101
[email protected] [email protected] +90 505 529 43 17 4181 Anaerobik Arıtma Sistemlerinde Proses Tasarımı 10. ve 11. Dersler ANAEROBİK ÇAMUR STABİLİZASYONU Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir http:// cevre.balikesir.edu.tr/index.php/doc-dr-ahmet-gunay-ders-notlari/anaerobik- aritma-sistemleri-proses-tasarimi / Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Balıkesir Üniversitesi Müh. Fak., Çevre Müh. Böl.

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

  • Upload
    others

  • View
    2

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

[email protected]

[email protected]

+90 505 529 43 17

4181 Anaerobik Arıtma Sistemlerinde Proses Tasarımı

10. ve 11. Dersler

ANAEROBİK ÇAMUR STABİLİZASYONU

Doç. Dr. Ahmet GÜNAYBalıkesir Üniversitesi,Mühendislik FakültesiÇevre Müh. Böl.Çağış/Balıkesir

http://cevre.balikesir.edu.tr/index.php/doc-dr-ahmet-gunay-ders-notlari/anaerobik-aritma-sistemleri-proses-tasarimi /

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 2: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

2

ANAEROBİK ÇAMUR STABİLİZASYONU

Arıtma çamurlarının bertarafıArıtma çamurlarının stabilizasyonu

Anaerobik stabilizasyonAnaerobik çamur stabilizasyonu

Anaerobik çürütücü tasarımıAktif çamur sistemlerinde çamur oluşumu

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 3: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

3

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

Anaerobik Arıtma Sistemlerinde Proses Tasarımı

10.-11. Dersler: Anaerobik çamur stabilizasyonu

DERSİN AMAÇLARI

Arıtma çamuru: Atıksu arıtma çamurlarının karakterizasyonu ve miktarı, çamur oluşumu hesabı

Çamur bertarafı: Atıksu arıtma çamurlarının anaerobik stabilizasyonu

Çamur parametreleri: TKM, SKM, UKM

Tasarım: Anaerobik çürütücülerin temel tasarım prensipleri,

Organik yük: Çürütücülerin UKM yüküne göre hacmini hesaplama,

Tasarım parametreleri: HBS, çamur yaşı,

Metan üretimi: Anaerobik çürütücülerde biyogaz ve metan üretimi,

Enerji dengesi: Anaerobik çürütücülerin enerji dengesi hesabı,

İşletme: Anaerobik çürütücülerin işletme parametreleri (Sıcaklık, UKM/TKM, UYA/Alkalinite, biyogaz)Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 4: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

4

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

ÇAMUR STABİLİZASYONU

Çamur stabilizasyonunun amacı, çamurların su ve organik madde muhtevasını azaltmaktır.

Su muhtevasını azaltmak için;

Yoğunlaştırma ya da katı madde muhtevasını artırma

Suyunu alma

Kurutma

Organik madde muhtevasını azaltmak için;

Çürütme ya da stabilizasyon

Yakma

Islak oksidasyon

İşlemleri uygulanır.

ÇAMUR BERTARAF SAFHALARI

Temel çamur bertaraf safhaları;

1. Yoğunlaştırma: Su giderme (hacmini azaltma), hacim %50 civarında azalır ve KM=%4-6 civarındadır.

2. Stabilizasyon: Organik madde-UKM giderme (kütlesini azaltma)

3. Şartlandırma: Mekanik susuzlaştırma öncesi ön işlem

4. Susuzlaştırma: Suyunu giderme (hacmini azaltma)

5. Dezenfeksiyon: Patojen mikroorganizmaları giderme

6. Nihai bertaraf: Yakma ya da araziye serme

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 5: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

5

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

Fig. A sludge treatment network.

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 6: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

6

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

Atık

çamur

Gravite ile

yoğunlaştırma

Flotasyon ile

yoğunlaştırma

Santrifüjleme

Graviteli belt

yoğunlaştırıcı

Anaerobik

çürütme

Kireçle

stabilizasyon

Isıl

işlem

Aerobik

çürütme

Yoğunlaştırma

Kimyasal

Isıl işlem

Stabilizasyon Şartlandırma

Filtre pres

Santrifüj

Termal

İşlemler

Belt filtre

Susuzlaştırma-

Kurutma

Kurutma

yatakları

Düzenli

depolama

Araziye

serme

Kompost-

laştırma

Nihai bertaraf

Solar

Kurutma

ŞEKİL: Çamur bertaraf prosesleri

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 7: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

7

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

Proses Su muhtevası Katı madde muhtevası

Borularla iletim-isale > % 85 < % 15

Kireçle stabilizasyon < % 85 > % 15

Kompostlaştırma < % 70 < % 50 < %70

Anaerobik stabilizasyon % 3-6

Trasfer/depolama Olabildiğince düşük

Sıvı çamurun araziye uygulanması

>94 <%6

Yakma < %60 (self ignition)

Depolama Olabildiğince düşük

TABLO: Farklı çamur bertaraf prosesleri kademelerinin katı madde ve su muhtevaları

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 8: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

8

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

TABLO: Çamur içerisindeki suyun dağılımı ve giderim yöntemi, Kaynak: Environmental Biotechnology p 86

Su bileşeni % Su alma

Serbest su 70-75% Yoğunlaştırma (çökeltme)

Flok içi su (absorplanmış su)

20-25%Flokların içerisine hapsolmuş su, mekanik susuzlaştırma ile ya da flokülasyonile giderilebilir.

Kapiler su 1-2%Sıkıştırma ile giderilebilir. Katı faz (floklar) içerisinde kapiler kuvvetlerle tutunur. Flokların içinde absorplanmış suya göre ayırmak için daha fazla kuvvet gerektirir.

Bağlı su 0,5-1,5%Hücre bileşenlerinin içerisindeki su, hücre duvarının parçalanması ile giderilebilir.

BİYOLOJİK ÇAMURLARDAKİ SU

Çamurlardaki su muhtevası %90’ın üzerindedir ve su gibi davranırlar. Su muhtevası %90’ın altına düştüğü (KM muhtevası>%10) zaman vizkoz bir bir sıvıdan ziyade plastik özellik gösterirler. Çamur içerisindeki su, serbest ya bağlı sudur.

Su muhtevası %95’ten fazla olduğu zaman suyun %70’ serbest sudur ve kolaylıkla ayrılır, kalan su bağlı sudur ve çamurdan ayırmak daha zordur. Suyun %20’si floklarda, %2’si kapiler sudur.

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 9: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

9

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

Fig. Schematic diagram of a sludge floc showing the association of the sludgeparticles with the available water (BIOLOGY OF WASTEWATER TREATMENT (2nd Edition), Sludge Treatment and Disposal)

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 10: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

10

Fig. Schematic diagramof a sludge floc showingthe association of thesludgeparticles with theavailable water(BIOLOGY OF WASTEWATER TREATMENT (2nd Edition), SludgeTreatment and Disposal)

1/3

1/8

20

60

90

1/2

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 11: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

11

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

Figure 12.2 Relationship between solids fraction, humidity and relative sludge volume

AC Haandel, J.G.M. van der Lubbe (2012) Handbook ofBiological Wastewater Treatment IWA Publishing, Alliance

House 12 Caxton Street, London SW1H 0QS, UK, p394

Su muhtevası KKM muhtevası Çamurun özelliği

% 100-75 % 0-25 Akışkan, sıvı çamur

% 75-65 %25-35 Yarı katı kek

% 65-40 %35-60 Sert kek

% 40-60 %60-85 Granül çamur

% 15-0 %85-100 İnce toz çamur

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 12: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

12

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

Su muhtevası KKM muhtevası Çamurun özelliği

% 100-75 % 0-25 Akışkan, sıvı çamur

% 75-65 %25-35 Yarı katı kek

% 65-40 %35-60 Sert kek

% 40-60 %60-85 Granül çamur

% 15-0 %85-100 İnce toz çamur

Katı madde (KM) muhtevası: Çamurların kompozisyonu % katı madde (KKM) cinsinden ifade edilir.

%5 KM ihtiva eden 1 kg çamur, 50 g KM+950 g su içerir.

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 13: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

13

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

ŞEKİL Farklı çamur bertaraf ünitelerinin TKM muhtevaları (Kaynak: Emanuel Idelovitch Klas Ringskog, (1997) Wastewater treatment in Latin America: old and new options, THE WORLD BANK, 1818 H Street, N.W. Washington, D.C. 20433, p 27)

Ham çamur Yoğunlaştırma Stabilizasyon Susuzlaştırma

Şartlandırma

Primer çamur

Aktif çamur

Karışık çamur

%4-8

%0,5-1,5

%3-6

%6-10

%2-3

%4-7

%8-12

%4-5

%5-10

%18-40

%15-20

%15-30

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 14: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

14

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

Over 75–80% of moisture removal occurs during the thickening stage.

Sludge thickeners include the gravity thickener, centrifugal thickener, and flotation thickener. The thickener design is mainly based on total flux method obtained in laboratory tests. The major assumptions in conventional thickener design include:

(1) bench-scale tests simulate the full-scale processes, (2) settling is a steady-state process, and (3) local floc settling velocity depends on concentration only.

Çamurun katı madde muhtevasındaki artış hacim azalması ile sonuçlanır. KM muhtevası %1 olan çamurdaki KM muhtevası %2’ye çıktığı zaman hacmi %50 azalır. Aynı çamur % 5 KM'yekadar yoğunlaştırıldığında ise, başlangıçtaki hacminin sadece % 20'sine sahip olur.

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 15: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

15

Yoğunlaştırma:

Yoğunlaştırma işleminde ulaşılan katı madde muhtevası % 15'den azdır. Bu tür çamurlar hala pompalanabilir niteliktedir ve akışkan özelliklere sahiptir. Mekanik susuzlaştırma işlemi ile ulaşılan katı madde muhtevası % 15‘ten büyüktür ve çamur katı madde gibi davranır.

ÖRNEK: Çamur yoğunlaştırıcının çamur yaşına etkisi (Kaynak: David Hendricks, (2011) Fundamentals of Water Treatment Unit Processes: Physical, Chemical, and Biological, CRC Press Taylor & Francis Group 6000 BrokenSound Parkway NW, Suite 300 Boca Raton, FL, p747)

KM0= %4,75 (= 47,5 kg/m3)

UKM0=0,8×KM0 =0,8×47,5 (kg KM/m3)=38 kg UKM/m3

Qçamur=151,4 m3/gün

Vreaktör=2839 m3

Giriş KM muhtevası %6,5’e (65 kg/m3) çıkarılırsa çamur yaşı (HBS) ne kadar artar?

ÇÖZÜM:

3

,1 3

1

1

2839( )

151,1

.

49

(

1

/ )

reaktörc

çamur

V m

Q m gün

SR

gün

T

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 16: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

16

ÇÖZÜM (devamı):

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

1 11

3

2 2

3

2

2

2

2

2.

( )

( )

151,4( / ) 47,5(kg/ gün)

7192( / ) 65

7192 /

110,

( / )

6 /

çamur

çamur

çamur

çamur

SRT

KM Q KM

m gün

KM Q KM

kg KM gün Q k

kg K

i

i

M gün

m günQ

i

g gün

Anaerobik çürütücülerde KM muhtevası yüksek olduğundan hidrolik bekletme süresi (HBS) ile çamur yaşı (θc) birbirine eşittir.

