Model based evaluation of biogas production potential of full scale wastewater treatment plant operated under low sludge retention time

Son on yılda, olumsuz çevresel etkileri kanıtlanmış olan yenilenebilir olmayan enerji kaynaklarının tükenmesi ve yeni enerji kaynaklarına olan ihtiyaç, modern toplumun enerji konusuna olan ilgisini arttırmıştır. Bu durumda biyokatı gibi yenilenebilir enerji kaynaklarının artan önemi reddedilemez bir hal almaktadır. Günümüzde önemli biyokatı kaynakları, gübre ve belediye atıksularından elde edilen çamur olarak bilinmektedir. Atıksu arıtma tesisleri bir yanda yüksek miktarda çamur üretme potansiyeline sahipken diğer yandan enerji tüketimleri oldukça fazladır. Önceki çalışmalarda belediye atıksu arıtma tesisleri için gerekli olan kapital başına enerji aralığı arıtma tesisinin büyüklüğüne ve yürüttüğü arıtma teknolojisine bağlı olaraktan 20-50 kWh/ca. year olarak bulunmuştur. Anaerobic özümleme ve/veya termo-kimyasal yakma prosesleri, atıksu arıtma tesislerinde çamurdan enerji elde etmek için uygulanan işlemlerdir. Çamur atıksu arıtma tesisleri için önemli bir enerji kaynağıdır. Dolayısıyla atıksu arıtma tesislerinde tasarım aşamasında arıtma yöntemi seçimi ve uygulama aşamasında enerji kullanımının kontrol edilmesi enerji açısından verimli atıksu arıtma tesislerinin var olmasını sağlayacaktır. Son zamanlarda, atıksu arıtma tesislerinde uygulanan metodların optimizasyonuna ve maliyetlerinin düşürülmesine tasarlanan işletme senaryolarını modelleme araçları ile test etmek mümkün hale gelmiştir. Model bazlı inceleme yaklaşımı farklı tesis yüklerinde çıkış suyu standartlarını tutturarak atıksu arıtma tesislerinde sürdürülebilir bir enerji döngüsünü yakalayabilmek için en uygun yaklaşımdır. Bu çalışmada, genel aktif çamur modeli kullanılarak Türkiye'nin en büyük atıksu arıtma tesisinin çıkış suyu kalitesi, biyokütle üretimi ve biyogaz üretim potansiyeli simulasyonu yapılmıştır. Söz konusu arıtma tesisi sadece organik karbon giderimi için tasarlanmış olup azot giderimi dahilinde sistem enerjisi üzerinde oluşacak değişiklikler incelenmiştir. Ayrıca teorik olarak belirlenen değerlerle tasarlanan çamur yakma sisteminin hem organik karbon gideren sistemde hem de organik karbon ve azotu birlikte gideren sistemde enerji geri kazanımı nasıl etkilediğine bakılmıştır. Bu yaklaşımların tümü mümkün olabilecek dört senaryo altında incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar atıksu arıtma tesisinin elektrik ve işi enerji dengeleri kurularaktan değerlendirilmiştir. Değerlendirmenin sonucunda organik karbon ve azotu birlikte gideren sistemdeki enerji tüketiminin artan oksijen ihtiyacı ve eklenen birimlerin karıştırma ihtiyacına bağlı olaraktan sadece organik karbon gideren sistemdeki enerji tüketiminden 36% fazla olduğu bulunmuştur. İlaveten önceki çalışmalarda bahsedildiği gibi konvansiyonel atıksu arıtma tesislerinin en çok enerji harcayan birimi olan havalandırma sistemlerinde yapılan iyileştirmenin tesisin elektrik enerjisi kullanımını azalttiği görülmüştür. Bu sebepten dolayı mevcut sistemde bulunan mekanik yüzey havalandırıcıları yerine, daha fazla oksijen ihtiyacı olan organik karbon ve azot giderimli sistemde ince difüzörlü havalandırıcılar kullanılmıştır. İnce difüzörlü havalandırmanın organik karbon ve azot gideren sistemin enerji ihtiyacını 30% azalttığı görülmüştür. Bununla birlikte çamur yakma sistemi her iki sistemin enerjisinin geri kazanımı açısından değerlendirilmiştir. Yapılan değerlendirme olumlu bir sonuç vermiş ve her iki tesisinde enerji geri kazanımını 60% oranında arttırmıştır.