Arıtma çamurlarının yüksek performanslı darbe tekniği ile dezentegrasyonu
Disintegration of sewage sludge by a high performance pulsed power technology
Yazar: ÜMRAN TARKAN
Danışman: YRD. DOÇ. DR. ÖZLEM SELÇUK KUŞÇU
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Arıtma tesislerinde oluşan arıtma çamurlarının nihai bertarafından önce arıtılması gereklidir. Çamurun bertaraf edilebilmesinde çeşitli yöntemler uygulanmaktadır. Çamurun nihai bertarafı için kullanılan en yaygın yöntem arıtma çamurlarının stabilizasyonudur. Çamur stabilizasyonu için çeşitli prosesler (kireç stabilizasyonu, ısıl işlem, anaerobik çürüme, aerobik çürüme ve kompostlaştırma vb.) kullanılmaktadır. Bu yöntemler arasında anaerobik çürüme yararlı bir son ürün olan metan üretimi ve yüksek arıtım verimi nedeniyle uzun zamanlardan beri stabilizasyon amacıyla çokça tercih edilen ve yaygın kullanımı olan bir stabilizasyon yöntemidir. Ancak hız sınırlayıcı adım olan hidroliz nedeniyle uzun bekleme ve büyük tank hacimlerine ihtiyaç vardır. Anaerobik çürütücünün bu olumsuzluğunu giderebilmek için çeşitli ön arıtım (dezentegrasyon) yöntemleri geliştirilmiştir. Bu tezin amacı, anaerobik çürütme sürecinin performansını artıran yeni bir ön arıtım teknolojisi olan yüksek performanslı darbe tekniği (YPDT) ile atık aktif çamurun ön arıtımını değerlendirmektir. Bu çalışma kapsamında; YPDT arıtım sürecini etkileyen etkin parametreler olan pH, iletkenlik, sıcaklık, akış hızı ve uygulanan voltaj değerlerinin optimum değerleri belirlenmiş ve optimum koşullarda YPDT ile ön arıtılmış aktif çamurun anaerobik çürüme performansı incelenmiştir. 

Atık aktif çamurun, YPDT ile arıtımı sonrası yüksek ÇKOİ (çözünmüş kimyasal oksijen ihtiyacı) ile sonuçlanan YPDT reaktörü için optimum işletim koşulları pH 7,5, sıcaklık 25 °C, iletkenlik 5 mS/cm, akış hızı 20 ml/dak ve uygulanacak voltaj değeri 30 kV olarak bulunmuştur.

Optimum işletim şartlarda YPDT ile arıtım sonucunda, ön arıtılmış çamurun toplam kimyasal oksijen ihtiyacı (TKOİ) ham çamur ile karşılaştırıldığında %26, ÇKOİ değerinde %71, toplam azot (TN) değerinde %46 ve toplam fosfor (TP), değerinde %42 artış tespit edilmiştir.  Dezentegrasyon derecesinin %30 arttığı belirlenmiştir.
 
YPDT ile arıtım sonrası metan üretim performansı kesikli anaerobik reaktörlerde spesifik metan aktivitesi (SMA) ölçümleri ile incelenmiştir.  YPDT ile ön arıtılmış çamur ile beslenen anaerobik reaktörlerde metan üretim miktarı ham çamur ile karşılaştırıldığında %100 artış göstermiştir.

Anahtar Kelimeler: anaerobik çürüme, çamur stabilizasyonu, dezentegrasyon, ön arıtım, yüksek performanslı darbe tekniği YPDT

Abstract:
Consisting of sludge in wastewater treatment plants must be treated before final disposal. Various methods are applied to its ability sludge disposal. Stabilization of the sludge is the most common method used for the final disposal of the sludge. Various processes for sludge stabilization (lime stabilization, heat treatment, anaerobic digestion, aerobic digestion and composting, etc.) are used. These methods, as improve the efficiency of existing units, provide significant reduction in the amount of sludge. Basis of this method is defined as the generic name of the sludge disintegration; with external influences the structure of the sludge flocks of different components (physical, chemical and biological methods) disturbed of separation and content of the shock component is passed through the mud liquid phase (Müller et al., 2004). This study offer a new pretreatment technology developed to improve the performance of anaerobic digestion process, overcome the economic, operating, and scale up problems. The PEF technology generates a pulsed high voltage discharge (20-30kV) which induces shockwave, intense ultraviolet radiation, strong electric field, and various radicals (Sunka, 2001). The main purpose of this thesis was to investigate the effects of PEF pretreatment on waste sludge disintegration, to determined optimum values of effective parameters influencing PEF process, such as pH, conductivity, flow-rate, temperature, applied voltage and to examine the effect of PEF reactor on anaerobic digestion performance under optimum conditions. Waste active sludge (WAS) taken from the secondary clarifier underflow at the municipal wastewater treatment plant (WWTP) in Afyon was chosen as sludge sample for the experimental studies. Soluble chemical oxygen demand (SCOD) and soluble chemical oxygen demand (SCOD)/total chemical oxygen demand (TCOD) (SCOD/TCOD) ratio were a basic analysis to determined treatment performance. The SCOD, TCOD TN, TP, Total solids (TS), total organic solids, suspended solids (SS), and volatile suspended solids (VSS) were measured for evaluation of disintegration performance of sludge. Furthermore, methane production performance after PEF was evaluated in batch-anaerobic reactor. Biochemical methane potential (BMP) assay was carried out in order to monitor methane production of pretreatment sludge by HPPT. The experimental results showed that the pulsed peak voltage, conductivity, and flow rate were founded as the most important parameters effecting PEF treatment efficiency. The optimum operation conditions resulting in maximum SCOD were achived at 7,5 of pH, 5 mS/cm of conductivity, 20 ml/min. of flow-rate, 25 °C of temperature and 30 kV of voltage by HVPEF treatment .  Anaerobic digestion of HVPEF pre-treated sludge showed 100% fold higher methane production as compered with untreated sludge.

Keywords: anaerobic sludge, disintegration, high performance, pulsed power, sludge stabilization