Çamur yaşı ne kadar uzun ulursa UKM stabilizasyonu o kadar fazla gerçekleşir.

Bu veriler Fort Collins Atıksu Arıtma Tesisine aittir.

,2

2

3

3

2839( )

110,626

(

( / )

) reaktörc

çamur

V

Q

m

m gün

i i

n

i

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 17: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

17

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

Çamurun Fiziksel Özellikleri

● Özgül ağırlık-spesific gravity (s): Bir maddenin ağırlığının aynı hacim suyun ağırlığına oranıdır. Farklı bir ifade ile, çamurun yoğunluğunun suyun yoğunluğuna oranıdır. Çoğu arıtma çamurunun özgül ağırlığı suyun 1,02-1,06 civarındadır. 1 L çamurun ağırlığı 1010 g gelirse çamurun özgül ağırlığı, S=1010 g/1000 g=1,01’dir.

● Müşterek özgül ağırlık:

Wi: i. kısmın ağırlığı

si: i. kısmın hacmi.

V

Ws

n

i i

i

s

W

s 1

1

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 18: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

18

ÖRNEK: Bir çamur numunesinin bileşenleri aşağıdaki gibidir. Çamurun özgül ağırlığını hesaplayınız.

Bileşen Ağırlıkça yüzde, %

Yanıcı madde (s 1) 5

Sabit katılar (s 2.5) 5

Su 90

ÇÖZÜM

3

3

/03.197

100

97

100

/03.1

03.1

11

1

9.0

5.2

05.0

1

05.01

cmgV

Ws

gV

gW

çözümDiğer

cmgs

ss

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

90 5 5 100

90 5 2 97

Yanıcı Sabit

Su Maddeler katılar Toplam

W W

V V

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 19: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

19

● Anaerobik ● Aerobik

–Avantajları –Avantajları

1) Metan gazı üretilir. 1) Biyolojik çamurlar daha etkili şekilde stabil hale gelir.

2) Çamur stabilizasyonu etkilidir. 2) Çamurun susuzlaştırılması kolaydır.

3) İşletme maliyeti düşüktür 3) İnşaat maliyeti düşüktür.

–Dezavantajları –Dezavantajları

1) Poses yavaştır. Devreye alınması uzun sürer 1) İşletme maliyeti yüksektir.

2) İşletilmesi zordur (besleme homojen ve sıcaklık sabit olmalı). Besleme 1-3 saat arayla kesikli olarak yapılır.

2) Biyogaz açığa çıkmaz

3) Çamurun mekanik olarak susuzlaştırılmasızordur.

3) Çamur üretimi (Y=0.5) ve nütrient ihtiyacı fazladır (KOİ/N/P=200/5/1).

4) İlk yatırım maliyeti yüksektir.

5) Çamur üretimi düşük (Y=0.05), nütrient ihtiyacı azdır (KOİ/N/P=350/5/1).

6) Beslemeden uzun süre aktiftir.

TABLO Anaerobik ve aerobik çamur çürütme proseslerinin karşılaştırılması

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 20: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

20

UKMFakültatifbakteriler

Çözünmüş organik bileşenler: şekerler, lipidler, proteinler, yağ asitleri, alkoller

Fakültatif/anaerobik asit üreten bakteriler

Uçucu yağ asitleri, CO2, H2 ve diğer ara ürünler

Metan bakterileri

Metan

ŞEKİL: Arıtma çamurlarının basitleştirilmiş anaerobik stabilizasyon şemasıKaynak: Lue-Hing, Cecil ve diğ. (Ed), (1998), Municipal Sewage Sludge Management : A Reference Text On Processing, Utilization, and Disposal Water Quality Management Library; V. 4, Taylor & Francis Routledge, Technomic Publishing Company, Inc. 851 New Holland Avenue, Box 3535 Lancaster, PA 17604, U.S.A., P280

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 21: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

21

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

ANAEROBİK ÇAMUR STABİLİZASYONU

Atıksu debisi 20 000 m3/gün’den büyük olan atıksu arıtma tesislerinde anaerobik stabilizasyon prosesleri yaygındır.

Anaerobik çamur stabilizasyonunu etkileyen çevresel faktörler;

Çamur yaşı=Hidrolik bekletme süresi,

Sıcaklık,

pH,

Alkalinite,

Toksik bileşenler,

UYA

Şeklindedir.

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 22: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

22

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

ÖRNEK: UKM giderimiHam çamurda UKM oranı %73’ten anaerobik çürütücüde çürüme sonrası %55’e düştüğü zaman UKM giderme verimi ne kadar olur?

0

0 0

(% % 0,73 0,55

%% (% %

%54,) 0,73 (0,73 0,55)

0) 8e

e

UKM UKMUKM giderimi

UKM UKMi

UKM

(ii) Farklı bir yöntemle;

373 55 27 55 / 45

45

(%55

3,00

27 27,

(%77 )

10 1000 6

00

)

0,00

H

kgUKM kgUKM

kg SKM

kgUKM

kg SKM kg

amçamur UKM

kg TKM kg T

ÇürümüşÇamur UK

kg TKM K

M

M

SKM

Ham ve çürümüş çamurda SKM aynı kalmalıdır. Ancak, çürüme sonunda çamurun UKM oranı değişecektir. 73 kg UKM 33 kg UKM’yedüşecektir. Buna göre verim;

73%54,80

33%

73UKM giderimi

33 33%55

27 33 60

TKM giderme verimi % kaç gerçekleşmiştir?

55

33

245 7SK

UKM

UKM UKM

SKM M

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 23: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

23

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

73%73

100

UKM

TKM

Ham çamur

33%55

27 33

UKM

TKM

Çürümüş çamur

27Kül

73

SKM

UKM

33

27

40

SKM

UKM

Ham çamurda UKM oranı %73’ten anaerobik çürütücüde çürüme sonrası %55’e düşmüştür.

Biyogaz

73 40 100 40%54,8

100 73

UKM Giderimi

Anaerobik çürüme

Anaerobik çürütücülerde UKM giderme verimi %40-60 (50) mertebesindedir.

(iii) Şekil çizerek:

TKM=100

TKM=60

UKM’nin %45-65’i biyo-ayrışabilirdir

%40TKM Giderimi

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 24: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

24

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

REAKTÖR PERFORMANSI

Anaerobik çamur stabilizasyon reaktörünün performansı izlemek için tek parametre yoktur. Reaktörün işletilmesinde aşağıdaki parametreleri izlemek gerekir.

Besleme çamuru: TKM, UKM, pH, alkalinite, sıcaklık,

Reaktör muhtevası: TKM, UKM, UYA, alkalinite, sıcaklık,

Çürümüş çamur: reaktör muhtevası ile aynı,

Biyogaz: Biyogaz debisi, biyogazın CH4 oranı (metan yüzdesi), CO2 oranı, H2S

Isıtma suyu: TÇM (TDS), pH

Süpernatant: pH, BOİ, KOİ, TKM, TKN, NH3-N, TP, Ca, Mg

Biyogaz debisindeki azalma ve/veya CH4 oranın düşmesi ve dolayısıyla CO2 oranının artması, reaktör içerisinde UYA konsantrasyonunun artması, alkalinite ve pH’ın düşmesi ile sonuçlanır ve karışık mikrobiyal kültürlerin dengesi bozulur.

Prosesin stabilitesi, sıcaklığın, organik yükün, besleme çamuru kompozisyonunun ve toksik yükün ani değişmesi ile bozulabilir. Bu durumda reaktörün beslenmesi geçici olarak durdurulur.

UYA/Alkalinite oranı Gösterge

<0,3 Anaerobik çürütücü reaktörün performansı iyidir.

0,3-0,5 Reaktörün dengesi bozulmuştur.

>0,8 Reaktör muhtevası asidik karakterdedir ve prosesin durması yakındır.

TABLO: UYA/Alkaliniteoranı reaktör

performansı ilişkisi

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 25: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

25

Common Name Formula

Formic acid HCOOHAcetic acid CH3COOHProprionic acid CH3CH2COOHButyric acid CH3CH2CH2COOHValeric acid CH3CH2CH2CH2COOHIsovaleric acid (CH3)2CHCH2COOHCaproic acid CH3CH2CH2CH2CH2COOH

TABLO: Anaerobik çürütücülerde yaygın olarak bulunan uçucu yağ

asitleri (UYA ), karboksilik asitler

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 26: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

26

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 27: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

27

Relationship among carbon dioxide in the gas, pH,and bicarbonate alkalinity.Note: Number in [ ] is the per cent CO2 in the headspace gasin an anaerobic digestion tank

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 28: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

28

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

Biological Treatment Processes Nazih K. Shammas, Lawrence K. Wang, p 597

Fig. Expected volatile solidsdestruction during high-ratedigestion.

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 29: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

29ŞEKİL Anaerobik çamur çürütme (Kaynak: Paola Foladori, Gianni Andreottola, Giuliano Zigli, Sludge Reduction Technologies in Wastewater Treatment Plants)

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

Avantajları Dezavantajları

Tam ölçekte uygulanabilir. Aerobik prosesten daha komplekstir.

Aerobik ayrışmaya göre daha yüksek organik madde stablizasyonu

Küçük ölçekli tesisler için fizibil değildir.

Biyogaz ve enerji üretimi KOİ ve TKN yüksek olan süpernatant tesisin başına verilir.

Köpük oluşumuDoç. D

r. Ahmet G

ÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 30: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

30

TASARIMAnaerobik çamur çürütücü tasarımı

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 31: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

31

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

Parametre Birimi Değer

Hacim kriteri

Primer çamur m3/kişi 0,03-0,06

Primer çamur+damlatmalı filtre çamuru m3/kişi 0,07-0,09

Primer çamur+aktif çamur m3/kişi 0,07-0,11

Uçucu katı madde (UKM) yükü kg UKM/m3-gün 1,6-4,8

Çamur yaşı gün 15-20

Çamur konsantrasyonu

Primer çamur+aktif çamur % 4-7

Stabilize olmuş çamur % 4-7

TABLO: Yüksek hızlı mezofilik anaerobik çamur stabilizasyon prosesinin tasarım kriterleri

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 32: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

32

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

Parametre Birimi Tipik değer

HBS-çamur yaşı (𝜽𝒉 = 𝜽𝒄) gün 15-20

Hacimsel organik yük kg UKM/m3-gün 0,8-1,6

TKM yükü, kg TKM/m3-gün 1-2

Giriş çamur TKM muhtevası % 3-8 (4-5)

Ham çamurda UKM/TKM % 70-80

Çürümüş çamurda UKM/TKM % 50

TKM giderme verimi % 30-35

UKM giderme verimi % 40-55 (50)

Çürümüş çamur TKM üretimi g /kişi-gün 38-50

Biyogaz üretimi m3/kg UKMgid. 0,8-1,1

Biyogaz üretimi L/kişi-gün 20-30

CH4 % 55-70

Biyogazın kalorifik değer MJ/m3 23,3

Ham çamurun ısıl değeri MJ/kgTKM 15-25

Çürümüş çamurun ısıl değeri MJ/kgTKM 8-15

TABLO Anaerobik çamur çürütücülerin tipik tasarım parametreleri

Atıksularda bulunan organik maddeleri karakterize eden en temel atıksu kalite parametresi KOİ’dir.

