Upload
others
View
2
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
+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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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
gü
Doç. Dr. A
hmet GÜNAY
Balıkesir
Üniversit
esi
Müh. Fak., Çevre
Müh. Böl.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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
PÇ KKM
w
PÇ
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
PÇ
w PÇ M
PÇ
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.
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
AÇ KKM
w
AÇ
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
PÇ
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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
PÇ KKM
w
PÇ
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.
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
AÇ
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
3
3
,
, /
,1000 /
; 1,06
,
1 0,94 0,06( )
pç
KM
w
pç
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
pç
PÇ
w
ç
p
ç
p
PÇ
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
PÇ
P
kg günV
kggün
mm
Doç. Dr. A
hmet GÜNAY
Balıkesir
Üniversit
esi
Müh. Fak., Çevre
Müh. Böl.
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
AÇ
AÇ
w AÇ KM
AÇ
AÇ
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
AÇ
KM
w
AÇ
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.
86
Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]
;
' %100 ;
;
1692 /
(3)
YÇ
YÇ
YÇ
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
AÇ
P
kg günV
kg m
m gün
3
3
,
, /
,1000 /
YÇ
YÇ
w
V Yoğunlaştırılmış çamur hacmi m
W KKM ağırlığı kütlesi kg gün
Suyun yoğunluğu kg m
; 1,02
,
(1 0,965( )
YÇ
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.
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
Ç PÇ A
AÇ
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.
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.
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.
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
hı
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
gü
m m m
n n
Doç. Dr. A
hmet GÜNAY
Balıkesir
Üniversit
esi
Müh. Fak., Çevre
Müh. Böl.
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.
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.
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
sı
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.
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.
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.
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.
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
gü
Fe m
n
e m
e
Doç. Dr. A
hmet GÜNAY
Balıkesir
Üniversit
esi
Müh. Fak., Çevre
Müh. Böl.
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.
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.
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.
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.