Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

ANAEROBİK ARITIM Yrd. Doç. Dr. Erkan ŞAHİNKAYA Harran Ünv. Müh. Fak. Çevre Müh. Böl. 04.04.2015.

Benzer bir sunumlar


... konulu sunumlar: "ANAEROBİK ARITIM Yrd. Doç. Dr. Erkan ŞAHİNKAYA Harran Ünv. Müh. Fak. Çevre Müh. Böl. 04.04.2015."— Sunum transkripti:

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

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

3 Endüstriyel atıksu arıtımı amacıyla kurulan Anaerobik Tesis sayısı

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

5 5 Metan üretimi Metanın KOİ eşdeğeri CH 4 + 2O 2 CO 2 + 2H 2 O (O 2 = 32 g/mole) 1 mol metan = 2 * 32 g O 2 /mol CH 4 = 64 g KOİ/mol CH 4 Standart şartlarda (0 o C ve atm), 1 mol metan = L Anaerobik şartlarda, metan üretim miktarı = L metan/ 64 g KOİ = 0.35 L Metan/ g KOİ (0 0 C ve 1 atm)

6 6 Mesofilik Şartlarda Metan Üretimi 35 o C de Metan Üretimi PV = nRT V =Gaz hacmi, L n = Gazın mol değeri, mol P = Basınç, atm T = Sıcaklık, K ( o C) R = Universal gaz sabiti, atm.L /mole.K = L of CH 4 / 64 g KOİ = L CH 4 / g KOİ V = (1 mole) ( atm.L/mol.K) {( )K} / (1 atm) V = L/1mol gaz (35 o C) Anaerobik şartlarda, metan üretim miktarı (35 o C,1 atm)

7 7 Buswell ve Boruff Denklemi Anaerobik Koşullarda;

8 ANAEROBIK ARITIMIN AVANTAJ VE DEZAVANTAJLARI DEZAVANTAJLAR Bakterin düşük büyüme hızı Koku oluşabilmesi pH kontrolü için kimyasal gerekebilir Seyreltik sularda düşük verim AVANTAJLAR 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/m 3.gün, aerobik: kg KOİ/m 3.gün )

9 9 Düşük miktarda çamur üretimi Bakteri GrubuTipik Y değeri (g UAKM/g KOİ) Metanojenler0,02-0,04 Aerobik heterotrofik bakteriler0,35-0,60 Anaeobik koşullarda daha az enerji üretilecek olup, oluşacak çamur miktarı aerobik koşullara göre 6-8 kat daha azdır. Çözünmüş BOİ 1 kg Aerobik proses CO 2 + H 2 O 0.5 kg Biyokütle 0.5 kg Çözünmüş BOİ 1 kg CH 4 gaz > 0.9 kg biyokütle < 0.1 kg Anaerobik proses

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

11 Anaerobik ve aerobik artımın kıyaslanması Q= 100 m 3 /gün, KOİ= 10 kg/m 3, sıcaklık = 20 0 C 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 Bakterin düşük büyüme hızı Bakteri GrubuTipik µm değerleri (1/gün) Metanojenler0,20-0,4 Aerobik heterotrofik bakteriler3,0-13,0 Metanojenler, aerobik bakterilere göre kat daha yavaştır. Tesisin işletmeye alınmasında ciddi problem

13 ANAEROBİK ARITIM MİKROBİYOLOJİSİ

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

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 Kompleks organik moleküllerin (protein, selüloz, lignin, yağ) amino asit, glikoz, yağ asidi ve gliserol gibi monomer moleküllere dönüştürülmesinde görev alırlar. 1. Hidroliz bakterileri 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 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. 2. Fermentatif asidojenik bakteriler Oluşan ürün bakteri çeşidine ve işletme koşullarına bağlı olarak değişir

