Evsel arıtma çamurlarının elektrik alanı yardımıyla susuzlaştırılması
Dewatering of sewage sludge with the help of electric field
Yazar: SERAP BALABAN
Danışman: YRD. DOÇ. DR. NAZLI BALDAN PAKDİL
Abant İzzet Baysal Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Son yıllarda su kirliliği artışına paralel olarak atıksu arıtma yöntemleri üzerinde çalışmalar yoğunluk kazanarak artmıştır. Atıksu arıtma işlemlerinin sonucunda oluşturulan büyük hacimlerdeki arıtma çamurlarının kolayca nihai olarak bertaraf edilebilmesi için çamurun su içeriğinin önemli derecede azaltılması gerekir. Bu nedenle çamurun bünyesinde farklı şekillerde bulunan su içeriğini (serbest su, flok suyu, kapiler su ve kimyasal bağlı su) azaltmak için çamur susuzlaştırma teknikleri geliştirilmiştir. Mekanik susuzlaştırma işlemlerinde çamur ortamda sıkıştırılarak sadece serbest suyun ve düşük oranda flok suyunun çamurdan alınabilmesi sağlanır. Diğer su türleri için değişik yöntemlerin geliştirilmesine ihtiyaç duyulmuştur. Bunun yanı sıra daha az maliyetle, düşük su içeriğine sahip çamur oluşturacak susuzlaştırma yöntemleri üzerinde çalışmalar yoğunlaşmıştır. Son yıllarda geliştirilen yöntemlerden biri de elektro-susuzlaştırma yöntemidir. Elektro-susuzlaştırma yöntemi susuzlaştırmak istenilen çamurun elektrik alanı içinde maruz bırakılması esasına dayanan bir metottur. Elektro-susuzlaştırma yöntemi mekanik susuzlaştırma ile susuzlaştırılamayan farklı tipte çamurların örneğin ince partiküller ve jelatinimsi çamurları başarıyla susuzlaştırılmasında kullanılmıştır. Bu tezde atıksu çamurunun susuzlaştırma özelliklerini geliştirmek için örnek elektro-susuzlaştırma reaktörünün kullanılabilirliği değerlendirilmiştir. Elektrik alanının etkisinin belirlenmesi için kapiler emme süresi (KES), özgül filtre direnci (ÖFD), filtreleme zamanı (FZ) ve viskozite değerleri gözlemlenmiştir. Elektro susuzlaştırma işlemi için düşey elektrotlarla hazırlanan yatay elektrik alanı arasında bırakılan sistem kullanılmıştır. Deneysel analiz sonuçları Box-Behnken Design istatistiksel analiz yöntemi kullanılarak değerlendirilmiş ve bu çalışmada MİNİTAB 17.0 bilgisayar programı kullanılmıştır. İstatistiksel metoda göre pH değeri, işlem süresi ve uygulanan voltaj değeri olarak üç adet bağımsız değişken susuzlaştırma parametreleri ve çamurun üzerinde meydana gelen kimyasal değişiklikler incelenmiştir. Aynı zamanda farklı elektrot türlerinin (Bakır, Paslanmaz Çelik ve Grafit) etkisi belirlenmiştir. Sonuç olarak tüm elektrot türlerinde genel olarak asidik pH, yüksek voltaj ve işletim süresinin uzun olmasının sistem performansını olumlu etkilediği görülmüştür. Aynı zamanda grafit ve bakır elektrotun, paslanmaz çelik elektrota göre daha etkili olduğu görülmüştür. Anot ve katot elektrotlar arasındaki mesafenin etkisi incelendiğinde ise 2,3 cm elektrot mesafesinin verimi artırdığı görülmüştür.

Abstract:
Parallel to the increase in water pollution in recent years, studies on the methods of wastewater treatment have increased. To ultimately eliminate the sewage sludge, which is produced as a result of treatment processes of wastewater in great volumes, the water content of the sludge should be decreased significantly.  In order to decrease the water content that is present inside the sludge in different forms (free water, interstitial water, capillary water, chemically bonded water), sludge dewatering techniques have been developed. Because, with the method known as mechanical dewatering, which involves pressing the sludge, only the free water is removed from the sludge. For the other forms of water, development of various methods was required. Besides, studies on the methods that would lead to decreased water content in sludge with a lower cost have intensified. One of the methods developed in recent years is the electro-dewatering method. This method is based on the exposition of the sludge that is to be dewatered to an electric field. Electro-dewatering method can be used successfully for various types of sludge that cannot be dewatered by mechanical dewatering such as sludge of fine-particles, and gelatinous sludge. The sustainability of sample electro-dewatering reactor for improving dewaterability properties of sewage sludge was evaluated in this thesis. Capillary Suction Times (CST), Specific Resistances to Filtration (SRF) parameters, Time to Filter (TTF) and viscosity were monitored to determine the effect of electric field. The performance analysis of the system to be placed within a horizontal electric field formed by vertical electrodes was be studied. The assessment of the experimental analysis results by using Box-Behnken Design will be carried out using MINITAB 17.0 computer program. Effect of three independent variables (pH, process time and the applied voltage) on dewatering parameters and chemical changes on sample sludge was evaluated according to statistical design. Additionally, copper electrode, stainless steel electrode and graphite electrodes were used to see the effect of different electrode types. As a result, significant effect on system performance was observed by applying acidic pH, high voltage, and long process time for the all electrode types. It was determined that graphite and copper electrode are more effective than stainless steel electrode. Finally, reducing of distances between the anode and cathode electrodes increased dewatering capacity and the optimum distance of 2.3 cm was identified.