The Role of dewaterability measures on the liquid-solid separation of biological sludges: Compactibility as a new measure of sludge dewaterability

Abstract

ÖZET Atıksu antma tesisi çamurlarının susuzlaştınlabilmesi değerlendirilirken pek çok yöntem kullanılmasına karşın, en yaygın metot spesifik filtrasyon direnci (SRF) ve kapilar emme zamanı (CST) gibi parametrelerin ölçümü ile çamurun filtre edilebilirliğinin saptanmasıdır. Bu parametreler akışkanın gözenekli bir ortam boyunca hareketine dayanır ve filtre edilebilirliğin iyi birer göstergesidir. Yüksek SRF ve CST değerlerine sahip bir çamur genellikle `zor susuzlaştınlabilir` olarak değerlendirilir. Ancak, kompakt edilebilirlik gibi alternatif bir ölçüt kullanıldığında çamurun susuzlaştınlabilmesi göreceli olarak yükselecektir. Bu çalışmada kompakt edilebilirlik, biyolojik çamurların susuzlaştınlabilmesi değerlendirilirken yeni bir ölçüt olarak sunulmuştur. Çamur numunelerinin susuzlaştırma karakteristikleri homojenizasyon, ısıl antım ve ultrasonikasyon gibi tekniklerle değiştirilmiştir. Uygulanan teknikler çamur numunelerinin filtre edilebilirliğini kötüleştirmiştir. Homojenizasyon, ısıl arıtım ve ultrasonikasyon flok yapısının bütünlüğünü bozmuş ve ekzoselülar polimerlerin serbest kalmasına sebep olmuştur. Flok yapısı ve mikroorganizma hücreleri içerisinde tutulmuş olan su fraksiyonunun serbest kalması çamur içerisindeki mevcut su dağılımım değiştirmiştir. Hücre dağıtımı ve çamurun filtre edilebilirliği arasmda bir ters orantı olduğu görülmektedir. Diğer taraftan, kek katı konsantrasyonu cinsinden çamurun kompakt edilebilirliği hücre dağıtım teloıiklerinin uygulanmasıyla ilerlemiştir. Bu çalışma; SRF, CST ve kek katı konsantrasyonu cinsinden çamurun kompakt edilebilirliği gibi özelliklerin tümünün bir bütün olarak değerlendirilmesinin, arıtma çamurlarının susuzlaştırılabilmesi belirlenirken uygulanacak en doğru yol olduğunu ortaya koyar. Yüksek SRF ve CST değerleri her zaman çamurun susuzlaştırılabilmesinin kötü olduğu anlamına gelmez. Bu parametreler yalnızca çamurun filtre edilebilirliğinin düşük olduğunun göstergesidir. Eğer bir çamur numunesinin filtre edilebilirliği düşükken çamur yüksek kompakt edilebilirlik özelliğine sahipse, santrifüjleme en uygun susuzlaştırma yöntemi olarak düşünülebilir.

rv ABSTRACT There are different ways to characterize the dewaterability of sludges. The most common method to evaluate the dewaterability of sludges is to determine their filterability by measuring specific resistance to filtration (SRF) and capillary suction time (CST). The measurement of these parameters is based on the flow through a porous medium. They are good indicators of the filterability. A sludge sample that has high SRF and CST values is usually referred as difficult to dewater. However, if an alternative measure like sludge compactibility indicating the particle packing characteristics of the sludge is used, the dewaterability of the sludge would be relatively high. In this research, compactibility is introduced as a new method to investigate the dewaterability of biological sludges. The dewatering characteristics of the sludge samples are changed by the use of cell disruption methods including homogenization, heat treatment and ultrasonication. The filterability of the sludges deteriorated in all disintegration methods (high SRF and CST data). Cell disruption led to decrease in integrity of the floe structure and release of exocellular polymers. It also changed the water distribution of the sludge samples by releasing considerable amount of interstitial water trapped inside the sludge microorganisms and within the floe structure. There appears to be an inverse relationship between the filterability of sludges and degree of cell disintegration. However, compactibility of sludges in terms of cake solids concentration and cake volume improved with the application of cell disintegration methods. The results of this study reveal that the compactibility, in terms of solid content of compacted sludge, should be measured together with SRF and CST to find the most proper dewatering method for the sludges. High SRF and CST values may not necessarily indicate that the sludge sample is difficult to dewater, instead, they show poor filterability of the sludge. If the sludge compactibility is high, dewatering could be more feasible by means of centrifugation rather than filtration.