18 Syntrobacter wolinii ve Syntrophomonas wolfei gibi asetojenik bakteriler, yağ asitlerini (propiyonik asit ve butrik asit gibi) ve alkolleri asetat, hidrojen ve CO 2 ’e dönüştürür. Bu ürünler metanojenik arkeler tarafından kullanılır. Yağ asitlerinin dönüşümü için düşük H 2 konsantrasyonları gereklidir. Yüksek H 2 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, H 2 ’ni kullanarak H 2 basıncını azaltır. Böylece, asetat üretimini arttırır. Online olarak, uçucu yağ asitleri ve H 2 ölçülerek, anaerobik reaktörün performansı izlenebilir. 3. Asetojenik bakteriler

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

20 Organik asitleri kullanarak metan gazı üretir. Metanojenler Yavaş büyüyen arkelerdir. Generation zamanı (ikilenme zamanı) 35 o C’de 3 gün, 10 o C’de ise 50 gündür. Sadece bazı substratları kullanabilirler: asetat, H 2,CO 2, format, metanol ve metilamin. Bütün bu substratlar mthylCoM (CH3-S-CoM)’e indirgenir ve bu madde MthylCoM redüktaz enzimi ile metan (CH 4 ) gazına dönüştürülür. Metanojenler iki alt gruba ayrılırlar. 1. Hidrojen kullanan kemolitotrofik metanojenler: 2. Asetat kullanan metanojenik bakteriler

21 Bu grup bakteriler hidrojen ve karbondioksit kullanarak metan üretirler. Bunlar ototrofik olup, karbon kaynağı olarak CO 2 ’ i, enerji kaynağı olarak da hidrojeni (H 2 ) kullanırlar. 1. Hidrojen kullanan kemolitotrofik metanojenler

22 H 2 kısmi basıncının serbest enerji değişimine etkisi Asetojenik bakterilerin asetat üretebilmesi için H 2 <10 -4 atm olmalı. H 2 kullanan metanojenler için ise H 2 >10 -6 atm olmalı. Anaerobik arıtımda atm

23 Asetojenik bakteriler ile metanojenik bakteriler arasındaki ilişki syntrophy (beraber yaşama) olarak bilinir. H 2 üreten asetojenlerin fonksiyonu için H 2 kullanan metanojenler gereklidir

24 Methanosarcina ve Methanosaeta bu gruba giren ö nemli metanojenlerdir. 2. Asetotrofik metanojenler Methanosarcina ( µ max = 0.3 g ü n -1 ; Ks=200 mg/L) ve Methanosaeta ( µ max = 0.1 g ü n -1 ; Ks=30 mg/L) arasında aynı substrat i ç in rekabet olup; Ks değeri d ü ş ü k olan Methanosaeta d ü ş ü k substrat konsantrasyonlarında, µ max değeri b ü y ü k olan Methanosarcina ise y ü ksek µ max değerine sahip olup y ü ksek substrat konsantrasyonlarında ortamda dominant olur. Genellikle üretilen metanın 2/3’ü asetatın substrat olarak kullanılması sonucu üretilir. Kalan 1/3’ü ise CO 2 ve hidrojenin kullanılması sonucu üretilir

25 Methanosaeta Methanosarcina

26 Metanojenler, arke adı verilen ayrı bir alem i ç ersinde sınıflandırılmakta olup; arkeler bakterilerden aşağıdaki ö zellikleriyle ayrılır; Arkelerin h ü cre duvar yapısı bakterilerden farklıdır. Ö rneğin, metanojenlerin h ü cre duvarında peptoglikan tabakası bulunmaz. Metanojenler ö zel bir ko-enzim olan F 420 ’ ye sahip olup metabolizimde bu ko- enzim elektron taşıyıcı olarak davranır. Metanojenler ayrıca, nikel i ç eren ö zel bir koenzim olan F 430 ’ a da sahiptir. Metan ü retiminde anahtar bir rol ü olan metil ko-enzim M (methyl coenzyme M) g ö rev alır. Metanojenlerin ribozama ait RNA baz dizisi bakteri ve ökaryotlardan farklıdır

