Evsel arıtma çamur fraksiyonlarında yağ-gres ve lipid maddelerinin anaerobik stabilizasyonda giderim potansiyeli ve susuzlaşmaya etkisinin araştırılması

Abstract

Tez çalıĢmasında kentsel atıksu arıtma tesislerinde (AAT) oluĢan birincil (BÇ) ve ikincil çamur(ĠÇ) fraksiyonlarının ayrı anaerobik stabilizasyonu, laboratuvar ölçekli yarı-kesikli anaerobik reaktörlerde mezofilik sıcaklıkta (35 oC) farklı yükleme hızlarında çalıĢılmıĢtır. Her çamur tipi için uygulanan iĢletme koĢullarında biyogaz üretimi, uçucu katı madde (UKM) ve giderimi, alkalinite/uçucu yağ asitleri (UYA) dengesi, sülfür (H2S) etkisi ve kontrol stratejisi ile stabilize çıkıĢ çamurunda yağ-gres miktarı ve susuzlaĢma özelliği incelenmiĢtir. BÇ ve ĠÇ fraksiyonlarının karıĢımı mevcut AAT sistemi çamur hattı ve ana hat biyolojik arıtım prosesinde problemlere yol açmaktadır. ÇalıĢma kapsamında kentsel arıtma çamurlarının 35 oC‟de ayrı anaerobik stabilizasyonu modelinin uygulanabilirliği, avantajları ve dezavantajları belirlenmiĢtir. BÇ ve ĠÇ için sırasıyla 0,57-2,05 ve 0,27-0,57 kg UKM/m3.gün aralıklarında yükleme hızları uygulanmıĢtır. Metan dönüĢüm oranı BÇ ve ĠÇ için sırasıyla 150-700 ve 100-990 mL/g UKMeklenen aralıklarında gerçekleĢmiĢtir. BÇ stabilizasyonunda artan yükleme ile oluĢan toksik etkiler demir klorür ilavesi ile kontrol edilmeye çalıĢılmıĢtır. BÇ için 1.3 kg UKM/m3.gün yüklemeye kadar artan yükleme ile metan dönüĢüm oranında artıĢ, UKM gideriminde %50-65 ortalama giderim ve susuzlaĢma özelliğinde düĢüĢ, ĠÇ için 0,44 kg UKM/m3.gün yüklemeye kadar artan yükleme ile metandönüĢüm oranında artıĢ, UKM gideriminde %40-50 ortalama giderim ve susuzlaĢma kabiliyetindesabitlenme elde edilmiĢtir. Her iki çamur fraksiyonu için ayrı stabilizasyon modelinde BÇ ve ĠÇ içinoptimum yükleme değerleri sırasıyla 1,1-1,3 ve 0,4-0,44 kg UKM/m3.gün olarak belirlenmiĢtir. Stabilizeçamurda yağ gres miktarı %UKM olarak; BÇ ve ĠÇ için sırasıyla % 0,30-0,65 ve % 0,84-1,5 seviyesindegerçekleĢirken çamur susuzlaĢmaya etki belirlenmemiĢtir. Stabilize çamur numulerinde N içeriği BÇ veĠÇ için sırasıyla 56,5-84 ve 120-177 mg N/g aralığında elde edilmiĢtir. P için sırasıyla 12-20 ve 30-56 mg P/g değerleri elde edilmiĢtir. Sonuçlar değerlendirildiğinde, ayrı çamur stabilizasyonunun özellikle ĠÇ için mevcut sisteme göre daha düĢük bekletme süresi/reaktör hacmi ve daha yüksek susuzlaĢma özelliğigibi faydalar sağlayacağı belirlenmiĢtir. BÇ çürütücüsünde artan yükleme hızı sonucunda prosesperformansı olumsuz etkilenmiĢtir, ayrıca yüksek yüklemelerde hidroliz hızının aĢıldığı reaktörde UKMakümülasyonu ile gözlenmiĢtir fakat demir klorür ilavesi ile metan üretiminin arttırılması mümkünolmuĢtur.Anahtar Kelimeler: Arıtma çamurları, anaerobik, birincil, ikincil, iĢletim, metan,susuzlaĢma.

In this thesis, anaerobic stabilization of primary (PS) and secondary (SS) sludge fractions inmunicipal wastewater treatment plants (WWTP) was studied at different loading rates at mesophilictemperature (35 ° C) in laboratory-scale semi-batch anaerobic reactors. The operational performance wasmonitored with methane production, volatile solids (VS) concentration and removal, alkalinity/volatilefatty acids (VFA), toxicity (H2S) and control strategy and final stabilized sludge quality with oil andgrease content and dewaterability. In the present WWTP system, PS and SS are mixed and pumped to theanaerobic digesters at variable volumes. Mixing of sludge fractions leads to problems in the sludge lineand biological treatment process. The feasibility, advantages and disadvantages of the separate anaerobic stabilization of PS and SS were investigated. VS loading rates of 0.57-2.05 and 0.27-0.57 kg VS/m3.d were applied for PS and SS, respectively. The methane conversion rate was 150-700 mL/VSadded for PS and 100-990 mL/VSadded for SS. The toxic effects caused by increased loading in PS stabilization werecontrolled by iron chloride addition. Methane conversion rate increased with increasing loading up to 1.3 kg VS/m3.d for PS, 50-65% VS removal and dewatering decreased. For SS, methane conversion rateincreased with increasing loading up to 0.44 kg VS/m3.d, 40-50% VS removal and stabilized dewateringcapacity.The optimum loading values for PS and SS in the separate stabilization model were determinedas1.1-1.3 and 0.4-0.44 kg VS/m3.d, respectively. Oil and grease content as % of VS for stabilized sludgewas 0.30-0.65% and 0.84-1.5% for PS and SS, respectively. In the stabilized sludge samples, N contentswere obtained in the range of 56.5-84 and 120-177 mg N/g for PS and SS, respectively. P contents of 12-20 and 30-56 mg P/g were obtained, respectively. When the results are assessed, it has been determinedthat separate sludge stabilization will provide benefits such as lower retention time/reactor volume andhigher dewatering characteristics for SS.The changes in PS content affected process performance and inthe case of high loading rate, hydrolysis rate was exceeded which was observed by the VS accumulationin the reactor, but it was possible to recover methane production by iron chloride addition.Keywords: Sewage sludge, anaerobic, primary, secondary, operation, methane, dewatering