Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

ANAEROBİK ARITIM Yrd. Doç. Dr. Erkan ŞAHİNKAYA Harran Ünv. Müh. Fak

Benzer bir sunumlar


... konulu sunumlar: "ANAEROBİK ARITIM Yrd. Doç. Dr. Erkan ŞAHİNKAYA Harran Ünv. Müh. Fak"— Sunum transkripti:

1 ANAEROBİK ARITIM Yrd. Doç. Dr. Erkan ŞAHİNKAYA Harran Ünv. Müh. Fak
ANAEROBİK ARITIM Yrd. Doç. Dr. Erkan ŞAHİNKAYA Harran Ünv. Müh. Fak. Çevre Müh. Böl.

2 İÇERİK; 1. Anaerobik Arıtımın tanıtımı 2. Avantaj ve dezavantajları
3. Proses mikrobiyolojisi 4. Kullanılan reaktör tipleri 5. Uygulama örnekleri

3 Endüstriyel atıksu arıtımı amacıyla kurulan
Anaerobik Tesis sayısı

4 Metan çok düşük çözünürlüğe sahip olup sudan kolayca ayrılır.
Anaerobik Arıtım En basit haliyle, organik maddelerin oksijensiz ortamda arıtımı şeklinde tanımlanabilir. Anaerobik ortamda karbon, en düşük oksidasyon seviyesi (-4) olan CH4’a dönüştürülür. Metan çok düşük çözünürlüğe sahip olup sudan kolayca ayrılır.

5 Anaerobik şartlarda, metan üretim miktarı
Metan üretimi Metanın KOİ eşdeğeri CH4 + 2O CO2 + 2H2O (O2 = 32 g/mole) 1 mol metan = 2 * 32 g O2/mol CH4 = 64 g KOİ/mol CH4 Standart şartlarda (0 oC ve atm), 1 mol metan = L Anaerobik şartlarda, metan üretim miktarı = L metan/ 64 g KOİ = 0.35 L Metan/ g KOİ (0 0C ve 1 atm) 5

6 Anaerobik şartlarda, metan üretim miktarı
Mesofilik Şartlarda Metan Üretimi 35 oC de Metan Üretimi V =Gaz hacmi, L n = Gazın mol değeri, mol P = Basınç, atm T = Sıcaklık, K ( oC) R = Universal gaz sabiti, atm.L /mole.K PV = nRT V = (1 mole) ( atm.L/mol.K) {( )K} / (1 atm) V = L/1mol gaz (35oC) Anaerobik şartlarda, metan üretim miktarı = L of CH4 / 64 g KOİ = L CH4 / g KOİ (35 oC ,1 atm) 6

7 Buswell ve Boruff Denklemi
Anaerobik Koşullarda; 7

8 ANAEROBIK ARITIMIN AVANTAJ VE DEZAVANTAJLARI
Düşük çamur üretimi Düşük nütrient ihtiyacı Düşük enerji gereksinimi Enerji kaynağı olan metanın üretimi Uçucu toksik organiklerin havaya karışmaması Yüksek organik yüklemelere izin vermesi (anaerobik: kg KOİ/m3.gün, aerobik: kg KOİ/m3.gün ) DEZAVANTAJLAR Bakterin düşük büyüme hızı Koku oluşabilmesi pH kontrolü için kimyasal gerekebilir Seyreltik sularda düşük verim

9 Tipik Y değeri (g UAKM/g KOİ)
Düşük miktarda çamur üretimi Bakteri Grubu Tipik Y değeri (g UAKM/g KOİ) Metanojenler 0,02-0,04 Aerobik heterotrofik bakteriler 0,35-0,60 Anaeobik koşullarda daha az enerji üretilecek olup, oluşacak çamur miktarı aerobik koşullara göre 6-8 kat daha azdır. Çözünmüş BOİ 1 kg Aerobik proses CO2 + H2O 0.5 kg Biyokütle CH4 gaz > 0.9 kg biyokütle < 0.1 kg Anaerobik proses 9

10 Düşük nütrient ihtiyacı
Daha az çamur üretimi daha az nütriente ihtiyacı. Bazı endüstriyel atıksuların arıtımı için avantajlıdır. Düşük enerji gereksinimi Oksijen gerekmez. Metan yanıcı bir gaz olup, anaerobik arıtımda oluşan gazda %60-70 metan, %30-40 CO2 bulunur. Ayrıca, %2-5 H2S bulunabilir. Metanın enerji değeri: 35,8 kJ/L 10

11 Anaerobik ve aerobik artımın kıyaslanması
Q= 100 m3/gün, KOİ= 10 kg/m3, sıcaklık = 20 0C Atıksuda KOİ konsantrasyonu yaklaşık 1300 mg/L olması durumunda aerobik ve anaerobik arıtım için eşit miktarda enerji gerekir. Anaerobik artım için KOİ>1500 mg/L olmalı.