TKM muhtevası yüksek olan arıtma çamurları, büyükbaş-küçükbaş-kümes hayvan atıkları ve %50 nem muhtevasında işletilen katı anaerobik çürütücüler için organik maddeler UKM ile edilir.

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 33: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

33

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

İşletme sıcaklığı (°C)

Kritik çamur yaşı, θc (gün)

Dizayn için min. çamur yaşı (𝜽𝒄

𝒎, gün)

18 11 28

24 8 20

30 6 14

35 4 10

40 4 10

13,7 ln 18,9giderimi cUKM

Anaerobik çamur stabilizasyonunda UKM giderimi çamur yaşına ve sıcaklığa bağlıdır.

𝜃𝑐: çamur yaşı

TABLO Yüksek hızlı tam karışımlı reaktörlerde minimum ve tavsiye edilen çamur yaşları

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 34: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

34

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

Çamurun UKM muhtevası, %

UKM yükle faktörü (kg UKM/m3-gün)

θ=10 gün θ=12 gün θ=15 gün θ=20 gün

4 3,06 2,55 2,04 1,53

5 3,83 3,19 2,55 1,91

6 4,59 3,83 3,06 2,30

7 5,36 4,46 3,57 2,68

8 6,12 5,10 4,08 3,06

9 6,89 5,74 4,59 3,44

10 7,65 6,38 5,10 3,83

TABLO Çamur UKM muhtevasının hidrolik bekletme süresine ve UKM yüklemehızına etkisi (çamurun UKM muhtevası %75 ve yoğunluğu 1,02 g/cm3)

ÖRNEKTKM muhtevası %3,6 (36 000 mg/l) olan çamurların UKM muhtevası %68’dir. Çamur debisi 235 m3/gün için reaktöre beslenen günlük UKM yükünü hesaplayınız.

3

3 3

/ / %

3,6 235 0,6/ /

575,

8

3 /

kg m m gün

kgUKM gün TKM kg m Q UKM oran

k g

ı

g ün

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 35: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

35

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

Anaerobik Çürütücüler

Anaerobik çürütücülerde organik yükün düşük olması durumunda çürütücülerin hacmi artar, dolayısıyla, yatırım ve işletme maliyetleri de artar. Çürütücüye beslenen atık çamurun seyreltik olması durumunda HBS süresi azalır, UKM stabilizasyon verimi düşer, metan üretimi azalır ve ısıtma için enerji ihtiyacı artar.

Arıtma çamurlarının anaerobik çürütülmesinde hız kısıtlayıcı safha genellikle hidroliz safhasıdır.

Anaerobik çürütücülerin asgari derinliği 6 m civarında iken, çapları 38 m’ye kadar çıkabilir.

Katı madde muhtevası yüksek olan hayvan atıkları ve artıma çamurları gibi atıklar için anaerobik çürütücüler uygun olur.

Anaerobik çürütücüler genellikle tam karışımlı geri devirsiz reaktör olarak tasarlanır ve hidrolik bekletme süresi ile çamur yaşı birbirine eşittir. (θh=θc)

Katı madde muhtevası yüksek olan atıkların anaerobik stabilizasyonunda tasarım parametresi UKM’dir. Çürütücü UKM yüküne göre tasarlanır.

Anaerobik çürütücülerin hidrolik bekletme süresi-çamur yaşı uzun tutulur.

Anaerobik çürütücülerde metan üretimi;

L CH4 / kg biyokütle

L CH4 / kg UKMbeslenen

L CH4 / kg UKMgiderilen

L CH4 / kg m3/1000 kişi

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 36: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

36

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

Optimum Ekstrem

pH 6,8-7,4 6,4-7,8

ORP, mV -520 -530 < - 490; > - 550

UYA, mg/l Hac 50-500 >2000

Alkalinite, mg/l CaCO3 1500-3000 <1000; >5000

Sıcaklık

Mezofilik, °C 30-35 <20; >40

Termofilik, °C 50-56 <45; >60

HRT, θh, gün 10-15 <7; >30

%CH4 65-70 <60; >75

TABLO Arıtma çamurlarının anaerobik stabilizasyonunda maksimum metan üretimi için çevresel ve işletme şartları (Kaynak: Municipal sewage sludge management: a reference text onprocessing, P283, Cecil Lue-Hing)

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 37: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

37

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

İşletme parametresi Değerlendirme

Aşı çamuru Anaerobik çürümüş çamur ya da benzer atıkları arıtan biyokütle

Devreye alma UKM yükü ilk 20 güne kadar tasarım yükünün %20’si kadar olmalı,İşletmenin 30.-40. gününe kadar tedrici olarak artırılmalıdır. Reaktör aşılanırsa devreye alma süresi 30-40 gündür. Reaktöre aşılanmazsa devreye alma süresi 60-90 gün sürebilir.

Önemli izleme parametreleri

pH, alkalinite, UYA, biyogaz üretimi

HBS-çamur yaşı (𝜽𝒉 = 𝜽𝒄) Yüksek hızlı çürütücülerde 15-30 gün, Düşük hızlı çürütücülerde 30-60 gün

Alkalinite 1500-3000 mg/l CaCO3

UYA/Alkalinite 0,1-0,2

UKM yükleme hızı 1,6-4,8 kg/m3-gün

TABLO Anaerobik çürütücülerin işletilmesinde önemli hususlar Kumar, S., Anaerobic biotechnology for bioenergy production, principles and applications, p106

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 38: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

38ŞEKİL Sülfür (-2 değerlikli kükürt) bileşenlerinin NH3-N’nun pH ile değişimi

Anaerobik proseslerde optimum pH 6,5-8 (7,0-7,5) mertebesindedir.

Koku problemi olan anaerobik çürütücülerde işletme pH’ını 8’e yaklaştırarak, işletme esnasında ortaya çıkan koku azaltılabilir.

pH 8’e kadar NH3-N’nun %90’ı iyonlaşmış (NH4

+) formdadır.

Yüksek NH3-N içeren atıksulardaNH3-N’nun iyonlaşmamış formu olan NH3 toksik iken, iyonlaşmış formu HN4

+ daha az toksiktir.

pH 7,5’te H2S fraksiyonu %19 iken pH 8’de %7’dir.

pH 8’e yaklaştıkça sülfürün kokuya sebep olan H2S fraksiyonu da azalır.

Çürütücü pH’ı 7,5-7,8 arasında olursa koku azalır.

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 39: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

39

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

Kaynak: IZRAIL S. TUROVSKIY, P. K. MATHAI, (2006), Wastewater Sludge Processing, John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, p201

ŞEKİL: Reaktörün işletme sıcaklığı × çamur yaşı (HBS) ile UKM giderimi ilişkisiKaynak: Lue-Hing, Cecil ve diğ. (Ed), (1998), Municipal Sewage Sludge Management : A Reference Text On Processing, Utilization, and Disposal WaterQuality Management Library; V. 4, Taylor & Francis Routledge, Technomic Publishing Company, Inc. 851 New Holland Avenue, Box 3535 Lancaster, PA 17604, U.S.A., P260

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 40: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

40

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

Anaerobik çürütücülerin izlenmesinde ve kontrol edilmesinde (çürütücü performansında) aşağıdaki parametreler izlenir;

UYA/Alkalinite oranı, Gaz üretimi ve komposizyonu, pH, UKM yükü ve UKM giderimi

Çürütücülerin kapasitesi-ilk yatırım maliyeti ilişkisi;Çürütücülerin debisi ile ilk yatırım maliyetleri (kazı, proses hatları, elektrik-mekanik işleri, ısı yalıtımı, beton, demir) arasındaki ilişki aşağıdaki gibidir.

M: İlk yatırım maliyeti, USDQ: Çürütücünün debisi (milyon litre/gün)a ve b sabitlerdir.

Tesis kapasitesi arttıkça ilk yatırım maliyeti de artmakla birlikte, yüksek kapasitelerde tesis kapasitesi %30 arttığında maliyet artışı hacimdeki artış oranının gerisinde kalmaktadır.

bM a Q

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 41: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

41

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

TABLO Geri devirli ve devirsiz tam karışımlı reaktörlerde kararlı halde tasarım eşitlikleri

Eşitlik Çamur geri devirsiz Çamur geri devirli

Verim 𝐸 =100(𝑆0 − 𝑆𝑒)

𝑆0𝐸 =

100(𝑆0 − 𝑆𝑒)

𝑆0

Çıkış kons. 𝑆𝑖 =𝑈𝐾𝑆𝑘 − 𝑈

𝑆𝑖 =𝑈𝐾𝑆𝑘 − 𝑈

Mikroorganizma kons. 𝜒 =𝑌(𝑆0 − 𝑆𝑒)

1 + 𝑘𝑑𝜃𝑐𝜒 =

𝑌(𝑆0 − 𝑆𝑒)𝜃𝑐1 + 𝑘𝑑𝜃𝑐𝜃

Fazla mikroorganizma üretimi 𝐴 =𝑌𝑄(𝑆𝑒 − 𝑆𝑒)

1 + 𝑘𝑑𝜃𝑐𝐴 =

𝑌𝑄(𝑆𝑒 − 𝑆𝑒)

1 + 𝑘𝑑𝜃𝑐

Hidrolik bekletme süresi (V/Q) 𝜃𝑐 = 𝜃 𝜃 = 𝜃𝑐 1 + 𝑟 − 𝑟𝜒𝑟𝜒

Çamur yaşı, genel1

𝜃𝑐=

𝑌𝑘𝑆0𝐾𝑆 + 𝑆0

− 𝑘𝑑1

𝜃𝑐=

𝑌𝑘𝑆0𝐾𝑆 + 𝑆0

− 𝑘𝑑

Çamur yaşı, 𝑆𝑖≫ 𝐾𝑆 ise1

𝜃𝑐𝑚 = 𝑌𝑘 − 𝑘𝑑

1

𝜃𝑐𝑚 = 𝑌𝑘 − 𝑘𝑑

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 42: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

42

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

Notasyon;

k: maksimum sübstrat giderme hızı

kd : içsel solunum katsayısı (gün-1)

Ks : yarı doygunluk sabiti (mg/l)

Qr : geri devir çamur debisi (m3/gün)

Q : debi (m3/gün)

r : geri devir oranı (Qr/Q)

S0 : giriş substrat konsantrasyonu (mg/l)

Se: Reaktör çıkışı substrat konsantrasyonu (mg/l)

U : F/M oranı (Substarat/mikroorganizma)

χ : mikroorganizma konsantrasyonu (mg/l)

χ r : geri devir çamurundaki mikroorganizma konsantrasyonu (mg/l)

Y: mikrobiyal dönüşüm oranı (mg/mg)

θ : hidrolik bekletme süresi (gün)

θc : çamur yaşı(gün)

𝜽𝒄𝒎 : minimum çamur yaşı(gün)

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 43: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

43

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

Figure. Solids mass balance anaerobic sludge digestion system.

