Samsun evsel atık su arıtma aktif çamurunun karbonizasyon ve aktivasyon ürünlerinin dizel yakıtına ilavesinin dizel motorda deneysel incelenmesi
Investigation of the carbonization-activation of waste water treatment sludge and its different applications
Yazar: SERHAT BİLGİN
Danışman: PROF. DR. SELAHADDİN ORHAN AKANSU ; DOÇ. DR. YUNUS ÖNAL
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Enerji Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada AAT atığı olan AÇ' nin bertarafı ve motor yakıt katkısı olarak kullanımı üzerine çalışmalar yapılmıştır. Bu çalışmada iki aşama bulunmaktadır. Bu aşamalardan ilki AÇ' nin karbonlaştırılarak bertarafının araştırılması, ikinci aşama ise karbonlaştırılan AÇ' nin aktif karbona dönüştürülerek dizel motor yakıt katkısı olarak kullanılabilirliğinin araştırılmasıdır. AÇ' nin bertarafına yönelik belirlenen karbonlaştırma ve aktif karbona dönüştürme işlemlerinde elde edilen numuneler kalorifik değer tayinine tabi tutulmuştur. Kalorifik değer tayini sonucu en düşük 1331.9 cal/gr ve en yüksek 12199.7 cal/gr değerleri elde edilmiştir. AÇ' nin yakıt katkısı olarak kullanılabilmesi için; AÇ önce kurutulmuş sonrasında fiziksel ve kimyasal aktivasyon proseslerine tabi tutularak aktif karbon haline getirilmiştir. Aktif karbonlar; AÇ' den farklı sıcaklık aralıklarında yapılan karbonlaşmış ürünler ile kurutulmuş haldeki AÇ' den elde edilmiştir. Elde edilen karbon, aktif karbon, kül ve pirolitik sıvılar için FT-IR, XRD, ICP-MS, GC-MS, TG-DTA, CHNS, SEM-EDX ve kalorifik değer tayini analizleri yapılmıştır. Analiz sonuçları doğrultusunda SAÇK12 ve SAÇK24 numuneleri seçilmiştir. Seçilen numuneler dizel yakıta 50 ppm ve 100 ppm oranlarında bir ultrasonik karıştırıcı ile homojen şeklide karıştırılarak yakıt karışımları elde edilmiştir. Elde edilen karışımların deneylerin yapıldığı motor için motor performansı, yanma ve emisyon karakteristikleri incelenmiştir. Bu çalışma için yapılan denemeler ve ölçümlemeler 6 silindirli dizel motorda 600 rpm sabit devir hızında ve beş farklı yük altında (0, 50, 100, 150 ve 200 Nm) yapılmıştır. Emisyon karakteristiklerinde CO, HC, CO2, O2 ve NOx ölçümlemeleri ve karşılaştırmalı değerlendirilmeleri yapılmıştır. 
Anahtar Kelimeler: Kanalizasyon Çamuru, Karbonizasyon, Aktivasyon, Piroliz, Dizel Motor, Emisyon, Aktif Karbon, Nanopartikül

Abstract:
In this study, research has been conducted on the disposal of WWTP (Wastewater Treatment Plant) waste and the utilization of different forms of SS (Sewage Sludge) as a motor fuel additive. The study consists of two phases. The first phase involves the investigation of SS disposal through carbonization, while the second phase explores the possibility of converting carbonized SS into activated carbon for potential use as a diesel engine fuel additive. Samples obtained from the carbonization and activation processes for SS disposal were subjected to calorific value determination. Calorific value analysis resulted in values ranging from a minimum of 1331.9 cal/g to a maximum of 12199.7 cal/g. To prepare SS for use as a fuel additive, it was first dried and then subjected to physical and chemical activation processes to convert it into activated carbon. Activated carbons were obtained from carbonized products at different temperature intervals and from dried SS. The obtained samples, including carbon, activated carbon, ash, and pyrolytic liquids, underwent FT-IR, XRD, ICP-MS, GC-MS, TG-DTA, CHNS, SEM-EDX, and calorific value determination analyses. The results of the analyses led to the selection of SACK12 and SACK24 samples. The selected samples were homogeneously mixed with diesel fuel at ratios of 50 ppm and 100 ppm using an ultrasonic mixer to ensure homogeneity and prevent sedimentation in the diesel fuel during subsequent periods. The performance of the engine, combustion characteristics, and emissions were examined for the obtained fuel blends in a 6-cylinder diesel engine operating at a constant speed of 600 rpm and under five different loads (0, 50, 100, 150, and 200 Nm). Emission characteristics, including CO, HC, CO2, O2, and NOx measurements, were made and comparatively evaluated. 
Keywords: Sewage sludge, Carbonization, Activation, Pyrolysis, Diesel engine, Emission, Activated carbon, Nanoparticle.