12 Tipik µm değerleri (1/gün)
Bakterin düşük büyüme hızı Bakteri Grubu Tipik µm değerleri (1/gün) Metanojenler 0,20-0,4 Aerobik heterotrofik bakteriler 3,0-13,0 Metanojenler, aerobik bakterilere göre kat daha yavaştır. Tesisin işletmeye alınmasında ciddi problem.

13 ARITIM MİKROBİYOLOJİSİ
ANAEROBİK ARITIM MİKROBİYOLOJİSİ

14 Anaerobik arıtım Basamakları (Bakteriler arasındaki ilişkiler)
Kompleks organik bileşikler; Karbonhidratlar, proteinler, yağlar Çözünmüş daha basit bileşikler (amino asitler, şekerler, yağ asitleri) Uzun zincirli yağ asitleri (Valerik, bütrik, propiyonik asit vb.) H2, CO Asetat CH4, CO2 1. Hidroliz 2. Fermentasyon (Acidogenesis) 3. Acetogenesis 4. Methanogenesis 1 g giderilen KOİ = L CH4 (35 oC, 1 atm) 14

15 Organiklerin anaerobik arıtımı basit olarak;
Kompleks Organikler Organik asitler + H2 CH4 + CO2 Birinci basamakta görev alan bakteriler metan bakterilerinden daha hızlı büyür. Çünkü daha fazla enerji üretilir. Metan üretim basamağı çoğu zaman hız sınırlayıcıdır. Bazı durumlarda hidroliz (selüloz içeren atıklarda) hız sınırlayıcı basamak olabilir.

16 1. Hidroliz bakterileri Kompleks organik moleküllerin (protein, selüloz, lignin, yağ) amino asit, glikoz, yağ asidi ve gliserol gibi monomer moleküllere dönüştürülmesinde görev alırlar. Kompleks moleküllerin hidrolizinde hücre dışı enzimler görev alırlar. En önemlileri; selülaz (cellulases), proteaz (proteases) ve lipaz (lipases). Hidroliz basamağı oldukça yavaş olup, kompleks atıkların (özellikle selüloz ve lignin içeren atıkların) anaerobik çürütülmesinde hidroliz basamağı hız sınırlayan basamaktır.

17 2. Fermentatif asidojenik bakteriler
Asidojenik (asit üreten) bakteriler (Clostridium gibi) şeker, amino asit ve yağ asitlerini organik asitlere (asetik, formik, laktik, bütrik yada succinic asit), alkollere ve ketonlara (etanol, metanol, gliserol, aseton), asetat, CO2 ve H2’ye dönüştürür. Oluşan ürün bakteri çeşidine ve işletme koşullarına bağlı olarak değişir.

18 3. Asetojenik bakteriler
Syntrobacter wolinii ve Syntrophomonas wolfei gibi asetojenik bakteriler, yağ asitlerini (propiyonik asit ve butrik asit gibi) ve alkolleri asetat, hidrojen ve CO2’e dönüştürür. Bu ürünler metanojenik arkeler tarafından kullanılır. Yağ asitlerinin dönüşümü için düşük H2 konsantrasyonları gereklidir. Yüksek H2 basınçlarında, asetat üretimi azalarak substrat propiyonik asit, butrik asit ve etanole dönüşerek metan üretimi düşebilir. Asetojenik bakteriler ile metanojenik arkeler arasında simbiyotik bir ilişki vardır. Metan üreten bakteriler, H2’ni kullanarak H2 basıncını azaltır. Böylece, asetat üretimini arttırır. Online olarak, uçucu yağ asitleri ve H2 ölçülerek, anaerobik reaktörün performansı izlenebilir.

19 Aşağıdaki reaksiyonlarla; etanol, propiyonik asit ve butrik asit, asetojenik bakteriler tarafından asetata dönüştürülür. Asetojenik bakteriler, metanojenik bakterilerden çok daha hızlı çalışır. Asetojenik bakterilerin µmax değeri 1 saat–1 iken, metanojenik bakterilerin µmax değeri 0,04 saat–1 dir.