Kaynak: Lue-Hing, Cecil ve diğ. (Ed), (1998), Municipal Sewage SludgeManagement : A Reference Text On Processing, Utilization, and DisposalWater Quality Management Library; V. 4, Taylor & Francis Routledge, Technomic Publishing Company, Inc. 851 New Holland Avenue, Box 3535 Lancaster, PA 17604, U.S.A., P295

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 44: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

44

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

ANAEROBİK REAKTÖRLERDE ENERJİ DENGESİ

Anaerobik bir proseste enerji dengesi, reaktöre beslenen atıksuyun ısıtılması, ısı kayıpları ve biyogazdan üretilen enerji ile kurulur.

Isı ihtiyacı, Hr (kJ);

W: debi, kg/gün

Cp: 4,187 kJ / kg °C (ısı kapasitesi)

T1: Atıksu sıcaklığı

T2: Reaktörün işletme sıcaklığı

Isı kayıpları, Hkayıp (kJ);

A: ısı transfer alanı, m2

T1: reaktörün dış yüzey sıcaklığı (dış ortam sıcaklığı)

T2: Reaktörün işletme sıcaklığı

U: ortalama ısı transfer katsayısı (ısı kayıp katsayısı)

2 1( ) ( ) ( ) ( ) ( )o o

r p kayıpH kJ W kg C T C T C H kJ

2 1( ) ( ) ( )o o

kayıpH kJ U A T C T C

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 45: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

45

Isı İhtiyacıIsı girişi

Çatıdaki ısı kayıpları

Yan duvarlardaki ısı kayıpları

Zemindeki ısı kayıpları

ŞEKİL Reaktörlerdeki ısı dengesi

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

( )kayıp çatı yanduvar zeminH kJ h h h

Isı kayıpları; çatıdan, yan duvarlardan ve reaktörün tabanından (zemininden) gerçekleşir.

o

2 1

,( )

( ) ( ) ( ) ( ) [ ( ) ( )]o o

kayıp çatı yanduvar zemin

T C

H kJ UA UA UA h T C T C

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 46: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

46

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 47: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

47

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

İşletme parametresi Optimum Ekstrem

pH 6,8-7,4 6,4-7,8

ORP (mV) -520 ~ -530 <490; >550

UYA (mg/l HAc) 50-500 >200

Alakalinite (mg/l CaCO3) 1500-3000 <1000; >5000

SıcaklıkMezofilik (°C)Termofilik (°C)

30-3550-56

<20; >40<45; >60

HBS=çamur yaşı (gün) 10-15 <7; >30

Gaz kompozisyonuCH4 (%)CO2 (%)

65-7030-35

<60; >75<25; >40

TABLO Anaerobik çürütücülerde maksimum metan üretimi için optimum işletme parametreleri

Metan bakterileri için Td=2-20 gün (sıcaklığa bağlı) ŞEKİL HBS’nin UKM giderimine etkisi

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 48: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

48

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

ÖZET: Arıtma çamurlarının stabilizasyonunda;

Nütrientler: Nütrient ihtiyacı olmaz, çamurda makro ve mikro besi elementleri mevcuttur.

pH: pH ayarlamaya gerek yoktur, pH genellikle nötr menzildedir.

Sıcaklık: Reaktör sıcaklığı mezofilik (35 °C) ya da termofilik (55 °C) olacak şekilde tasarlanır.

Tasarım: Anaerobik reaktör tam karışımlı geri devirsiz olarak tasarlanır. Diğer bir ifade ile anaerobik çürütücülerde HBS ve çamur yaşı eşittir.

HBS: Çürütücülerin temel tasarım parametresidir HBS (=çamur yaşı) ve min. HBS=12-15 gün mertebesindedir

Stabilizasyon: Reaktörün tasarım ve işletme parametreleri KOİ cinsinden değil, UKM cinsinden belirlenir. Karıştırma: Anaerobik çürütücülerde karıştırma motoru yer alır.

Süpernatant: Çürütücünün üst fazına süpernatant denir ve süpernatant yüksek konsantrasyonlarda NH3-N içerir. Çürütücü süpernatantı deşarj edilemeyecek kadar yüksek konsantrasyonlarda kirletici bileşenleri içerir ve süpernatant tesisin başına verilir (ön çöktürme havuzu başına ya da havalandırma havuzu başına)

UKM/TKM: Ham çamurun UKM/TKM oranı %75-80 mertebesinden, stabil çamurda %40-60 (%50-55) mertebesine düşer.

TKM: Çürütücüye beslenen ham çamurun TKM muhtevası %5-6 mertebesindedir.

Enerji üretimi: Çürütücüler, reaktörü ısıtmak için gerekli enerjiden fazlasını üretirler.

parametreleri önemli hususlardır.

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 49: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

49

ÖRNEK-1ANAEROBİK ÇÜRÜTÜCÜ TASARIMI

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 50: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

50

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

ÖRNEK: ANAEROBİK ÇAMUR STABİLİZASYONU(Kaynak: P. Vesilind, (2003) Wastewater Treatment Plant Design Student Workbook, 2. cilt, WEF, IWA Publishing, p 190

Nüfusu 50 000 olan bir yerleşim yeri için yüksek hızlı ve ısıtmalı bir anaerobik çürütücü inşa edilecektir. Kişi başına katı madde üretimi 0.13 kg kuru katı madde (KM)/N-gün’dür. Katı maddelerin %80’i uçucudur (UKM/TKM=0.80). Primer ve sekonder çamur karışımının spesifik yoğunluğu 1.01 g/cm³’tür. Çamurun katı madde muhtevası %6’dır. Çürütücünün işletme sıcaklığı 35 ºC’dir. Çürütücünün UKM giderme veriminin %60 olması istenmektedir. Çürümüş çamurun katı madde muhtevası %8 ve spesifik yoğunluğu 1.03 g/cm³’tür. Çürütücünün aktif hacmi, toplam hacminin yarısı kadardır. Çürümüş çamur 60 günde bir uzaklaştırılacaktır. Çürütücünün hacmini hesaplayınız.

Vavg: Ortalama günlük çamur çürüme hacmi, m³/gün V1: Günlük reaktöre ilave edilen ham çamur hacmi, m³/günV2: Günlük çürümüş çamur hacmi, m³/gün.

1 1 2(2 / 3) ( )avgV V V V

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 51: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

51

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

Devamı

Veriler; Nüfus =50 000 kişi Kişi başına katı madde miktarı = 0.13 kg kuru katı madde /N-gün Katı maddelerin uçucu fraksiyonu (UKM/TKM) =% 80 Ham çamurun katı madde muhtevası =% 6 Ham çamurun spesifik yoğunluğu =1.01 g/cm³ Çürütücünün UKM giderme performansı =% 60 Çürümüş çamurun katı madde muhtevası =%8 Çürümüş çamurun spesifik yoğunluğu =1.03 g/cm³ İşletme sıcaklığı = 35 ºC Çürütücüden çamur çekme periyodu = 60 gün Çürütücüdeki çamur hacmi =Toplam reaktör hacminin %50’si

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 52: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

52

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

ÇÖZÜM

•Çürütücüye gire KM=Nüfus x (KM/kişi-gün)

= 50 000 N x 0.13 (kg/N-gün)=6500 kg/gün

•Çürütücüye gire UKM=KM x %UKM

= 6500 (kg/gün) x 0.80 =5200 kg/gün

•Sabit katı maddeler (SKM)=KM x (1-UKM/TKM)

=6500 (kg/gün) x (1-0.80) =1300 kg/gün

•Giderilen UKM= UKM x Giderme verimi (%)

=5200 (kg/gün) x 0.60 =3120 kg/gün

•Çürümüş çamurda UKM=Reaktöre giren UKM-Giderilen UKM

=5200 (kg/gün) - 3120 (kg/gün) =2080 kg/gün

•Çürümüş çamurda TKM=SKM + Çürümüş çamurda UKM

=1300 (kg/gün) + 2080 (kg/gün) =3380 kg/gün

•Çürütücüye giren çamur hacmi=KM/(% KM muhtevası x çamurun özgül ağırlığı)

= 6500 (kg/gün)/(0.06 x 1.01) =107.26 m³/gün

•Çürümüş çamur hacmi=Çürümüş çamurda KM/(% KM muhtevası x çamurun özgül ağırlığı)

=3380 (kg/gün)/(0.08 x 1.03) =41.02 m³/gün

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 53: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

53

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

Deneysel çalışmalar, kesikli proseslerde reaktörün üst bölümündeki süpernatantın tahliye edilmesinden sonra, kalan çürümüş çamur hacmi ile HBS arasındaki fonksiyonun parabolik olduğunu ortaya koymuştur.

Bu parabolik fonksiyon;

Şeklindedir. Burada;

Vavg: günlük ortalama çürüme çamuru hacmi (m³/gün)

V1: günlük reaktöre beslenen çamur debisi (m³/gün)

V2: günlük çürümüş çamur hacmi (m³/gün).

Vavg= 107.26 (m³/gün) – (2/3) x (107.26 – 41.02) = 63.10 m³/gün

Yüksek hızlı anaerobik çürütücü için çamur yaşı (θc=θh)=18 gün

Toplam çamur hacmi = Vavg x (θc=θh) +çürümüş çamur hacmi x çürümüş çamur çekme hızı

=63.10 (m³/gün) x 18 (gün) + 41.02 (m³/gün) x 60 (gün) =3597 m³

Çürütücü hacmi=Toplam çamur hacmi/Reaktördeki çamur hacmi fraksiyonu (%50)

=3597 m³/0.5 = 7194 m³

)()3/2( 211 VVVVavg

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 54: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

54

ÖRNEK-2ANAEROBİK ÇÜRÜTÜCÜ TASARIMI

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 55: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

55

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

ÖRNEK: ANAEROBİK ÇAMUR STABİLİZASYONU

TKM konsantrasyonu 30 000 mg/l (UKM/TKM=0,75) ve debisi 600 m3/gün olan primer ve fazla biyolojik çamur karışımı mezofilik şartlarda (35 °C) anaerobik olarak çürütülecektir. Tam karışımlı geri devirsiz reaktör modeline göre çürütücünün hacmini hesaplayınız.

𝒀𝝌/𝑺= 0,045 g χ/g UKM

k= 5 gün -1

kd= 0,015 gün-1

Ks =7 000 mg UKM /l

ÇÖZÜM:

TKM muhtevası yüksek olan atıkların anaerobik stabilizasyonunda geri devirsiz tam karışımlı reaktör modeli uygulanır. Çünkü TKM konsantrasyonu yüksek olduğu zaman mikroorganizmalar ve sıvı faz çöktürerek ayrılamaz.

TKM=30 000 mg/l ve UKM=22 500 mg/l

1. Çamur Yaşı; 1

𝜃𝑐=

𝑌𝑘𝑆0𝐾𝑆 + 𝑆0

− 𝑘𝑑 →1

𝜃𝑐=0,045 × 5 × 22 500

7 000 + 22 500− 0,015 = 0,157 𝑔ü𝑛−1

θcm =6,39 gün

θc=6,11×1,5=9,58 gün≈10 gün

Biyogaz oluşumu=1,1 m3/kg UKMgid. (35 °C) Metan yüzdesi=%60

𝜃𝑐𝜃𝑐𝑚 = 1,5 𝑜𝑙𝑎𝑟𝑎𝑘 𝑎𝑙𝚤𝑛𝑎𝑐𝑎𝑘𝑡𝚤𝑟.

