Evsel organik katı atıklar ve arıtma tesisi çamurlarının birlikte anaerobik arıtımının modellenmesi

Bu çalışmada, evsel organik katı atıkların modellenmesinde kullanılacak olan Anaerobik Bozunma Modeli No. l'in bu tür atıkların modellenmesine uygunluğunun tespit edilmesi ve tesis bazlı modelleme yaklaşımıyla Aktif Çamur Modeli No. l (ASM1) - Anaerobik Bozunma Modeli No. l (ADM1) arayüzünün evsel organik katı atık ve atik aktif çamurun birlikte artımı kapsamında uygulanması amaçlanmıştır. ASM1, aktif çamur sitemlerini temsil etmek için kullanılan en yaygın modeldir. Biyolojik fosfor gideriminin düşünülmediği durumlarda temel model olarak kabul edilebilir. ADM1 ise henüz yeni bir model olmasına rağmen anaerobik sistemlerin modellenmesinde genel model olarak kabul görmektedir. ADM1 genel kullanıma hitab etmesi nedeniyle; atık çamur arıtımından, endüstriyel ve evsel atıksuların anaerobik arıtımına kadar çok farklı atık türlerinde başarıyla uygulanabilmektedir. EOKA'nın atıksu arıtma tesisi çamurlarıyla birlikte anaerobik arıtımının modellenmesi çalışmaları tesis bazlı modelleme yaklaşımı içerisinde ele alınmıştır. Bu bağlamda, ASM1-ADM 1 arayüzü uygulanarak iki modelin entegrasyonu sağlanmıştır. Bütün simulasyon çalışmaları diferansiyel denklem takımlarım çözmek için kullanılabilen Aquasim 2.1b bilgisayar programı üzerinde yürütülmüştür. ADM1 modelinin başarılı bir şekilde uygulanabilmesi için, giriş atığının bileşiminin iyi belirlenmesi gerekmektedir. Giriş atığının KOİ fraksiyonlarının model sonuçlan üzerinde büyük etkisi vardır. Bu çalışmada, EOKA için ADMl'e uygun giriş KOİ bileşenlerinin belirlenmesinde literatürden yararlanılmıştır. Bu amaçla, evsel organik katı atıkların anaerobik arıtımı ile ilgili mevcut literatür incelenmiş ve ADM1 modelinin uygulanabileceği uygun bir veri seti seçilmiştir. EOKA'nın anaerobik arıtımının modellenmesinde ADM1 modelinin kullanılabilirliğinin tespit edilebilmesi için, seçilen verinin hem giriş hem de çıkış karakterizasyonunun ADM1 ile uyumlu olması gerekmektedir. Evsel organik katı atıkların termofilik anaerobik artımının modellenmesi çalışmalarında ADMl'in termofilik çamur çürütümü için önerilen parametre seti kullanılmıştır. Kalibrasyon çalışmaları literatürden alman çalışmanın çıkış KOİtop ve toplam gaz debisi ölçümlerine göre yapılmıştır. Mekanik olarak ayırılmış evsel organik katı atıkların ADM1 ile modellenmesi sonucu simulasyon sonuçlarının literatürden alman verilere daha yalan sonuçlar verilebilmesi için, bazı parametrelerin kalibre edilmesi gerekmiştir. ADM1 modeli kaynağında ayrılmış ve mekanik olarak ayrılmış evsel organik katı atıkların termofilik anaerobik arıtımına uygulanmış ve literatürle uyumlu sonuçlar elde edilmiştir. Simulasyon sonuçlan ile literatür değerleri arasındaki uyumun arttırılabilmesi için, her iki atık türünün içerisindeki KOİ bileşenlerinin tam olarak belirlenmesi gerekmektedir. Model sonuçlan ile gerçek veriler arasındaki uyumun artması için evsel organik katı atıkların, ADM1 ile uyumlu KOİ bileşenlerini mutlaka deneysel çalışmalarla belirlenmelidir. ADM1 modeli yapısall olarak katı atıkların anaerobik modellenmesi çalışmalarına uygundur fakat bu tür atıklara özgü parametre setlerinin deneysel çalışmalarla belirlenmesi gereklidir. Modelleme çalışmalarında tesis bazlı modelleme kapsamında uygulanacak olan ASM1-ADM 1 arayüzü ile önceden belirlenen bir arıtma tesisinin simülasyonları gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla, önde denitrifikasyon yapan ve atık aktif çamur ile kaynağında ayrılmış evsel organik katı atığın birlikte anaerobik olarak çürütüldüğü bir evsel atıksu arıtma tesisi akım şeması belirlenmiştir. Çalışmanın bu safhasının amacı uygulanan ASM1-ADM 1 arayüzünün sistematik bir incelemesini yapmak, eksik ve belirsiz noktalarım ortaya koymak ve birlikte artımın faydalarını modelleme yaklaşımı içerisinde değerlendirmektir. Çalışma esnasında, ASM1 ve ADMl'in birleştirilmesinde kullanılan arayüzde bazı belirsizlikler saptanmıştır. ASM1 ve ADM1 modelinin bir arayüz yardımı ile birleştirilmesi çalışmalarında özellikle arayüzden çıkan durum değişkenlerinin gerçek tesisteki çamuru ne ölçüde temsil edici olduğu tespit edilmelidir. Anaerobik reaktörün başarılı bir şekilde modellenebilmesi için aerobik reaktörden çıkan çamur ile arayüzden çıkan çamur mutlaka benzer karakterde olmalıdır. Bu çalışma kapsamında, Kayseri Büyükşehir Belediyesi Su ve Kanalizasyon İdaresine ait Atıksu Arıtma Tesisinin anaerobik çamur çürütücüsünün Ekim-Aralık 2005 dönemindeki performansı ADM1 ile modellenmiştir. İncelenen tesiste birincil çamur anaerobik şartlarda çürütülmektedir. ADM1 simülasyon sonuçlarının deneysel olarak ölçülen verilerle uyumunun sağlanabilmesi için modelde kullanılan parametreler kalibre ediliştir. Kalibre edilen parametrelerinin uygunluğunun incelenmesi ve kalibre edilmiş ADM1 modelinin dinamik yüklemeler altındaki tepkilerinin tespit edilebilmesi için model doğrulama çalışmaları yürütülmüştür. ADM1 modelinin dinamik yüklemeler altoda reaktörün incelenen parametreleri ile ilgili hesaplamaları tesiste ölçülen ve hesaplanan verilerle oldukça uyumlu bulunmuştur. Birçok parametre için model sonuçlan ve gerçek veriler arasındaki mutlak rölatif hata %10'un altoda kalmaktadır. KA-EOKA ve atık aktif çamurun birlikte arıtımı ile ilgili yürütülen modelleme çalışmalarında birlikte arıtımın tesisin biyogaz potansiyelim oldukça arttırdığı saptanmıştır. Düşük KOİ yüküyle çalıştırılan anaerobik çürütücülerde birlikte arıtım metoduyla hem tesisin biyogaz potansiyeli arttırılabilir hem de katı atık gibi önemli bir atık büyük yatırımlara gerek kalmadan mevcut tesislerde bertaraf edilebilir. Bu kapsamda birlikte arıtımın modellenmesi çalışmaları birlikte arıtım yaklaşımının fizibilitesinin ortaya konması bakımından büyük önem teşkil etmektedir. m