 50%: 50%, 30%: 70%, 10%: 90%, 0%: 100% were added to batch reactor.  Methane production potentials were evaluated by standard BMP test.
Since sludge digest with SA and BHG, It showed that methane production increased from 100 mL / g VS (with WS alone) to 268.64 mL / g VS and 151.17 mL / g VS, respectively. VW and CM positively affected methane production, with an ideal substrate / inoculum (S / I) ratio of 0.5 for both cosubstrates.
It was determined that COD removal efficiency, UKM removal efficiency and methane production  increased by increasing the amount of vegetable waste added to the treatment sludge in the anaerobic degradability of sewage sludge and refectory vegetable wastes together. Among the mixture samples, the highest cumulative methane production was obtained with the mixture ratio of 90:10 with 268.64 mLCH4 / gVS value. Applying kinetic models to represent anaerobic disintegration has shown that Vegetable waste can be recommended as an additional substrate. The data obtained from batch experiments were applied to modified gompertz and modified logistic kinetics models. Consequently, λ, μ and A constants were determined and R2 values were found to be the best model for Gompertz. As a result of batch tests, anaerobic co-digestion with VW, which is the preferred supplementary medium, was tested in laboratory scale UASB digesters in Sivas Wastewater Treatment Plant Laboratory.
By selecting hydraulic retention time (HRT) = 24 hours and digestion temperature (37ºC), the effects of 2 different 1 g COD / 1st day and 2.5 g COD / 1st day organic loading rate (OLR) on biogas production were evaluated. The best total biogas production yield was obtained as 508 ml total gas / g COD in codigestion of HRT = 24 h and OLR = 1 g COD / L.day at mesophilic (37ºC).
As a result, according to the characterization of the sludge from the wastewater treatment plant, it is recommended that the sludge be dried and evaluated as well as the integrated management of the treatment sludge with organic waste (vegetable waste and bovine manure). For this purpose, in the anaerobic process established at the laboratory scale, the effects of mixing of sludge with different organic substances on methane gas formation and / or composting were investigated and it was found that adding vegetable waste had positive effect on process efficiency.

Key Words: Organic wastes, Waste treatment sludge, Anaerobic co-digestion, Biogas, Wastewater treatment plant.