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 56: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

56

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

TABLO Geri devirli ve devirsiz tam karışımlı reaktörlerde kararlı halde tasarım eşitlikleri

Eşitlik Çamur geri devirsiz Çamur geri devirli

Verim 𝐸 =100(𝑆0 − 𝑆𝑒)

𝑆0𝐸 =

100(𝑆0 − 𝑆𝑒)

𝑆0

Çıkış kons. 𝑆𝑖 =𝑈𝐾𝑆𝑘 − 𝑈

𝑆𝑖 =𝑈𝐾𝑆𝑘 − 𝑈

Mikroorganizma kons. 𝜒 =𝑌(𝑆0 − 𝑆𝑒)

1 + 𝑘𝑑𝜃𝑐𝜒 =

𝑌(𝑆0 − 𝑆𝑒)𝜃𝑐1 + 𝑘𝑑𝜃𝑐𝜃

Fazla mikroorganizma üretimi 𝐴 =𝑌𝑄(𝑆𝑒 − 𝑆𝑒)

1 + 𝑘𝑑𝜃𝑐𝐴 =

𝑌𝑄(𝑆𝑒 − 𝑆𝑒)

1 + 𝑘𝑑𝜃𝑐

Hidrolik bekletme süresi (V/Q) 𝜃𝑐 = 𝜃 𝜃 = 𝜃𝑐 1 + 𝑟 − 𝑟𝜒𝑟𝜒

Çamur yaşı, genel1

𝜃𝑐=

𝑌𝑘𝑆0𝐾𝑆 + 𝑆0

− 𝑘𝑑1

𝜃𝑐=

𝑌𝑘𝑆0𝐾𝑆 + 𝑆0

− 𝑘𝑑

Çamur yaşı, 𝑆𝑖≫ 𝐾𝑆 ise1

𝜃𝑐𝑚 = 𝑌𝑘 − 𝑘𝑑

1

𝜃𝑐𝑚 = 𝑌𝑘 − 𝑘𝑑

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 57: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

57

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

2. Aktif reaktör hacmi;

𝑉 = 𝑄 × 𝜃𝐻 → 𝑉 = 600 × 10 = 𝟔 𝟎𝟎𝟎𝒎𝟑

3. Çıkış UKM konsantrasyonu;

𝑆𝑒 =𝐾𝑆(1 + 𝑘𝑑𝜃𝑐)

𝜃𝑐 𝑌𝑘 − 𝑘𝑑 − 1→ 𝑆𝑒 =

7 000(1 + 0,015 × 10)

10 × 0,045 × 5 − 0,015 − 1= 𝟕 𝟑𝟐𝟎𝒎𝒈/𝒍

4. Reaktörde anaerobik çamur (biyokütle) konsantrasyonu;

χ =𝑌(𝑆0 − 𝑆𝑒)

1 + 𝑘𝑑𝜃𝑐→ χ =

0,045 × (22 500 − 7320)

1 + 0,015 × 10= 𝟓𝟗𝟒𝒎𝒈/𝒍

5. Reaktörde anaerobik çamur (biyokütle) miktarı;

𝑄 × 𝜒 = 6 000 𝒎𝟑 × 594 𝑔/𝑚3 = 𝟑 𝟓𝟔𝟒 𝒌𝒈/𝒈ü𝒏

6. Biyogaz oluşumu;

𝐺𝑖𝑑𝑒𝑟𝑖𝑙𝑒𝑛 𝑈𝐾𝑀; 𝑄 × 𝑈𝐾𝑀𝑔𝑖𝑑. − 𝑄 × χ = 𝟔𝟎𝟎𝒎𝟑/𝒈ü𝒏 × 22 500 − 7 320 − 3 564 = 𝟓 𝟓𝟒𝟓 𝒌𝒈/𝒈ü𝒏

𝐵𝑖𝑦𝑜𝑔𝑎𝑧; 5 545 × 1,1 = 𝟔𝟎𝟗𝟖𝒎𝟑/𝒈ü𝒏

𝑀𝑒𝑡𝑎𝑛 𝑜𝑙𝑢ş𝑢𝑚𝑢; 6098 × 0,6 = 𝟑𝟔𝟓𝟗𝒎𝟑/𝒈ü𝒏

UKMgid.=15 181 mg/l ve UKM giderme verimi=(22 500-7320)/22 500×100=%67

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 58: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

58

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

7. Ham çamurun sıcaklığını 18 °C’den 35 °C’ye getirmek için gerekli ısı ihtiyacı;

3

6

3 1000G 600 / ((35 –18) ) (4 200 / )

42,84 10

1

/

o okgerekli ısıenerjisi m gü

kJ gü

n C C

n

J kgm

6

6 6 42,84 10 ( / ) 42,84 10 ( /

57,12

100 /

0

)

1

75

/

Gerekli ısı enerjisi kJ

kJ gü

gün n

n

kJ gü

8. Metanın enerji muhtevası;

𝑄 − 𝐶𝐻4 = 𝟑𝟔𝟓𝟒𝒎𝟑/𝒈ü𝒏

3

6

3

3

4

tan 35 846 / ( )

tan 35 846 ( / ) 3 6

131,2

59

1

(

/

/

0

)

Me ın net enerji muhtevası kJ m at STP

Me ın günlük toplam enerji muhtevası kJ m m CH gün

kJ gün

Boilerdeki ve reaktördeki ısı kaçakları ile harcanan enerjinin %25′i kayıp olsa;

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 59: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

59

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

6

6

6131,2 10 ( / ) - 57,12 10 ( / )

74,08 10 /

Fazla enerji kJ gün kJ g

kJ

ün

gün

9. Fazla enerji;

ÖZET

𝜃𝐻 = 𝜃𝑐 = 10 𝑔ü𝑛

V=6000 m3

Biyogaz=6098 m3

CH4=3659 m3/gün

Evsel atıksu arıtan konvansiyonel aktif çamur sistemlerinde açığa çıkan primer ve aktif çamurların anaerobik çürütülmesiyle, tesisin tüm enerji ihtiyacının %40-60’ı karşılanabilmektedir. Anaerobik çürütücüden açığa çıkan metan, kombine ısı ve elektrik üretimi ile tesisin enerji ihtiyacını kısmi olarak karşılayabilir.

Anaerobik çürütücülerde giderilen UKM başına açığa çıkan biyogaz miktarı 1 m3/kg UKMgid. mertebesindedir.

Ham çamurda UKM/TKM oranı %80 mertebesindedir. Anaerobik çürütme ile UKM %40-60 (50) mertebesine düşer. Dolayısıyla çürütülmüş çamurda hala TKM-UKM mevcuttur.

Anaerobik çürütücülerde günlük biyogaz debisi aktif reaktör hacmi mertebesindedir.

Anaerobik çürüme sonrası çamurlar susuzlaştırmaya ve kurutmaya daha elverişli hale gelirler. Kalan organik bileşenler daha stabildir ve çamur stabilizasyonu kısmen gerçekleşmiştir.

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 60: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

60

ÖRNEK-3ANAEROBİK ÇÜRÜTÜCÜ

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 61: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

61

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

ÖRNEK: (Kaynak: G. L. KARIA, R.A. CHRISTIAN, WASTEWATER TREATMENT: Concepts and Design Approach, 2013, PHI Learning Pvt. Ltd., Delhi)

Debisi 20 000 m3/gün olan evsel atıksu ön çöktürme havuzundan üretilecek çamur hacmini, tam karışımlı anaerobik reaktör hacmini ve çamurların anaerobik stabilizasyonu sonucu üretilecek metan gazı miktarını aşağıdaki şartlar için hesaplayınız.

Primer çamurların su muhtevası=%96 (TKM muhtevası=100-96=%4=0,04)

TKM=40 000 mg/l

Çamurların spesifik yoğunluğu=1,020 kg/L

Çamur oluşum oranı =0,20 kg TKM/m³

Giriş KOİ, S0 =150 mg/L=0,15 kg/m³

Mikrobiyal dönüşüm oranı, Y =0,05 kg UKM/kg KOİgid.

İçsel solunum, kd =0,03 gün-1

HBS, θc =10 gün

ÇÖZÜM:

(a) Günlük üretilen çamur hacmi;

Günlük üretilen çamur miktarı;

Wsl=0,20 (kg TKM/m³) x 20 000 (m³/gün) = 4 000 kg TKM/gün

Çürütücüye giren KOİ yükü; 0,15×20 000=3000 kg KOİ/gün

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 62: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

62

;

ssl

w sl s

Üretilençamur hacmi

WV

S P

3 3

3

3

;

0, 2( / ) 20000( / )

1000( / ) 1, 0,04

8,0

02

9 4

ssl

w sl s

Üretilençamur hacmi

WV

S P

kgKM m m gün

kg m

m

Vsl = çamur hacmi, m3

Ws= KKM ağırlığı, kg/gün

ρw=suyun yoğunluğu, 1000 kg/m3

Ssl=çamurun özgül ağırlığı; 1,02

Ps = Çamurun katı madde muhtevası,ondalık sayı (problemde Ps=0,04)

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 63: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

63

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

(b) Günlük UKM üretimi;

Günlük üretilen UKM miktarı aşağıdaki eşitlik ile hesaplanabilir.

Px(VS) = günlük çamur üretimi, kg UKM /gün

Y = Mikrobiyal dönüşüm oranı, g/g

Q = Atıksu debisi, m³/gün

E = Stabilizasyon verimi, %/100

S0 = Giriş nihai BOİ , kg/gün

kd = İçsel solunum, kd gün-1

θc= çamur yaşı, gün

Atık çamur stabilizasyon verimi (KOİ cinsinden) =80% (0,80)

0( )

1VS

d c

Y Q S EP

k

3 3

1( )

( / ) ( / )

92,

0,05 20000 0 (

3

,15 / )

( )

1 /

0,8

1 0,03 10( )VS

kg UKM kgKOİ m gün kg KOP

İ m

gün gün

kgUKM gün

(c) Metan üretimi;

VCH4 = 0.35 (m³ CH4/kg KOİgid.)×[EQS0-1,42 Px(VS)]

= 0,35 x [(0,8 x 3000) - 1,42 x 92,31]= 794 m³ (STP)

Vbiyogaz=794 (m3)/0,6=1323 m3 (%60 CH4) (STP)

(d) Çürütücü hacmi;

V =10 (gün) x 98,04 (m3/gün) = 980,4 m³ ≈ 1000 m3

(e) Hacimsel organik yük;

V =3000 (kg KOİ) / 1000 (m3)= 3 kg KOİ/m3-gün

Hacimsel organik yük 1,6-6,4 kg KOİ/m3-gün mertebesinde olduğu için reaktör hacmi uygundur.

