Sintine suyu arıtma tesisi modellenmesi ve ısıl hesapların yapılması
Modelling of bilge water treatment plant and performing thermal calculations
Yazar: JANET EVİN KEMALOĞLU
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA ÖZDEMİR
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Isı-Akışkan Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Sintine suyu, gemilerdeki makine ve kazan dairelerinden sızan yağlı atık suya denir. Sintine suyunun denize deşarj edilebilmesi için içerisindeki yağ içeriğinin 15 mg/L'den daha düşük olması IMO MARPOL 73/78 yönetmeliğince belirtilmiştir. Bu yönetmelikten dolayı sintine suları, gemide veya karada arıtma işlemine tabi tutulur.
Arıtma tesisinin modellenmesinde ilk olarak depolama tanklarının hacimlerinin belirlenmesi gerekmektedir. Depolama kapasitesi limana uğrayan her geminin makine gücünün bilinmesi halinde hesaplanır. Ancak bu çalışma kapsamında, önceki çalışmalar ve literatürdeki bilgiler göz önüne alınarak bir depolama hacmi belirlendi. Matematiksel modeli oluşturulan arıtma tesisinin debisi, hala işletilmekte olan limanların arıtma kapasitesi göz önüne alınarak belirlendi.
Atık yağların arıtılmasında, genellikle fiziksel ve kimyasal yöntemlerin aynı anda kullanılması hem literatürde hem de günümüzde işletilen arıtma tesislerinde görülmektedir. Sintine suyu arıtılmasında da hem fiziksel hem de kimyasal yöntemler kullanılır. Modellenen sintine suyu arıtma tesisinde fiziksel arıtmanın daha verimli sağlanabilmesi için sintine suyunun ısıl işlemi görmesi gerekmektedir. Bunun içinde depolama tankından çıkan sintine suyu ısıtıcılı karıştırıcılı tanka alınarak 40°C'ye kadar ısıtılır ve aynı zamanda karıştırılır. Bu çalışma kapsamında ısıtıcılı karıştırıcılı tankın ısıtma mekanizması literatürdeki çalışmalar göz önüne alınarak belirlendi ve tasarım bu kabullere göre yapıldı.
Daha sonra sintine suyu plakalı ısı değiştiricisine aktarılarak 80 °C'ye kadar ısıtılır ve buradan sintine ayrıştırıcısına gönderilir. Ayrıştırıcıdan çıkan sintine suyunun yağ içeriği 15 mg/L'den düşüktür. Ayrıştırıcıdan çıkan sintine suyunun içindeki yağ miktarı, denize deşarjı için izin verilen bir değerdir ancak sintine suyunun içeriğinde diğer kimyasal maddelerin de sudan uzaklaştırılması gerekmektedir. Kimyasal arıtma sonrasında arıtılmış sintine suyu denize deşarj edilirken, atık yağlar ve çamur tekrar işlenmek veya kullanılmak için depolanır veya satılır.
Bir limana yanaşan gemi sayısı üzerinden günlük sintine miktarı detaylı bir şekilde incelendi. Tasarlanan arıtma tesisinin kapasitesi azaltılarak tekrar tasarım yapıldı ve durumun sintine suyu arıtma tesisine olan etkisi hem maliyet hem de sistemin diğer bileşenler açısından incelendi.
Tasarlanan sintine arıtma tesisinin kütle ve enerji denklemleri çıkarılarak optimum bir tesis kurulması amaçlandı.

Abstract:
Bilge water is oily waste water that leaks from the machinery, machinery and boiler rooms of ships. In order for bilge water to be discharged into the sea, it is determined by IMO MARPOL 73/78 regulation that the oil content in it should be lower than the limit of 15 mg/L. Therefore, it is mandatory to carry out treatment on board or on land for the treatment of bilge water.
On ships, bilge water is stored in the bilge water tank on board. Before it is sent to the Bilge Water Separator, a heating process takes place, then it is sent to the Bilge Water Separator and oils, petroleum products, solids are separated. In the treatment plant established in the meantime, there are chemical treatment units as well as the bilge seperator.
Before examining the treatment of bilge water, the treatment processes of oily wastewater are examined. In oily wastewater, a combination of treatment techniques is needed. Treatment techniques are examined under three main headings as primary treatment, secondary treatment and tertiary treatment. 
In primary treatment; physical methods. Secondary treatment aims to reduce the organic load remaining after primary treatment.  Tertiary treatment uses a physicochemical process or biological treatment methods to reduce the levels of dissolved organic and inorganic compounds.
First of all, since the substances in the bilge water will be used in the mass and energy equations in the treatment plant model, it was reviewed from the literature. Since each bilge water examined in the literature is different from each other, synthetic bilge water was used in the calculations.
It is seen both in the literature and in the treatment plants operating today that physical and chemical methods are generally used simultaneously in the treatment of waste oils. Both physical and chemical treatment methods were used in the treatment of bilge water. 
In the modeling of the treatment plant, the volumes of the storage tanks should be determined first. The bilge tank volume can be calculated by knowing the engine power of each ship that calls at the port, or a storage volume is determined by considering previous studies and information in the literature. Then, the treatment plant flow rate is determined by examining the treatment plant capacities. 
In order to provide more efficient physical treatment in the modeled Bilge Water Treatment Plant, the bilge water should be heat treated. For this purpose, the bilge water coming out of the storage tank is taken to the tank with a mixer heater and the waiting bilge water is heated up to 40°C. The heating process shall be provided by jackets, coils, and vertical tube baffles, where the heat transfer area is the target parameter for the project as a function of the overall heat transfer coefficient.
The working logic of the jackets surrounding the tank with agitator is the heat transfer due to the circulation of the thermal fluid in the space between the jacket and the tank. Heat is also transferred through the coiled tubes between the center line of the impeller and the wall of the tank. Heating can be provided through vertical tube baffles. The vertical tube baffle the heat transfer efficiency by 37%. The agitator tank heating mechanism will be designed as vertical tube.
The bilge water is then transferred to the plate heat exchanger and heated to 80 °C. It is sent to the bilge separator. The oil content of the bilge water leaving the separator should be lower than 15 mg/L.  This oil content in the bilge water coming out of the separator is the permitted value for discharge into the sea, but other chemical substances in the bilge water must be removed from the water. Since the bilge water will be discharged into the sea after treatment, it is aimed not to harm the ecosystem in the sea. For this purpose, the bilge water is subjected to chemical treatment to reduce the oil content.
Based on the number of ships docking at a port, the daily bilge amount was analyzed in detail. The flow rate was assumed based on the desired existing facilities. However, the effect of reducing the current flow rate on the bilge treatment plant was then analyzed. It was observed that the bilge water treatment plant decreased both in terms of capacity and cost.
In summary, based on the information in the literature and the previously installed and still operating plants, the treatment of bilge water is based on a mathematical model of the entire treatment plant, especially the thermal processes, instead of only examining the effects of chemical treatment. The most optimum system was aimed to be established by comparing the previously established systems and calculations were made in this direction.