Ultrasonik (US) ön işlemin anaerobik çamur çürütme reaktörünün verimliliğine etkisi
Effects of us pre-treatment on productivity of anaerobic sludge digester
Yazar: SERKAN ŞAHİNKAYA
Danışman: PROF. DR. MEHMET FAİK SEVİMLİ
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2011
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Anaerobik arıtma = Anaerobic treatment ; Ultrason = Ultrasound ; Ultrason = Ultrasound ; Çamur = Sludge

Özet:
Atık aktif çamurun arıtımı, atıksu arıtma tesislerindeki en karmaşık ve maliyetli konulardanbiridir. Üretilen atık çamur miktarı, arıtma tesisilerinin işletme şartları ve maliyeti üzerinde ciddi etkiyesahiptir. Çamurun arıtımı için genellikle anaerobik çamur çürütücüler kullanılmaktadır. Ancak yavaşgerçekleşen hidroliz aşaması, çürütücülerin verimini sınırlamaktadır.US ön arıtma ile anaerobik çamur çürütücünün veriminin arttırılması bu doktora tezinin esasamacıdır. Bu nedenle ilk olarak ön arıtmanın, çamurun fiziksel ve kimyasal özelliklerine, metan üretimineve çamurun çürütülebilirliğine etkileri araştırılmıştır. Çamuru parçalamak için US ön arıtma ve onun ikifarklı modifikasyonu olan US + alkali ve US + ısıl ön arıtma metotları kullanılmıştır. Alkali ve ısıl önarıtma metotlarının da etkileri incelenmiştir. US ön arıtmanın bu iki metotla birleştirilmesindeki amaç, bumetotların farklı çamur parçalama mekanizmalarını birlikte kullanarak daha yüksek verim eldeedilmesidir. Sinerjetik etki sonucunda, sadece US ön arıtma (1 W/mL'de 1 dk'lık ışınım) ile metanüretimi ham çamurun çürütüldüğü reaktöre kıyasla % 5.3 oranında arttırılırken; US + alkali ön arıtma(1 W/mL'de 1 dk'lık ışınım ve yarım saatlik 0.05 N NaOH alkali uygulamasının kombinasyonu) ile% 15.5 oranında ve US + ısıl ön arıtma (1 W/mL'de 1 dk'lık ışınım ve 1 saatlik 80 C'de ısıl işleminkombinasyonu) sonucunda ise % 13.6 oranında arttırılmıştır. Böylece, US + alkali ön arıtma en düşükenerji sarfiyatı ile en yüksek verimin elde edildiği ön arıtma metodu olmuştur.Son olarak, ön arıtmanın kesikli beslemeli çamur çürütücüye etkileri araştırılmıştır. Kesiklibeslemeli anaerobik çürütücülere çamur beslenmeden önce, US + alkali ön arıtma ile parçalanmıştır.Çamurun ön arıtımı ile anaerobik çürütücülerde hem metan üretiminin hem de çamur stabilizasyonununarttığı belirlenmiştir. 14 günlük HBS ve 1 kg UKM/m3'lük OYH değerlerinde işletilen reaktörde, önarıtma sonucunda metan üretimi % 33.3 ve UKM giderimi ise % 17.6 artmıştır. Aynı şartlarda 7 günlükHBS değerinde işletilen ön arıtmalı reaktörde elde edilen verim, 14 günlük HBS ile işletilen ön arıtmasızreaktördeki verime çok yakın olmuştur. Sonuç olarak, US + alkali ön arıtma ile anaerobik çürütücülerdemetan üretimleri ve çürütme verimleri arttırılmıştır. Ayrıca, ön arıtma ile HBS'nin 14 günden 7 günekısaltılmasının, yani çürütücü hacimlerinin yarı yarıya küçültülmesinin de mümkün olduğu belirlenmiştir.

Abstract:
The treatment of waste activated sludge is one of the most complex and expensive issue in thetreatment plants. The amount of sludge, produced during the wastewater treatment, has a critical influenceon the economic and operational conditions of the treatment plants. Anaerobic sludge digesters arecommonly used to treat the waste sludge. But the slow hydrolysis stage limits the efficiency of digesters.The main purpose of this thesis study is to improve the efficiency of anaerobic sludge digestersby using ultrasonic (US) pre-treatment. Therefore, the effects of sludge pre-treatment on the physical andchemical properties, biodegradability of sludge and methane production were first investigated. Inaddition to US, US + alkali and US + thermal pre-treatment methods were utilized to disintegrate thesludge. The purpose of the combination of US pre-treatment with alkali and thermal pre-treatmentmethods is to improve the efficiency of sludge disintegration. Additionally, alkali and thermal pretreatmentmethods were also studied. While ultrasonication alone (for 1 min at 1 W/mL) increasedmethane production % 5.3 in pre-treated batch anaerobic reactors; US + alkali pre-treatment (thecombination of sonication for 1 min at 1 W/mL and alkalization for 0.5 h at 0.05 N) and US + thermalpre-treatment (the combination of sonication for 1 min at 1 W/mL and thermal pre-treatment for 1 h at80 ?C) increased methane productions % 15.5 and 13.6, compared to the batch reactors without pretreatment,respectively. Thus, US + alkali pre-treatment was the most effective method at the lowestenergy consumption.Finally, the effects of US + alkali pre-treatment on the semi-continuous anaerobic digesters wereinvestigated. For this aim, the raw sludge was disintegrated by US + alkali pre-treatment. The pretreatmentof sludge was improved the bio-degradation of sludge in the digesters. As a result, the methaneproduction and VS removal were increased to 33.3 % and 17.6 % in pre-treatment reactor operated athydraulic retention time of 14 days and organic loading rate of 1 kg VS/m3, compared to control reactor.Moreover, the efficiency of the pre-treatment reactor operating at hydraulic retention time of 7 days andorganic loading rate of 1 kg VS/m3 was found very close to the efficiency of control reactor operating athydraulic retention time of 14 days and organic loading rate of 1 kg VS/m3. As a result, the sludge pretreatmentwas improved the methane production and stabilization degree of sludge. Additionally, it isdetermined that HRT in the pre-treated reactors can be shorten from 14 to 7 days and thus, the volume ofdigesters can be made smaller.