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 64: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

64

(f) Stabilizasyon verimi;

0 (UKM)

0

1,42( ),% 100

0,8 20000 0,15 1,42 92,31100 75,6

200

%

00 0

7

, 5

5,

1

6

E Q S PÇamur stabilizasyonverimi KOİ cisninden

QS

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

0 (UKM)

0

( ),% 100E Q UKM P

Çamur stabilizasyonverimi UKM cisnindenQ UKM

0 (KM)

0

( ),% 100E Q KM P

Çamur stabilizasyonverimi KM cisnindenQ KM

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 65: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

65

ÖRNEK-4ANAEROBİK

ÇÜRÜTÜCÜ HACMİ

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 66: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

66

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

ÖRNEK (Kaynak: Samır Kumar Khanal, (2008) Anaerobic biotechnology for bioenergy production: principles and applications, John Wiley & Sons, Inc. ISBN: 978-0-813-82346-1, p199)

Bir atıksu arıtma tesisinin primer ve sekonder çamurları yüksek hızlı anaerobik çürütücüde mezofilik şartlarda çürütücülecektir.

Primer çamurda;

Q=500 m3/gün,

TKM muhtevası=%5,

UKM/TKM oranı=%68

Primer çamurun özgül ağırlığı, SPÇ=1,02

Sekonder çamurda;

Q=1250 m3/gün,

TKM muhtevası=%1,

UKM/TKM oranı=%75

Primer çamurun özgül ağırlığı, SAÇ=1,01

Çürütücünün günlük UKM yükünü ve hacmini hesaplayınız.

Çürütücüde

Çürütücüde minimum çamur yaşı, θc=12 gün,

Çürütücünün UKM yükü=1,5 kg UKM/m3-gün

(kaynağın orijinalinde 2,5 kg UKM/m3-gün’dür)Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 67: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

67

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

ÇÖZÜM:

Anaerobik çürütücüyü tasarlamak için önce primer ve sekonder çamur miktarlarını hesaplamak gerekir.

3

3

;

,

, /

,1000 /

; 1,02

,

( )

PÇ KKM

w

KM

Primer çamurların kütlesi vemiktarı

V Primer çamur hacmi m

W KKM ağırlığı kütlesi kg gün

Suyun yoğunluğu kg m

S Primer çamurun özgül ağırlığı

P Çamurun katı madde muhtevası on

i

d

3 3

; 0,05

; ( / ) 500( / ) 1000( / ) 0,05 1,02

25500(

25500 /

173/ ) 0,68 40 /

PÇ KKM

w PÇ M

K

kg gün

kgUKM gün

alık sayı

Primer çamurların kütlesi W kg gün m gün kg m

ÖnçöktürmeçamurlarındaUKM kg gü

WV

S P

n

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 68: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

68

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

ÇÖZÜM:

Anaerobik çürütücüyü tasarlamak için önce primer ve sekonder çamur miktarlarını hesaplamak gerekir.

3

3

;

,

, /

,1000 /

; 1,01

( )

,

AÇ KKM

w

KM

Sekonder çamurların kütlesi vemiktarı

V Aktif çamur hacmi m

W KKM ağırlığı kütlesi kg gün

Suyun yoğunluğu kg m

S Aktif çamurun özgül ağırlığı

P Çamurun katı madde muhteva

i

sı on

i

3 3

; 0,01

; ( / ) 1250( / ) 1000( / ) 0,0 12625 /

9469

1 1,01

12635( / ) 0,75 /

AÇ KKM

w AÇ KM

AÇ KKM

dalık sayı

Sekonder çamurların kütlesi W kg gün m gün kg m

Sekonder çamurlardaUKM kg gün

kg gün

kgUK

WV

S

M

P

gün

17340( / ) 9469( 26809 // )( ) ToplamUKi M kg gün kii kgUKM güg ng ün

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 69: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

69

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

3

3 3

3 3

;

, 12

12( ) 1750

;

26809

17

;

500( / ) 1250( / )

(

50 /

21000/

,

1

)

( )

/

c

Çamur yaşına göre

Çamur yaşı

Çürütücününtasarımı

Toplamçamur hacmi m gün m gün

m g

gün

Çürütücü hacmi gün

UKM yüküne göre

ToplamUKM kgUKM gün

UKM

i

ün

m gü

y k

v

ü

n

m

ü

3

3

3

,5 /

26809( / ) /1,5( / 1 872) 7

kgUKM m gün

Çürütücü hacmi kgUKM gün kgUKM m gün m

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 70: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

70

ÖRNEK-5ANAEROBİK ÇÜRÜTÜCÜ ISI HESABI

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 71: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

71

ÖRNEK: Isı hesabı

(Kaynak: Samır Kumar Khanal, (2008) Anaerobic biotechnology for bioenergy production: principles and applications, John Wiley & Sons, Inc. ISBN: 978-0-813-82346-1, p276)

Sıcaklığı 15 °C olan ham arıtma çamurları termofilik (55 °C) bir anaerobik çürütücüde stabilize edilecektir. Ham çamur debisi 250 m3/gün’dür. Isı kaybı, çürütücüye verilen ısının %10’u kadardır.

I. Isı eşanjörünün kapasitesini hesaplayınız.

II. Proses sıcaklığını sağlamak için ne kadar CH4 gazı gerekir?

ÇÖZÜM:

I. Ham çamurun sıcaklığını 15 °C’den 55 °C’ye getirmek için gerekli ısı, H;

Isı kaybı + ısıtma için enerji ihtiyacı;

II. Enerji ihtiyacını karşılayacak metan ve biyogaz (%60 CH4);

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

9

9

100 90

41,87 10

46,52 10

63 3 412 ,87 10 /50( / ) 1000( / ) 4,187( / ) 55( ) 15( )o o oH m gün kg m kJ kg C C C kJ gün

6 641,87 10 / 100 46,5/ 90 2 10 /H kJ gün kJ gün

6 3 3

3

4

6 3

4

2077 / ( )46,52 10 / / 22400( / )

46,52 10 / / 35846 1( / ) 283 / ( )

Q Biyogaz kJ gün kJ m

Q CH kJ

m gün STP

m CH gün STg n kJ m Pü

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 72: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

72

ÖRNEK-6İKİ KADEMELEİ

ÇÜRÜTÜCÜ TASARIMI

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 73: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

73

Nüfusu 80 000 kişi olan bir yerleşim yerinin atıksularıklasik aktif çamur prosesi ile arıtılacaktır.

Anaerobik çürütücünün çamur debisini hesaplayınız.

Anaerobik çürütücüyü tasarlayınız.

● Su tüketimi, maxqgün = 250 L/N-gün

● Kanala intikal fraksiyonu =%85

● Atıksu debisi =80 000×0,25×0,85=17 000 m3/gün

Parametre Konsantrasyon

KOİ (mg/l) 500

BOİ5 (mg/l) 220

AKM (mg/l) 220

TABLO Orta kuvvetlilikteki evsel atıksularda temel kirletici parametrelerin konsantrasyonları

Ön çöktürmede;

AKM giderme verimi =%50

UKM/TKM oranı =%69

BOİ5 giderme verimi =%30

Mekanik yoğunlaştırma sonrası TKM=%6 (%94 su)

Spesifik yoğunluk =1,03

Aktif çamur sisteminde;

Çamur üretimi =0,28 kg UKM/kg BOİ5

UKM/TKM oranı =0,80

Mekanik yoğunlaştırma sonrası TKM=%4 (%96 su)

Spesifik yoğunluk =1,017

Çürümüş çamurda;

Çürümüş çamurda TKM=%7 (%93 su)

Spesifik yoğunluk =1,02

ÖRNEK Klasik aktif çamur sistemi ile evsel atıksu arıtımında arıtma çamuru oluşumu- anaerobik çürütücü tasarımı.

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 74: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

74

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

ÇÖZÜM

1. Atıksu debisi;

3 3

;

; ( / ) 17000( / ) 0,22( / ) 0,50

1

1870 /

1290

187

870( / ) 0,69 /

0( / )

1

PÇ KKM

P

PÇ KK

Ç

w P

M

Ç KM

kg gün

Pirimer çamur miktarı

Primer çamurların küt

kgUK

lesi W kg gün m gün kg m

Önçöktürmeçamurlar

W kg gün

ındaUKM miktarı kg g

V

ü

S

M gn

P

ün

3

3

000( / ) 1,03 030,2

,066 /

kgm ün

mg

3

max max

3( ) 80000( ) 0,250 170( / ) 0, 00 /85günQ N q N m N gün m gün

2. Çamur debisi-primer çamur;

3

3

,

, /

,1000 /

; 1,02

, ; 0,06

PÇ KKM

w

KM

V Primer çamur hacmi m

W Pirimer çamurun KKM ağırlığı kütlesi kg gün

Suyun yoğunluğu kg m

S Primer çamurun özgül ağırlığı

P Çamurun katı madde muhtevası ondalık sayı

;

1870( / ) 0,31

580 /

Önçöktürmeçamurlarında SKM miktarı

kg

kg SKM

g

ün

ün

g

1870 /

1290 /

580 /

Pirimer çamurdaTKM

Pirimer çamurdaUKM

Pirimer çamurda SKM

kg TKM gün

kgUKM gün

kg SKM gün

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 75: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

75

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

3 3

5

5

;

17000( / ) 0,22(kg/ m 3)

3740( / ) 0,30

3740( / ) 1122(

740 /

1122 /

261/ /) 8

Aktif çamur miktarı

Aktif çamurun sisteminin BOİ yükü m gün

Önçöktürmede giderilen kg gün

Aktif çamurun BOİ yükü kg g

kg g

ün kg gün

ün

k

Akti

g gün

kg

f çam

gün

5

; ( / )

2618( / )

733

733 /

( / ) 0,80

733( / ) 0,

0,28( / )

586,4 /

146,6 /20

AÇ KKM

kg

ur sistemindeoluşançamurunküt

gün

kgU

lesi W kg gün

Aktif çamurdaTKM kg gün

Aktif çamurdaUKM kg gün

Aktif çamurda SKM kg g

kgU

KM

KM kg B

g

O

ün

kg SKM gün

İ

ün

A

3

3

733( / )

1000( / ) 118

,017 0,04; ,02 /

AÇ KKM

w AÇ KM

W kktifçamur hacmi

g günV

S P km ü

gg n

m

3. Çamur debisi-aktif çamur;

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 76: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

76

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

1876,7 /12 ) 586,4( / )90( /

Pirimer çamurUKMmiktarı Aktif çamurUKM miktar

kg gü

ı

kg g kgUKM g n nüün

5. Çürütücüye giren UKM;

4. Çürütücünün beklenen çamur debisi;

3 3330,26( ) 18,02( / /) 48,3/Pirimer çamur hacmi Aktif çamur hacmi m gü m gü gn nn m ü

1 ) 733( 26038 / ) /70( /

Pirimer çamurTKMmiktarı Aktif çamurTKM miktarı

kgTKM gü kgT kKM g gTK g nün ün M

6. Çürütücüye giren TKM;

3 3

3 3

,%

0,06 30,26( / ) 0,04 18,02( / )( %%) 100

30,26( / ) 18,02( / )5,25

ÇürütücüyebeslenençamurdaTKM muhtevası

m gün m günTKM

m gün m gün

7. Çürütücüye beslenen çamurun TKM muhtevası;

1876,4( / ) / 2603( / )/ 0,721Ç M kg günürütücüyebesl kgenenç günamurda UKM TK

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 77: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

77

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

Çamurun TKM muhtevası, %

UKM yükle faktörü (kg UKM/m3-gün)