20 Metanojenler Organik asitleri kullanarak metan gazı üretir.
Yavaş büyüyen arkelerdir. Generation zamanı (ikilenme zamanı) 35oC’de 3 gün, 10oC’de ise 50 gündür. Sadece bazı substratları kullanabilirler: asetat, H2,CO2, format, metanol ve metilamin. Bütün bu substratlar mthylCoM (CH3-S-CoM)’e indirgenir ve bu madde MthylCoM redüktaz enzimi ile metan (CH4) gazına dönüştürülür. Metanojenler iki alt gruba ayrılırlar. Hidrojen kullanan kemolitotrofik metanojenler: Asetat kullanan metanojenik bakteriler

21 1. Hidrojen kullanan kemolitotrofik metanojenler
Bu grup bakteriler hidrojen ve karbondioksit kullanarak metan üretirler. Bunlar ototrofik olup, karbon kaynağı olarak CO2’i, enerji kaynağı olarak da hidrojeni (H2) kullanırlar.

22 H2 kısmi basıncının serbest enerji değişimine etkisi
Asetojenik bakterilerin asetat üretebilmesi için H2<10-4 atm olmalı. H2 kullanan metanojenler için ise H2>10-6 atm olmalı. Anaerobik arıtımda 10-6 atm<H2<10-4atm. Dolayısıyla metanojenler potansiyellerinin çok altında çalışmaktadır.

23 Asetojenik bakteriler ile metanojenik bakteriler arasındaki ilişki syntrophy (beraber yaşama) olarak bilinir. H2 üreten asetojenlerin fonksiyonu için H2 kullanan metanojenler gereklidir.

24 2. Asetotrofik metanojenler
Methanosarcina ve Methanosaeta bu gruba giren önemli metanojenlerdir. Methanosarcina (µmax = 0.3 gün-1; Ks=200 mg/L) ve Methanosaeta (µmax = 0.1 gün-1; Ks=30 mg/L) arasında aynı substrat için rekabet olup; Ks değeri düşük olan Methanosaeta düşük substrat konsantrasyonlarında, µmax değeri büyük olan Methanosarcina ise yüksek µmax değerine sahip olup yüksek substrat konsantrasyonlarında ortamda dominant olur. Genellikle üretilen metanın 2/3’ü asetatın substrat olarak kullanılması sonucu üretilir. Kalan 1/3’ü ise CO2 ve hidrojenin kullanılması sonucu üretilir.

25 Methanosaeta Methanosarcina

26 Metanojenler, arke adı verilen ayrı bir alem içersinde sınıflandırılmakta olup; arkeler bakterilerden aşağıdaki özellikleriyle ayrılır; Arkelerin hücre duvar yapısı bakterilerden farklıdır. Örneğin, metanojenlerin hücre duvarında peptoglikan tabakası bulunmaz. Metanojenler özel bir ko-enzim olan F420’ye sahip olup metabolizimde bu ko-enzim elektron taşıyıcı olarak davranır. Metanojenler ayrıca, nikel içeren özel bir koenzim olan F430’a da sahiptir. Metan üretiminde anahtar bir rolü olan metil ko-enzim M (methyl coenzyme M) görev alır. Metanojenlerin ribozama ait RNA baz dizisi bakteri ve ökaryotlardan farklıdır.

27 Anaerobik Tesislerin işletilmesi ve işletmeye alınması
İyi bir anaerobik arıtım için hidroliz ve fermentasyon basamağı ile metan üretim basamağı dengede olmalıdır. Aksi halde uçucu yağ asitleri birikerek pH düşebilir. Dolayısıyla bir reaktörün işletmeye alınmasında aşı çamuru yeterli miktarda metanojen bulundurmalıdır. Aksi halde işletmeye alma süresi uzar. Sistemde günlük VFA ve pH ölçümü önemlidir. Aşırı yüklemede VFA artar bu durum pH nın düşebileceğini gösterir. Dolayısıyla dışarıdan bikarbonat (tampon) ilavesi gerekebilir.

