Investigation of thermogravimetric properties of different treatment plant sludges

Su ve atıksu arıtma tesislerinde yan ürün olarak elde edilen arıtma çamuru miktarı, nüfusun ve buna bağlı olarak tüketimin artmasıyla birlikte günden güne artış göstermektedir. Arıtma çamurunun atık olarak değil, bir enerji kaynağı olarak kullanımına gösterilen ilgi son yıllarda artmıştır. Çünkü arıtma çamuru önemli bir biyokütle kaynağıdır ve sahip olduğu yüksek organik madde sayesinde çok büyük bir enerji potansiyeline sahiptir. Termal yöntemler kullanılarak arıtma çamurunun enerji geri kazanımında kullanılması son yıllarda çok büyük önem kazanmıştır. Özellikle fosil yakıtların tükenmesi ve bunların kullanımından kaynaklı büyük çevre sorunlarının meydana gelmesi, arıtma çamurunun fosil yakıtlara alternatif bir enerji kaynağı olarak değerlendirilmesinde etken olmuştur. Termogravimetrik analiz, numunelerin sıcaklığa ve zamana bağlı olarak kütle kaybı profilini ortaya çıkararak, arıtma çamuru örneklerinin termal yöntemler altındaki davranışlarını belirlemektedir. Her arıtma çamurunun kendine özgü bir yanma profili vardır ve termogravimetrik analiz sayesinde bu profil belirlenmektedir. Bu tezde Perkin-Elmer TGA 4000 cihazı kullanılarak 4 farklı tesisten alınan arıtma çamuru numunelerinin termogravimetrik analizleri yapılmıştır. Deneysel çalışmalar, İzmir ve çevresinde bulunan atıksu arıtma tesislerinden alınan susuzlaştırılmış kentsel arıtma çamuru, evsel arıtma çamuru, gıda endüstrisi çamuru ve deri endüstrisi çamuru ile yapılmıştır. Alınan çamurlar; çamur keki ve kurutulmuş-peletlenmiş olarak 2 şekilde temin edilmiştir. Çamur keklerinin kurutulmuş halde analizlerinin yapılması için bu çamurlar yaklaşık 40 oC sıcaklıkta kurutulmuştur. Çamur örnekleri üzerinde önce karakterizasyon çalışmaları tamamlanmış;daha sonra termogravimetrik analizler yapılmıştır. Termogravimetrik analizde inert gaz olarak Azot kullanılmıştır. Ayrıca 10 C/dk ve 20 C/dk olmak üzere 2 farklı sistem ısıtma hızı uygulanmıştır. Kentsel çamurun termogravimetrik analizinde TiO2 ve CaO olmak üzere 2 tür nanopartikül madde kullanılmıştır. Bu nanopartikül maddeler çamurun içine ağırlıkça %5 ve %10 olacak şekilde karıştırılarak TGA uygulanmıştır. Bu tez çalışmasında, termogravimetrik analiz yöntemi detaylı olarak araştırılmış olup, TGA sonuçları değerlendirilerek, arıtma çamurlarının yanma davranışları belirlenmiştir. Yapılan karakterizasyon çalışmalarında organik madde miktarı, kentsel arıtma çamuru keki, evsel arıtma çamuru keki, gıda endüstrisi çamuru keki ve deri endüstrisi çamuru keklerinde sırasıyla yüzde 59, yüzde 50, yüzde 80, yüzde 57 bulunmuştur. Ayrıca aynı çamurların kurumuş örneklerindeki uçucu madde miktarları sırasıyla yüzde 38, yüzde 38, yüzde 57, yüzde 55 olarak bulunmuştur. Yapılan pH analizlerinde numunelerin pH değerleri nötral seviyelerde bulunmuştur. TGA çalışması sonucu elde edilen termogramlar incelendiğinde genel olarak çamur örneklerinin belirgin bir şekilde kütle kaybına maruz kaldığı üç farklı bölge tespit edilmiştir. Birinci bölge genel olarak 200 C'ye kadar çamurdaki nemin uzaklaştığı nem kaybı bölgesi, ikinci bölge, birinci bölgenin bitişinden itibaren yaklaşık olarak 600 C'ye kadar ve çamur içerisinde bulunan organik kısımın gaz fazına geçip yandığı bölge ve son olarak genellikle 700- 800 C'ye kadar numunedeki sabit karbonun yandığı ve kütle kayıp hızının sabit kaldığı kısımdan sonra gelen üçüncü bölge belirlenmiştir. Bu tez çalışması TÜBİTAK-ÇAYDAG tarafından desteklenen 113Y 166 nolu 'Arıtma Çamurlarının Gazlaştırma Potansiyelinin Araştırılması' araştırma projesi kapsamında yapılmıştır.