θ=10 gün θ=12 gün θ=15 gün θ=20 gün

4 3,06 2,55 2,04 1,53

5 3,83 3,19 2,55 1,91

5,25 2,00

6 4,59 3,83 3,06 2,30

7 5,36 4,46 3,57 2,68

8 6,12 5,10 4,08 3,06

9 6,89 5,74 4,59 3,44

10 7,65 6,38 5,10 3,83

TABLO Çamur TKM muhtevasının hidrolik bekletme süresine ve UKM yüklemehızına etkisi (çamurun UKM muhtevası %75 ve yoğunluğu 1,02 g/cm3)

θh=20,7 gün, %76,4 UKM ve UKM=%5,25 için interpolasyon ile UKM yükü=2 kg UKM/m3-gün

Standart hızlı anaerobik çürütücülerde UKM yükü=0,48-1,6 kg UKM/m3-gün

Yüksek hızlı anaerobik çürütücülerde UKM yükü=1,6-6,4 kg UKM/m3-gün

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 78: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

78

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

8. Çürütücünün hacmi;

3 3

3

1876,7 ( / )

2938,0 1

,0( / )000

kgUKM günV

kgU M ünm

gm

K m

9. Çürütücünün HBS;

3

3

1000( )

48,3( /20,7

)10h gün

m

m güngün

10. Çürümüş çamur hacmi;

20, .% 87 4h güniçinUKM gidermeverimi civarındabeklenir

θh=20,7 gün ve %76,4 UKM için EUKM= %48

580 146,6 1876,7 (1 0,48)

26

17

03 1876,7 0,48 2603 900,8

02,5 /

1702,2 /

( )

( )

( )

i

ii

Kalan TKM Pirimer SKM Sekonder SKM GiderilemeyenUKM

Kalan TKM

KalanTKM Çürütücüye girenTKM Çürütücüde giderilenUK

i

kg gün

k

M

Ç

g n

ai

ü

i

g

3

31702,2 /

1000( / ) 1,02 0,0723,84

kg günmur mhacmi

kg m

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 79: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

79

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

11. Çürütücünün boyutlandırılması;

Çürütücülerin derinliği 6-12 m ve çapları 6-34 m arasında değişir.

Reaktörün derinliği H=10 m kabul edilirse;

32

22

1000( ),

10( )

, 100 11,3

1

124

00V m

Yüzey alanı AH m

DReaktörünçapı m D

m

mm

12. Biyogaz üretimi; Anaerobik çürütücülerde biyogaz üretimi 0,8-1,1 (1,0) m3/kg UKMgid. arasında değişir.

3

. .

3900,8( / ) 1,0( / ) 900 /gid gidBiyogaz üretimi kgUKM gün m kgU üM m nK g

13. Biyogazın enerji karşılığı; Biyogazın enerji eşdeğeri 22,4 MJ/m3’tür.

3 93 20160 / 20,16900( / 10 /) 22,4( / )Biyogaz enerjisi m gün MJ m MJ gün J gün

14. Reaktörü 35 °C’ye getirmek için ısı ihtiyacı; Reaktöre verilen ısının %20’si kayıp olsa;

3

9 9

3, 48,3( / ) 1000( / )

3,65 10 / , ( ; 4,

(35 17 ) 4200 /

%1 0 /5 30 1 )

o o oIsı ihtiyacı H m gün kg m C C J kg C

ısı kaçağıJ gün Ha J ünols g

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 80: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

80

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

ÖZET

Anaerobik çürütücülerde günlük biyogaz debisi reaktör hacmi mertebesindedir.

Konvansiyonel aktif çamur sistemlerinde açığa çıkan çamurun 1/3’ü aktif çamurlardan, kalan kısmı ön çöktürme çamurlarından oluşur.

Büyük tesislerde pirimer çamurları anaerobik, aktif çamurları ise aerobik stabilizasyon yoluyla bertaraf etmek tercih edilebilir.

Anaerobik çürütücülerde UKM giderimi en az %38’dir.

Tasarım prosedürü;

Pirimer çamur üretimi, TKM ve UKM muhtevası

Aktif çamur üretimi, TKM ve UKM muhtevası

Çamur debisi, TKM, UKM yükleri, stabilizasyon verimi

Hidrolik bekletme süresi

Reaktör hacmi

Çürütülmüş çamur hacmi

Biyogaz hacmi

Enerji üretimiDoç. D

r. Ahmet G

ÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 81: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

81

ÖRNEK-7ÇAMUR ÇÜRÜTME

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 82: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

82

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

ÖRNEK: (Kaynak: RUMANA RIFFAT (2013) Fundamentals of Wastewater Treatment and Engineering Taylor & Francis Group, CRC Press6000 Broken Sound Parkway NW, Suite 300 Boca Raton, FL, p260)

Bir konvansiyonel evsel atıksu arıtma tesisinin debisi 30 000 m3/gün’dür.

Ham atıksu;

AKM=200 mg/l

BOİ5=240 mg/l

Ön çöktürme verimleri;

AKM =%50

BOİ5=%35

Çamurun su muhtevası=%94

Çamurun özgül ağırlığı=1,06

Havalandırma havuzu;

F/M=0,33

Biyokütle dönüşüm oranı, Y=0,4

Bu konvansiyonel evsel atıksu arıtma tesisi için anaerobik çürütücüyü boyutlandırınız.

Son çöktürme;

Çamurun KM muhtevası=%1,5

Çamurun özgül ağırlığı=1,02

Çamur yoğunlaştırma;

Çamurun su muhtevası=%96,5

Anaerobik çürütücü;

UKM/TKM=0,74

UKM giderme verimi=%55

Çamurun katı madde muhtevası %6,5

Fazla biyolojik çamur

Aerobik aktif çamur

Son çöktürme

havuzuÖn çöktürme havuzu

WAS

Anaerobik çürütücü Mekanik

susuzlaştırma

Biyogaz

Kum tutucu

Mekanik

yoğunlaştırıcı

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 83: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

83

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

ŞEKİL Evsel atıksu klasik (konvansiyonel) arıtma tesisi akım şeması

Fazla biyolojik çamur

Aerobik aktif çamur

Son çöktürme

havuzuÖn çöktürme havuzu

WAS

Anaerobik çürütücü Mekanik

susuzlaştırma

Biyogaz

Kum tutucu

Mekanik

yoğunlaştırıcıDoç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 84: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

3

3

,

, /

,1000 /

; 1,06

,

1 0,94 0,06( )

KM

w

KM

KM

V Primer çamur hacmi m

W KKM ağırlığı kütlesi kg gün

Suyun yoğunluğu kg m

S Primer çamurun özgül ağırlığı

P Çamurun katı madde muhtevası ondalık sayı

problemde P

84

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

ÇÖZÜM:

Anaerobik çürütücüyü tasarlamak için önce çamur miktarlarını hesaplamak gerekir.

3 3 6000 /

;

; 30000( / ) 0,20( / )

%50 ; 0 3000,50 6000 /

, ;

(1)

/

p

w

ç

p

ç

p

Primer çamurların kütlesi vemiktarı

Hamatıksudaki katımadde KM m gün kg m

Önçöktürmede KM giderimi W kg gün

Önçöktürmeçamurlarının h

kg gün

kg g

ac

ü

V

S

i

WV

n

m

3

3

3000( / )

1000( / ) 1,47

06 0,,1 /

067

ç KM

P

kg günV

kggün

mm

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 85: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

85

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

3

5

5

( ) ;

(1 0,35) 240( / )

156(mg/ l)

156 /

141mg/ l 015(mg/ ,141 /

0

l

( )

)

2

,4

mg l

Aktif sekonder çamurların kütlesi vemiktarı

Havalandırma havuzuna giren BOİ mg L

Havalandırma havuzunda giderilen B

Aktif çamurların küt

Oİ kg m

lesi

3

3

3

3

, ;

1692 /0,141( / ) 30000( / )

1692( / )

1000( / ) 1,02 0,01

1 0 9 /

5

1 ,5

w AÇ KM

kg m m gün

Aktif ç

WV

S P

kg gü

kg gün

m g

amurla

n

rın h

ün

Vk

ac

g m

mi V

3

3

,

, /

,1000 /

; 1,02   

(

,

0

KM

w

KM

KM

V Aktifr çamur hacmi m

W KKM ağırlığı kütlesi kg gün

Suyun yoğunluğu kg m

S Aktif çamurun ögül ağırlığı

P Çamurun katı madde muhtevası ondalık sayı

problemdeaktif çamur için P

,015)Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 86: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

86

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

;

' %100 ;

;

1692 /

(3)

w

Yoğunlaşmış çamurların hacmi

Yoğunlaştırıcıda KM lerin tutulduğu kabul edilirse

Yoğunlaştırıcıya gire

Yoğunla

n KM kütlesi Yoğunlaşt

ştırılmış ç

ırıcıdançıkanKM kütlesi

amurla

WV

S

rın h

kg ü

ac iV

g

m

n

3

3

1692( / )

100

52,44 /

0( / ) 1,02 (1 0,965)

YÇ KM

P

kg günV

kg m

m gün

3

3

,

, /

,1000 /

w

V Yoğunlaştırılmış çamur hacmi m

W KKM ağırlığı kütlesi kg gün

Suyun yoğunluğu kg m

; 1,02

,

(1 0,965( )

KM

KM

S Yoğunlaştırılmış çamurun spesifik ağırlığı

P Çamurun katı madde muhtevası ondalık sayı

problemde yoğunlaştırılmış çamurlar için P

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 87: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

87

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

3 3 3

;

; 3000( ) 1692( )

; 47,17 ( / ) 52,44( / ) 99,61

4872

1 ;

4)

/

(

Ç PÇ A

KM

w

Ç

Çürütücüye girençamurun KM kütlesi ve hacmi

Çamurun kütlesi W kg kg

Çamurun hacmi V V V m gün m gün m gün

Çamurlarınözgül ağırlığını kabul eder

WP

kg gün

ek

S

3

3 3

%4,89( 1 0,0489 0,9511 %95,11)

0,0489

48,911 / 48911

4872( / )

1000( / ) 1,0 99,61( )

/

AÇ YÇ

KM

KM muhtevası su muhtevası

KM konsantra

V

kg günP

kg m

syo

m

m mn kg g Lu

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 88: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

88

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

3

;

( ) ; 99,61

; 4872 /

' ; 487 3605,282( / ) /

(5)

0,74

Ç

Ç

Çürütücüye girençamurun KM dengesi

Ham primer sekonder çamur hacmi V m

Çürütücüye giren KM kütlesi W kg gün

Çürütücüye giren KM ninorganik fraksiyonu UKM kg gün

Çürütücü

kg gün

ye gi

.