28 Anaerobik Arıtım İçin Gerekli Koşullar
Hava ve oksijen olmamalı Atıksuda toksik/inhibisyon yapan bileşikler olmamalı pH: 6.8 –7.2 Gaz fazdaki yüksek CO2 (%30-50), nedeniyle alkalinite mg/L CaCO3 alkalinite gereklidir. Mesofilik koşullarda sıcaklık: oC Yeterli nütrient (N & P) ve iz elementler, özellikle, Fe, Co, Ni, olmalı. KOİ:N:P = 350:7:1 (Yüksek yüklemeli sistemlerde) 1000:7:1 (Düşük yüklemeli sistemlerde) SRT/HRT >>1 (Yüksek hızlı anaerobik biyofilm reaktörler kullanılmalı)

29 Genel olarak her 10oC sıcaklık artışında hız iki kat artar

30 Optimimum pH: 6,8-7,2

31 Minimum alkalinite gereksinimi
Temp. oC Gaz Fazında CO2, % 25 30 35 40 20 900 1050 1200 1400 1100 1300 1500 1700 1600 1800 2100 2400 2800

32 Anaerobik Arıtım Dizaynında Önemli Faktörler
Atıksu Karakteristiği (KOİ> 1500 mg/L ve toksik madde bulundurmamalı) Beklenen gaz üretim miktarı SRT Sülfür üretimi Amonyak toksisitesi Sıvı-katı ayırımı 32

33

34 Bütün anaerobik proseslerde SRT önemli bir dizayn faktörüdür.
Sıcaklık > 30 oC, SRT 20 gün yeterli Daha düşük sıcaklıklar için, daha yüksek SRT ler gerekir. Amonyak toksisitesi Protein içeren atıksular. NH3-N>100 mg/L toksik etki yapar Aklimasyon ile bu sınırın üstüne çıkılabilir. Sülfür toksisitesi SO H2S (veya HS-) (sülfat indirgeyen bakteriler) H2S korozif ve kötü kokuludur. mg/L H2S metanojenik aktiviteyi %50 azaltır. H2S, HS- den daha toksiktir.

35 ANAEROBİK BİYOTEKNOLOJİNİN UYGULAMA ALANLARI
Evsel ve endütriyel tesislerde oluşan arıtma çamurlarının arıtımı Katı atıkların arıtımı ve biyogaz elde edilmesi Organik atıkların stabilizasyonu Endüstriyel atıksuların arıtımı

36 ARITMA ÇAMURLARININ ANAEROBİK ÇÜRÜTÜLMESİ
Evsel Atıksu (100) Ön Arıtım Ön Çöktürme Ön Çökeltme Çamuru (35) Aerobik Arıtım (65) Son Çöktürme %30 CO2’e oksidasyon C%35 Çamur üretimi İkincil Çamur (25) Çıkış (10) Anaerobik Çürütücü (60)

37 Tek aşamalı (single-stage) Çürütme
Karıştırılmaz. Çamur arıtımı ve çökelmesi aynı tankta gerçekleşir. Çeşitli fazlar oluşur; çürümüş çamur, aktif olarak çürümekte olan çamur, üs duru faz, köpük tabakası ve gaz. Çamurun sürekli olarak karıştırıldığı ve ısıtıldığı iki aşamalı sistemlerin verimi daha yüksektir.

38 İki Aşamalı (Kademeli) Çürütücü
iki tank arka arkaya kullanılır. İlk çürütücü, sürekli olarak karıştırılır ve ısıtılır. İkinci tankta ise, çamurun çökmesi ve çekilerek sistemden uzaklaştırılmadan önce depolanması amaçlanır. İki kademeli sistemler, daha etkili olup, daha yüksek çamur yüklemeleri ve düşük hidrolik bekletme zamanlarında sistemin çalıştırılması mümkündür.

39 ENDÜSTRİYEL ATIKSULARIN ANAEROBİK ARITIMI
Anaerobik Reaktör Çeşitleri Düşük hızlı sistemler Yüksek Hızlı Sistemler Anaerobik pond Septik tank Standard hızlı anaerobik çürütücü Imhoff tank Anaerobik ardışık kesikli reaktör (ASBR) Anaerobik kontak proses Anaerobik filtre (AF) Yukarı akışlı çamur yataklı anaerobik reaktör (UASB) Akışkan Yataklı Reaktör Hybrid reaktör: UASB/AF Sıcaklık, pH, karıştırma, SRT ve diğer çevresel koşullar kontrol edilmez. Yükleme hızı: 1-2 kg COD/m3-day. Yüksek konsantrasyonda bakteri mevcuttur. Yüksek SRT lerde çalışır. Çevresel koşullar kontrol edilir. Yükleme hızı: 5-20 kg KOİ/m3-gün KOİ giderim verimi: 80-90%