27 İyi bir anaerobik arıtım için hidroliz ve fermentasyon basamağı ile metan üretim basamağı dengede olmalıdır. Aksi halde uçucu yağ asitleri birikerek pH düşebilir. Anaerobik Tesislerin işletilmesi ve işletmeye alınması 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 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) Hava ve oksijen olmamalı Atıksuda toksik/inhibisyon yapan bileşikler olmamalı pH: 6.8 –7.2 Gaz fazdaki yüksek CO 2 (%30-50), nedeniyle alkalinite mg/L CaCO 3 alkalinite gereklidir. Mesofilik koşullarda sıcaklık: o C SRT/HRT >>1 (Yüksek hızlı anaerobik biyofilm reaktörler kullanılmalı)

29 Genel olarak her 10 o C sıcaklık artışında hız iki kat artar

30 Optimimum pH: 6,8-7,

31 Minimum alkalinite gereksinimi Temp. oCGaz Fazında CO2, %

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

33

34 SRT Bütün anaerobik proseslerde SRT önemli bir dizayn faktörüdür. Sıcaklık > 30 o C, SRT 20 gün yeterli Daha düşük sıcaklıklar için, daha yüksek SRT ler gerekir. Amonyak toksisitesi Protein içeren atıksular. NH 3 -N>100 mg/L toksik etki yapar Aklimasyon ile bu sınırın üstüne çıkılabilir. Sülfür toksisitesi SO 4 2- H 2 S (veya HS - ) (sülfat indirgeyen bakteriler) H 2 S korozif ve kötü kokuludur mg/L H 2 S metanojenik aktiviteyi %50 azaltır. H 2 S, 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 Evsel Atıksu (100) Ön Arıtım Ön Çöktürme (100) Ön Çökeltme Çamuru(35) Aerobik Arıtım (65) Son Çöktürme %30 CO 2 ’e oksidasyon C%35 Çamur üretimi İkincil Çamur (25) Çıkış (10) Anaerobik Çürütücü (60) ARITMA ÇAMURLARININ ANAEROBİK ÇÜRÜTÜLMESİ

37 Karıştırılmaz. Tek aşamalı (single-stage) Çürütme 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 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 Aşamalı (Kademeli) Çürütücü 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 Sıcaklık, pH, karıştırma, SRT ve diğer çevresel koşullar kontrol edilmez. Yükleme hızı: 1-2 kg COD/m 3 -day. 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 Yüksek konsantrasyonda bakteri mevcuttur. Yüksek SRT lerde çalışır. Çevresel koşullar kontrol edilir. Yükleme hızı: 5-20 kg KOİ/m 3 -gün KOİ giderim verimi: 80-90%

40 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

41 41 Tam karışımlı anaerobik reaktörler Geri devir yok, HRT=SRT = gün Hacimsel organik yükleme: 1 – 5 kg COD/m 3.gün Özellikle yüksek AKM içeren atıksular için uygundur

42 42 Anaerobik kontak proses Geri-devirli sistem HRT = 0.5 – 5 gün, MLVSS = mg/L Hacimsel organik yükleme: 1 – 8 kg COD/m 3.d Gaz oluşumu nedeniyle kötü çökelme problem olabilir. Giriş Çıkış atık Çamur Geri Devir Tam karışımlı reaktör Biyogaz Degassifier Biyogaz Çöktürme

43 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/m 3.gün UASB ye benzer olarak iyi çökebilen çamur üretilir

44 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

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

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

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

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

49 49 Anaerobik Arıtım Uygulama Örnekleri

50 AtıksuGiriş KOİ (mg/L) OLR (kg/m 3 /gün) Sıcaklık (oC) HRT (saat)% KOİ Giderimi İçli sanayi Zirai atıklar Mezbaha Kağıt endüstrisi Şeker endüstrisi UASB ile yapılan çalışmalar

51 AtıksuSıcaklık (oC)OLR (kg/m 3 /gün) HRT (saat)% KOİ Giderimi Şeker Endüstrisi % Fermantasyon Kimyasal proses Katı atık sızıntı suyu d90-96 Anaerobik Filtre ile yapılan çalışmalar

52 TEŞEKKÜRLER…


"ANAEROBİK ARITIM Yrd. Doç. Dr. Erkan ŞAHİNKAYA Harran Ünv. Müh. Fak. Çevre Müh. Böl. 04.04.2015." indir ppt

Benzer bir sunumlar


Google Reklamları