Birincil ve ikincil arıtma çamurlarının üst mezofilik sıcaklıkta ayrı anaerobik çürütme potansiyeli ve stabilize çamur kalitesinin araştırılması

Abstract

Bu tez çalışmasının ana amacı, atıksu arıtma tesislerinde (AAT) yaygın olarak kullanılan konvansiyonel anaerobik çamur çürütme prosesine yönelik iyi performans, etkili, verimli ve daha iyi kalitede stabilize çıkış çamurunun eldesi için uygun bir modelin önerilmesidir. Bu amaca yönelik üst mezofilik sıcaklıkta (40℃) ayrık sistem ve birleşik sistem anaerobik çürütücülerde artan organik yükleme hızı (OYH) değerlerinde çalışmalar yürütülerek optimum metan dönüşümü, hidrolik bekletme süresi (HBS) ve stabilize çamur kalitesi performans parametreleri incelenmiştir. Bu yüksek lisans tez çalışması kapsamında mevcut durumda işletilmekte olan AAT'nin birincil (ön çöktürme çamuru (ÖÇÇ)), ikincil (fazla biyolojik çamur (FBÇ)) ve karışık çamur (KÇ) fraksiyonları ile karşılaştırmalı olarak yarı-sürekli reaktörler kurulmuş ve beş farklı OYH değerinde sırasıyla; 1.5-3, 0.4-1.3 ve 0.82-2.28 kg UKM/m3gün aralığında işletilmiştir. Reaktörlerde maksimum günlük metan oluşumu ÖÇÇ, FBÇ ve KÇ için sırasıyla; 1200±200, 580±110 ve 1150±225 mL/gün olarak gerçekleşmiştir. Optimum OYH'ı birincil, ikincil ve KÇ için sırasıyla 1.65, 0.7 ve 1.1 kg UKM/m3.gün olarak belirlenmiştir. Uçucu katı madde (UKM) giderimi sırasıyla; %63±2, 32±5 ve 48±5 seviyelerinde meydana gelmiştir. Metan dönüşümü sırasıyla; 500±80, 700±30 ve 700± 50 mL CH4/g UKMekl.gün olarak oluşmuştur. Bunların yanı sıra optimum HBS süresi sırasıyla; 20, 8 ve 18 gün olarak bulunmuştur. Her OYH'nin son aşamasında FeCl3 ilavesi yapılmış, çözünürleşmeye katkısı elde edilmiş fakat toplam çözünmüş sülfür (TÇS) üzerinde etkisiz kalmıştır. Her üç reaktörün pH değerleri 7-8.5 aralığında gerçekleşmiştir. Susuzlaşma değeri azalan sırada stabilize ikincil, KÇ ve birincil çamur olarak elde edilmiştir. Stabilize çamurların nütrient içeriği birincil, ikincil ve KÇ için toplam katı madde (TKM) bazında sırasıyla toplam fosfor (TP); 18, 50 ve 22 mg/g TKM, aynı şekilde toplam azot (TN); 60, 200 ve 70 mg/g TKM olarak ölçülmüştür. Her üç sistemde stabilize çamurun yağ-gres (YG) içeriği 0.056-0.223 %YG/TKM aralığında ölçülmüştür. Ayrık sistemin daha düşük hacimde daha yüksek metan dönüşümü sağlama potansiyeli ortaya konmuştur.Anahtar Kelimeler: Anaerobik, Metan, Biyokütle, Çürütme, Arıtma çamuru, Üst mezofilik.

The main purpose of the study was to propose a suitable model for conventional anaerobic sludge digestion process at a higher performance and better quality of stabilized sludge in wastewater treatment plants (WWTPs). Upper mesophilic temperature (40℃) and separate system were investigated against combined system at increasing organic loading rate (OLR) values in paralel lab-scale semi-continuous reactors fed with primary sludge (PS), secondary sludge (SS) and mixed sludge (MS) to determine optimum methane conversion, volatile solid (VS) removal, hydraulic retention time (HRT) and stabilized sludge quality. OLR was applied for PS, SS and MS, respectively, at 1.5-3, 0.4-1.3 and 0.82-2.28 kg VS/m3 day. The maximum daily methane formation in the reactors was 1200±200, 580±110 and 1150±225 mL/day for PS, SS and MS, respectively, with methane conversion rates at 500±80, 700±30 and 700±50 mL CH4/g VSadded.d. VS removal were obtained at 63±2, 32±5 and 48±5% during PS, SS and MS digestion, respectively, at optimum hydraulic retention time (HRT) values determined as 20, 8 and 18 d. The pH values of all three reactors were in the range of 7-8.5. In the final stage of each OLR, FeCl3 was supplemented where neutral and promotive effects were obtained on total dissolved sulfide (TDS) concentration and VS solubilization, respectively. As the final sludge quality, the highest and lowest filtering ability was obtained for SS and PS, respectively. Similarly, the nutrient content of the stabilized sludge fractions occurred at the highest level for stabilized SS as total P (TP) at 18, 50 and 22 mg/g TS and total N (TN) 60, 200 and 70 mg/g TS for stabilized PS, SS and MS, respectively. The oil and grease (OG) content reached the highest level for stabilized SS whereas a range of 0.056-0.223 % OG/TS. Potential for higher methane yield and lower reactor volume was presented with separate sludge digestion model.Keywords: Anaerobic, Methane, Biomass, Digestion, Sewage sludge, Upper mesophilic.