40 Mikroorganizmaların süspanse halde ve biyofilm halde bulundukları anaerobik reaktörler
Bakterilerin süspanse halde bulundukları anaerobik reaktörler Tam karışımlı proses Anaerobik kontak proses Anaerobik ardışık kesikli reaktör Yukarı akışlı çamur yataklı anaerobik reaktör (UASB) Mikroorganizmaların biyofilm halde bulundukları reaktörler Yukarı ve aşağı akışlı anaerobik biyofilm reaktörler Akışkan yataklı reaktörler Anaerobik lagünler 40

41 Tam karışımlı anaerobik reaktörler
Geri devir yok, HRT=SRT = gün Hacimsel organik yükleme: 1 – 5 kg COD/m3.gün Özellikle yüksek AKM içeren atıksular için uygundur. 41

42 Anaerobik kontak proses
Giriş Çıkış atık Çamur Geri Devir Tam karışımlı reaktör Biyogaz Degassifier Çöktürme Geri-devirli sistem HRT = 0.5 – 5 gün, MLVSS = mg/L Hacimsel organik yükleme: 1 – 8 kg COD/m3.d Gaz oluşumu nedeniyle kötü çökelme problem olabilir. 42

43 Anaerobik Ardışık kesikli reaktörler (ASBR)
Reaksiyon ve katı-sıvı ayrımı aynı tankta gerçekleşir HRT = 0.25 – 0.5 gün, Hacimsel organik yükleme: 1.2 – 2.4 kg COD/m3.gün UASB ye benzer olarak iyi çökebilen çamur üretilir. 43

44 Yukarı akışlı Çamur Yataklı anaerobik Reaktör
Endüstriyel atıksu arıtımında en çok kullanılan sistemdir. Bakteriler granül oluşturur, iyi çöker, çıkış suyunda AKM düşük dür. Bir çok modifikasyonu mevcuttur. 44

45 Yukarı akışlı Çamur Yataklı anaerobik Reaktör
Avantajları: Yüksek yükleme Düşük bekleme zamanlarında kullanılabilir. Pahalı olan taşıyıcı malzeme gerektirmez Dezavantajları: Yüksek AKM içeren atıksular için uygun değildir. Atıksudaki yüksek AKM granül gelişimini engelleyebilir. 45

46 UASB Çap= 1-3 mm İyi çökelme SVI < 20 mL/g
Reaktör dibinde UAKM konsatrasyonu g/L İşletmeye alma süreci uzun (6 ay civarı) Kağıt endistrisi atıksularının artımında kullanılan UASB den granüller (Roermond, The Netherlands). Kırmızı oklar biyogazın çıktığı kısımları göstermektedir. 46

47 Anaerobik Biyofilm Reaktörler
Akışkan yataklı reaktör Yüksek yukarı akış hızı, yüksek geri devir, %100 yatak genişlemesi, ince ve hafif malzme Genişletilmiş yataklı reaktör Su geri devri ile 20% Yatak genişlemesi sağlanır. Yüksek yüzey alanlı, hafif ve ince malzeme kullanılır. Yukarı Akışlı paket yataklı reaktör 47

48 Anaerobik Perdeli Reaktörler
Ardarda dizilmiş UASB reaktörler şeklinde davranır. Granül oluşur. Seri bağlı reaktörlerden olup, yüksek performans sergiler. Yüksek organik yüklemeler mümkündür.

49 Anaerobik Arıtım Uygulama Örnekleri
49

50 UASB ile yapılan çalışmalar
Atıksu Giriş KOİ (mg/L) OLR (kg/m3/gün) Sıcaklık (oC) HRT (saat) % KOİ Giderimi İçli sanayi 4.5-7 20-24 5 75-80 Zirai atıklar 11 000 2-5 30 48 70-65 Mezbaha 4 19 85 Kağıt endüstrisi 1000 - 49 75 Şeker endüstrisi 20-25 28-32 92-95

51 Anaerobik Filtre ile yapılan çalışmalar
Atıksu Sıcaklık (oC) OLR (kg/m3/gün) HRT (saat) % KOİ Giderimi Şeker Endüstrisi 35-37 - 12-36 55% Fermantasyon 35 15 72 90 Kimyasal proses 37 12-15 22-30 80-90 Katı atık sızıntı suyu 30-40 d 90-96

52 TEŞEKKÜRLER…


"ANAEROBİK ARITIM Yrd. Doç. Dr. Erkan ŞAHİNKAYA Harran Ünv. Müh. Fak" indir ppt

Benzer bir sunumlar


Google Reklamları