Minimization of excess sludge production

Evsel ve endüstriyel atıksu arıtma tesislerindeki organik ve inorganik maddelerin ve biyolojik parçalanabilen bileşiklerin giderilmesi sonucunda büyük miktarda atık çamur oluşur. Yakın gelecekte, yönetmeliklerin, çamur uzaklaştırma alternatiflerine sınırlama getirmesi yönüyle, maliyet artışına neden olması beklenmektedir. Oluşan çamur miktarının azaltılması için günümüzdeki yaklaşım, yaş çamur hacminin ve çamur kuru kütlesinin azaltılmasına yöneliktir. Çamur uzaklaştırmada yaş çamur hacmi, susuzlaştırma ile çamurun katı madde içeriğini arttırmak suretiyle önemli ölçüde azaltılır. Çamurun kuru kütlesinin azaltılması, oluşan çamur hacminin ve katı madde miktarının azaltılmasına neden olduğundan; biyolojik arıtım kademesinde çamurun kuru kütlesinin hemen azaltılmasına imkan tanıyan bu stratejinin desteklenmesi gerekmektedir. Bu tezin temel amacı biyolojik arıtım süreci boyunca, çamur üretiminin azaltılmasıdır. Tez kapsamında çamur miktarının azaltılması amacıyla uygulanan teknikler, mevcut atıksu arıtma prosesinde yapılabilecek küçük modifikasyonlar ile uygulanabilecek tekniklerdir, çamur üretimi aşamasından sonra uygulanan yöntemler değillerdir., Bu çalışma kapsamında, sözü edilen tekniklerden sadece ikisi deneysel olarak ele alınmış ve değerlendirilmiştir. Aktif çamur sisteminin modifikasyonları olan ozonlama ile bileşik aktif çamur prosesi ve OSA prosesi kullanılmış; bu sistemlerin oluşan çamur miktarının azaltılması üzerine etkileri araştırılmıştır. Çalışmanın ilk aşamasında, Box-Behnken istatistiksel deney tasarım yöntemi kullanılmıştır. Optimum hidrolik alıkonma süresi 25 saat, çamur yaşı 25 gün ve giriş suyu besleme konsatrasyonu 400 mg/L olarak belirlenmiştir. Optimum işletme koşulları belirlendikten sonra, iki sistem bu optimum şartlar altında paralel olarak 45 gün boyunca kararlı hal koşullarına ulaşılana kadar işletilmiş ve sistemlerin çıkış suyu kalitesi ile çamur özellikleri izlenmiştir. Aktif çamur proseslerinden birine ozonlama ünitesinin ilavesi ile gerçekleşecek ozonlama ile birleşik aktif çamur prosesi modifikasyonundan önce optimum ozon dozunu belirlemek ve kararlı hal koşullarına ulaşıldığında dezentegre edilmiş çamurun biyolojik olarak parçalanabilirliğini araştırmak üzere kesikli deneyler yapılmıştır. Daha yüksek ozon dozları dezentegrasyon derecesini çok az arttırdığından; % 56.2 dezentegrasyon derecesine göre optimum ozon dozu olarak 0.05 gO3/gTS belirlenmiştir. Ozon dozu optimizasyon çalışmasından sonra, aşırı çamur üretiminin azaltılması üzerine geri devir çamurunun kısmi ozonlamasının etkisi iki aşamada araştırılmıştır. Ozonlamanın ilk aşamasında, bir ay boyunca her gün geri devir çamurunun % 10'u (0.1 QR) optimum ozon dozu ile ozonlanmış ve havalandırma tankına geri devir olarak döndürülmüştür. Ozonlama ile birleşik aktif çamur prosesinde aşırı çamur çekilmemiştir. Diğer aktif çamur prosesi modifiye edilmeden bırakılmış ve optimum işletim koşullarında kontrol sistemi olarak işletilmiştir. Çamur yaşına bağlı olarak sistemden her gün çamur çekilmiştir. Sonuçlara göre çamur veriminde % 43 azalma sağlanmıştır. İşletim sonunda ozon sisteminde kontrol sistemine göre çamur üretiminde % 56 azalma gözlenmiştir. Ozon sisreminde, çıkış suyu kalitesi KOİ ve azot giderim verimine göre biraz zayıflamıştır. ÇHİ ile temseil edilen çamurun çökelme özelliği ozon adımında gelişmiştir. Ozon sistemindeki kontrol sisteminden daha yüksek KES değerleri daha düşük su verme özelliği taşıdığını göstermektedir. SRF dğerlerine göre, ozon sisteminde çamurun filtrelenebilme özelliği kontrol sisteminden daha düşüktür. Ozonlamanın ikinci aşamasında, geri devir çamurun % 20'sine tekabül eden 800 mL çamur optimum ozon dozu ile ozonlanmıştır. Ozonlu reaktörden deneysel olarak