Effects of ultrasound pretreatment and anaerobic digestion on the energy potential of sludge

Abstract

tıksu arıtımının yan ürünü olan çamurdan dünyanın her yerinde günde tonlarca üretilmektedir. Avrupa Birliği uyum sürecinde Türkiye'nin çevre mevzuatı katılaşırken, eskiden yaygın olarak başvurulan çamur bertaraf metodu olan düzenli depolama, bundan sonra uygulanamayacaktır. Bu sebeple, kurutulmuş çamurun, ek kazanç oluşturan, toprakta kullanım veya yakma gibi metotlarla değerlendirilmesi beklenmektedir. Yakma işleminde çamurun enerji potansiyelinden yararlanıldığı için, daha faydalı olduğu düşünülebilir. Ancak, çamurun enerji potansiyelini değerlendiren tek yol yakma değildir; anaerobik çürütme işleminde de biyogaz formunda enerji üretilir. Anaerobik çürütmenin çamurun kalorifik değerini düşürdüğü bilinse de, bu etki tam olarak araştırılmamıştır. Bu yüzden, bu çalışmanın amacı, anaerobik çürütmenin (ultrasonla parçalamayla birlikte veya değil) çamurun kalorifik değeri üzerindeki ektisini ortaya koymaktır. Ek olarak, bu çalışmada, çamurdan elde edilebilecek toplam enerjiyi maksimize edecek strateji de araştırılmıştır. Ultrasonlama düzeyinin 10 dakika olarak belirlendiği öncül deneyleri takiben, 2.5 L aktif hacimli, daha büyük kesikli anaerobik reaktörler kullanılarak çürüme sırasında çamurun yakıt özelliklerindeki değişim takip edilmiştir. Sonuçlar, çKOİ miktarında %340, biyogaz üretiminde %15, ve metan üretiminde %32 artış göstermektedir. Deneylerden elde edilen veriler kullanılarak yapılan enerji analizine göre, çamurdan elde edilen enerji miktarını maksimize eden yöntem, çamur yoğunlaştırma, susuzlaştırma, termal kurutma ve yakma proseslerinin kombinasyonudur. Bu senaryoya anaerobik çürütme ve ultrasonlama eklendiğinde, toplam enerji miktarı azalmaktadır.

The by-product of wastewater treatment, sludge, is generated in tons everyday all around the world. As environmental regulations in Turkey are becoming stricter during the European Union adaptation period, the previously wide-spread disposal method of landfilling the sludge will not be applicable. Instead, dried sludge is expected to be used in revenue generating methods like land application or combustion. Combustion can be thought of as more beneficial as it uses sludge as an energy source. However, it is not the only way to exploit the energy potential of sludge; anaerobic digestion also provides energy as biogas. While it is known that anaerobic digestion reduces the calorific value of the sludge, this effect is not yet fully investigated. Thus, the primary purpose of this study was to determine the effect of anaerobic digestion (with or without sonication pretreatment) on the calorific value of sludge. Additionally the study investigates the optimal sludge management strategy that maximizes the energy gain. After the inital experiments that determined the sonication duration as 10 minutes, anaerobic batch reactors with 2.5 L active volumes were used to track the changes in the fuel properties of sludge during digestion. Results showed that sonication provided a 340% increase in sCOD, a 15% increase in biogas production and a 32% increase in methane production. Using the data from the experiments, the energy analysis showed that the optimal method is the combination of thickening, dewatering, thermal drying and combustion. Adding digestion and ultrasound pretreatment to this scenario reduces the overall gain.