1266,72

' ; 4872( / ) 3605,28( / )

%55

;

3605,28( / )

/

1983605,28( / ) 0,55 2,90 /

(1 0,5

gid

ren KM nininorganik fraksiyonu SKM kg gün kg gün

ÇürütücüdeUKM gidermeverimi

GiderilenUKM UKM

Kalanorganik madde

kg

kg gün

kg güng n

n

ü

kg gü

3

3

5)

1266,

1622,3

72(

2889,10( / );

/ )

8 /

2889,10

1000( / ) 1 0,06

1622

( /

,3

5

8

)

44

( / )

;

, 45 /AÇ

ÇÇ ÇÇ

w A

Ç

Ç YÇ

Ç

kg gün

kg gü

Anaerobik çürüme sonrası kalanT

W kg gü

KM kg gün kg gün

nV V

S V kg m

Çürümüş çamur hacm

n

m ü

i

g n

V

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 89: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

89

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

1 2

3

3

3

1

2

3

2

: ,

: , /

:

;(5

, /

: ,

: ,

99,61( / )

)

Ç ÇÇ

ÇÇ

Ç

ÇÇ

V VV t V t

V Çürütücü hacmi m

V Hamçamur yüklemehızı m gün

V Çürümüş çamur oluşumhızı m gün

t Çamur çürüme süresi gün

t Çürümüş çamur beklemesüres

Tek kademeli çürütü

i gün

m gün

cü ac

V

a h mi

3

3

344,45( / )25 44,45( / ) 6

446

0

7,

(

75

)2

m güngün m gü

m

n gün

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 90: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

90

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

1

3

2 1 2

3

2

3

3996,

;

99,61( / ) 1 10( )

;2

: ,

: , /

:

;(5 )

Ç h

Ç ÇÇ

ÇÇ

Ç

ÇÇ

Birinci kademe V V

m gün gün

V Vİkinci kademe V t V t

V İki

Çift

nci kademeçürütücü hacmi m

V Hamçamur yüklemehızı m gün

V Çürümüş çamur oluş

kademeli çürütücü hacmi

m

b

um

3

1

2

3 3

3 3

33

3

, /

: ,

: ,

99,61( / ) 44,45( / )( ) 44,45( /

996,10(

30

) 3027,15( )

) 60 27,15

4025,

( )

5

25

2

zı m gün

t Çamur çürüme süresi gün

t Çürümüş çamur beklemesüresi gün

m gün m günV gün m gü

İki adet reaktörüntoplamha

m

cmi

m m m

n n

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 91: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

91

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

Tek kademeli yüksek hızlı çürütücülerin hacmi KM yüküne, hidrolik bekletme süresine, ve herhangi bir ampirik yaklaşıma göre hesaplanabilir.

Yüksek hızlı çürütücüler geri devirsiztam karışımlı reaksiyon modellerine göre hesaplanır.

Yüksek hızlı çürütücülerde;

LUKM=1,6-4,8 kg UKM/m3-gün

θc= θh=15-20 gün

Çamur yaşının 30-60 gün olduğu konvansiyonel çürütücülerde LUKM=0,32-1,0 kg UKM/m3-gün

ŞEKİL Tek kademeli standart hızlı anaerobik çürütücü

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 92: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

92

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

(6) Biyogaz üretimi;

3 9

9

3 44397 / 44,4 101982( / ) 22,4( / )

%7

/

33,3 15 0 /

Biyogaz enerjisi m gün MJ m

boiler verimi ileüretilebilecek enerji

MJ gün J gün

J gün

(7) Reaktörü 35 °C’ye getirmek için ısı ihtiyacı;

Ham çamurun sıcaklığı 14 °C

3

9

3, 44,45( / ) 1000( / ) (35 14 )

3,92

4200 /

10 /

o o oIsı ihtiyacı H m gün kg m C C J kg C

J gün

.

33

4

33

.1982,90( / ) 1 ( / )

%6

1982,90 /

1982 /

11900 1982( / ) 0,60

;

/

gid

gid

kg gün m biyogaz kgUKM

CH

GiderilenUKM UKM

Üretilenbiyogaz

kg gün

m g

m gün

ün m gün

9; 4,61 1 )% 0 /15 Hısı kaçağ J nı gü 9

100 85

3,92 10

Reaktörde üretilen enerjinin %12’si reaktörü ısıtmak için yeterlidir.Reaktörü ısıtmak için gerekli enerji << Üretilen biyogaz enerjisi

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 93: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

93

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

8

5

(8

,

;)

Reaktöründerinliği ve

Zemin altında temel derinliği

Çürütücü betonarmedir temel altındaki duvarlar kuru toprak ile temas etmektevetemel üstündeki

yüzey

Reaktörünboyut

ler ısı izolasyo

lan

nu i

dırı

leka

lm

pl

a

a

m

n

kt

m

ca

.ır

Hava sıcaklığı5 °C

3 m

5 m

35 °C

27m

Toprak sıcaklığı8 °C

3

23

; ,

; ,

446

7

)4

2

7 (

V çürütücü hacmi m

D çürütücü çapı m

Dm

m

H

D

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 94: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

94

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

Problemin özeti;

Giderilen kg UKM başına 0,8- 1,0 (1) m3 biyogaz açığa çıkar.

Anaerobik çamur stabilizasyon reaktörleri tam karışımlı geri devirsiz reaktörlerdir.

Çamur debisi fazla olursa reaktörde HBS süresi (çamur yaşı) azalır, dolayısıyla çamur stablizasyon verimi düşer.

Çamur debisi fazla olursa reaktörün ısıtılması için gerekli ısı enerjisi sarfiyatı artar.

Çürütücülere beslenen çamur organik maddece zengin olduğu için anaerobik stabilizasyonla açığa çıkan biyogaz reaktörü ısıtmak için gereken enerjiden oldukça fazladır; üretilen biyogaz enerjisinin %10-15’i reaktörü ısıtmak için yeterlidir.

Çamurların hacminin minimum olması için çamurun olabildiğince yoğunlaştırılması (TKM muhtevasının olabildiğince artırılması) gerekir. Çamurların yoğunlaştırılması, kimyasal şartlandırıcı ilave edilerek mekanik ya da graviteli yoğunlaştırıcılarla gerçekleştirilebilir. Çamurların hacmi azaltılabildiği takdirde anaerobik reaktörün hidrolik bekletme süresi uzayacağından stabilizasyon verimi de artacaktır.

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 95: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

95

ÖRNEK-8ÇAMUR

ŞARTLANDIRMA

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 96: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

96

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

ÖRNEK: Anaerobik stabilizasyon sonrası çamurların şartlandırılması

Anaerobik olarak çürütülmüş çamurların şartlandırılması maksadıyla %100 saflıkta FeCl3•6H2O yapılan filtre süresi deneyi aşağıda belirtilen şartlarda yürütülmüştür (MW: FeCl3•6H2O 270.32; Fe: 55.85).

• Şartlandırmada kullanılan kimyasal madde %100 saflıktaki FeCl3•6H2O

• FeCl3•6H2O çözeltisi; 1 ml≡10 mg Fe3+ olan çözelti hazırlanmıştır.

• Numune hacmi =500 ml

• FeCl3•6H2O çözeltisinin optimum dozu 5 ml/500 ml

• Çamurun TKM konsantrasyonu 25 000 mg/l

40 m³/gün çamur debisi için;

a. 1ml≡10 mg Fe3+ çözeltisinden 500 ml hazırlamak için ne kadar %100 saflıktaki FeCl3•6H2O gereklidir?

b. Tesiste kullanılacak %100 saflıktaki FeCl3•6H2O sarfiyatını hesaplayınız.

c. %85 saflıkta FeCl3•6H2O kullanılsaydı günlük sarfiyat ne olurdu?

d. Optimum şartlandırıcı dozunu g Fe3+/kg KKM ve g FeCl3•6H2O (%100 saflıkta)/kg KKM cinsinden hesaplayınız.

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 97: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

97

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

MW FeCl3•6H2O= 270,32 g/mol

MW Fe 55,85 g/mol

% saflık FeCl3•6H2O= %85

ÇÖZÜM:

a) Çözelti,

1 ml ≡ 10 mg Fe3+

500 ml çöz. ≡ 5000 mg Fe3+

5000 mg Fe3+ ≡ 24,201 g FeCl3•6H2O

24,201 g FeCl3•6H2O/500 ml ≡ 10 mg Fe3+/1 ml

1 ml ≡ 10 mg Fe3+

b) Optimum g FeCl3•6H2O dozu ve sarfiyat;

250 ml 10 g FeCl3•6H2O/250 ml

2,5 ml 0,1 g FeCl3•6H2O/250 ml

3

3

3

3

3

2

3

340 /

5

/

100 /

100 / ³

0,10

/ 500

19,4 %100 • 6 / 4

/ ³

40

0

³

/

10

³

ml Fe l numune

mg Fe l

g F

Optimum doz ml Fe ml

kg

kg

FeCl H O m

e m

kg F

numun

Fe m

n

e m

e

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 98: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

98

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

c) Günlük sarfiyat;

3

3

2

2 23 40 ³ /

30 %8

22,77

5 • 6 /

7 %85

40

19, • 6 / 40 ³ /4 %100

³ /

• 6 / kg FeCl H Om gün

Günlük sarfiyat kg F

kg FeCl H

e

m gün

Cl H O m ün

O

g

d) KKM cinsinden doz;

/

1000 / 40 ³

³

25 ³

25000

/

g m

k

kg

T M

m

K

g

m

3

3 3

3

3

3

;

40 / 40

40 /1000

0,004 /

4 /

KKM başına Fe dozu

kg Fe m

kg Fe kg KKM

kg Fe kg KKM

g Fe kg KKM

3 2 3 2 %100 ' • 6 ;19,36 %100 • 6 / KKM başına lük FeCl H O dozu g FeCl H O kg KKM

340 / 40 ³Optimumdoz kg Fe m

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 99: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

99

ÖRNEK-9ÇAMUR ÖZGÜL

AĞIRLIĞI

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 100: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

100

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

ÖRNEK

Bir çamur numunesi ağırlıkça % 90 su, %10 katı madde ihtiva etmektedir. Katı maddelerin 1/3’ü sabit, 2/3’ü ise yanıcı

(uçucu) formdadır. Çamurun özgül ağırlığını bulunuz.

Suyun özgül ağırlığı 1 gr/cm³

Uçucu katıların özgül ağırlığı 1 gr/ cm³

Sabit katıların özgül ağırlığı 2.5 gr/ cm³

Ağırlıkça

Özgül ağırlık

Su 90,0% 1 g/cm3

Katı 10,0%

Sabit 33,0% 2,5 g/cm3

Organik 67,0% 1 g/cm3

1,000

1/SST 0,802

SST 1,247 g/cm3

Su içerisindeki katıların özgül ağırlığı

1/SSludge 0,9802

SSludge 1,020 g/cm3

çamurunkatıların özgül ağırlığı

VS

VS

FS

FS

TS

TS

S

W

S

W

S

W

W

W

S

S

SL

SL

S

W

S

W

S

W

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.

Page 101: Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Proses Tasarımı BalÇevre Müh. Böl ...cevre.balikesir.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/10_11...2017/09/10  · (1) bench-scale tests simulate the full-scale

101

Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]

TERMİNOLOJİ

Süpernatant: Çürütücünün TKM muhtevası oldukça düşük olan üst fazı.

Hidroliz: Suda çözünme reaksiyonudur. Hidroliz süresince, hidrolitik bakteriler büyük ve kompleks bileşenleri küçük ve basit sübstrat bileşenlerine çözündürür. Hidroliz organik maddelerdeki karbonun oksidasyonseviyesini değiştirmez. Hidroliz reaksiyonları oksidasyon-redüksiyon reaksiyonu değildir.

Doç. Dr. A

hmet GÜNAY

Balıkesir

Üniversit

esi

Müh. Fak., Çevre

Müh. Böl.