işletim boyunca çamur çekilmemiştir. Kontrol ve ozon sistemlerinin sonuçları, çamur azaltımı göz önünde bulundurularak değerlendirilmiştir. Ayrıca, ozonlanmış sistemin havalandırma tankından ve kontrol sisteminin reaktöründen gelen çamurun özellikleri araştırılmış ve karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiştir. Ozonlanmış sistemde işletim süresince çamur üretiminde % 73 azalma elde edilmiştir. İşletim sonunda, ozon sisteminde kontrol sistemine gore bir karşılaştırma yapıldığında ise % 62 çamur verimi azalması gözlenmiştir. Ozonlama sisteminde, KOİ ve azot giderim verimi dikkate alındığında çıkış suyu kalitesinin biraz zayıfladığı görülmüştür. Ozon adımında, ÇHİ ile temsil edilen çamurun çökelme özelliği gelişmiştir. Ozon sisteminde kontrol sisteminden daha yüksek KES değerleri görülmesi daha düşük su verme özelliği taşıdığını göstermektedir. SRF dğerlerine göre, ozon sisteminde çamurun filtrelenebilme özelliği kontrol sisteminden daha düşüktür. Ozonlama ile birleşik aktif çamur uygulanmasından sonra, sistemlerden birisi anoksik bir tank ilave edip OSA sistemini oluşturmak suretiyle modifiye edilmiştir. Diğer sistem kontrol sistem olarak modifiye edilmeden kalmıştır. OSA sisteminin geri devir çamurunda anaerobik şartları sağlamak üzere her gün kısa süreli olarak azot gazı uygulanarak düşük ORP seviyeleri sağlanmıştır. OSA ve kontrol sistemi 45 gün boyunca işletilmiştir. Çamur üretimindeki azalma ve çıkış suyu kalitesi değerlendirilmiştir. Sürekli işletim tamamlandıktan sonra OSA prosesindeki çamur azaltma mekanizmalarını araştırmak üzere kesikli deneyler yürütülmüştür. OSA sisteminde, işletim boyunca çamur üretiminde % 62 azalma elde edilmiştir. OSA sisteminde aynı zamanda işletim periyodu sonunda kontrol sistemi ile karşılaştırıldığı zaman çamur üretiminde % 58 azalma elde edilmiştir. OSA sistemindeki NH4-N giderim verimi işletim boyunca kontrol sisteminden daha düşüktür. OSA sistemindeki çamurun çökebilirliği ÇHİ'ne göre kontrol sisteminden daha iyidir. Uzun dönem işletim boyunca kontrol sisteminde OSA sistemine göre daha yüksek KES değerleri gözlenmiştir. Bu durumda, OSA sisteminin filtrelenebilirliği arttırdığını söylemek mümkündür. OSA sisteminde çamur bozunma teorisini araştırmak için OSA ve kontrol sisteminin havalandırma tankından alınan çamur ile iki kesikli deney yürütülmüştür. İlk kesikli deneyin amacı, çamurun anaerobik reaksiyon süresi, çamur lizizi ve verimi arasındaki ilişkiyi araştırmaktır. Çamur bozunmasının neden olduğu çamur verimindeki azalma kontrol sistemine göre birinci kesikli deney aşaması için % 40 olarak bulunmuştur. İkinci kesikli deneyde, enerji ayırma teorisinin araştırılması amaçlanmıştır. İkinci kesikli deneyde, OSA sisteminde enerji ayırma mekanizmasının neden olduğu çamur azalması kontrol sisteminde göre % 5'tir. Bu tez kapsamında, aktif çamurun modifikasyonu olarak çamur azaltma teknikleri karşılaştırıldığında, işletim periyodu boyunca 0 .2QR'nin ozonlandığı aktif çamur prosesi; 0 .1QR'nin ozonlandığı aktif çamur sisteminden ve OSA sisteminden daha iyi Yobs azalma verimi göstermiştir. KOİ ve azot giderim kapasitelerine göre kontrol sistemlerinin çıkış suyu kaliteleri de daha iyidir. Bununla birlikte, modifiye sistemlerin çıkış suyu kaliteleri tatmin edici düzeydedir. Çamur minimizasyon tekniklerinin uygulanmasından sonra aktif çamurun özellikleri çoğu parametre bazında az da olsa değişmiştir. Sonuç olarak, hücre lizizi ve kriptik büyüme mekanizmasına dayanan aktif çamur prosesine entegre edilmiş ozonlama tekniği, aşırı çamur üretiminin azaltılması için uygulanabilir etkili bir yöntemdir. Ayrıca özellikle çamur bozunma ve enerji ayırma metabolizmasına dayanan OSA prosesinin çamur azalması için kullanılan basit ve etkili bir metot olduğu ortaya çıkmıştır.