ÇAMUR STABİLİZASYONU

ANAEROBİK ÇÜRÜME Havasız ortamda organik maddelerin parçalanması işlemi olarak tanımlanabilir. Ön çökeltim çamurları ve biyolojik çamurlar içerisindeki organik maddeler anaerobik çürüme işlemi sonucunda biyolojik olarak ayrışarak metan ve karbondioksite dönüşürler.

Anaerobik Ayrışma Safhaları Hidroliz Kompleks organik bileşiklerin, mikroorganizmalar tarafından parçalanmaya başlamadan önce çözünebilir forma dönüştürülmeleri gerektiğinden, hidroliz safhası anaerobik biyolojik ayrışma proseslerinde çok önemlidir. Anaerobik ayrışma sırasında gerçekleşen bu ilk fazda CH4 oluşumu yoktur ve kompleks organik maddeler (selüloz, yağlar, proteinler ve karbonhidratlar) daha basit organik bileşenlere dönüştürülürler.

Asitojen-Asit Oluşumu Bu safhada, hidroliz safhasında meydana gelen daha basit ara ürünlerin bir dizi reaksiyon sonucunda fermantasyonu söz konusudur. Fermantasyon ürünleri başta uçucu yağ asitleri (VFA) olmak üzere alkoller, CO2 ve hidrojen (H2)’den oluşmaktadır.

Asetojen-Asetat Oluşumu Bu safhada metanojenik olmayan bakteriler, daha karmaşık bir yapıya sahip olan alkolleri ve daha uzun zincirli organik asitleri (yağ asitleri) asetik asit, H2 ve CO2’ye dönüştürürler. Çok miktarda H2 üretildiğinden, ortamda H2 tüketen bakterilerin de (sülfat indirgeyen bakteriler, metanojenler) bulunması gerekmektedir. Böylelikle, sistem içerisinde H2’nin kısmi basıncı çok düşük değerlerde tutulmuş olur. Bu şartlar sağlanmadığı taktirde yağ asitleri ortamda birikmeye başlayacak ve pH değeri düşecek, ve bu safhadan sonra meydana gelecek olan metan oluşum safhası inhibasyona uğramış olacaktır. Bu safhada çok aktif olan sülfat indirgeyen bakteriler metanojenlere çok benzerler. Bu bakteriler H2, asetik asit ve uzun zincirli uçucu yağ asitlerinin parçalanmasını sağlarlar.

Metanojen-Metan Oluşumu Yaşadıkları ortamın sıcaklığına göre metanojenler 3 gruba ayrılabilir: termofilik grup 44 oC’nin üzerindeki sıcaklıklarda faaliyet gösterirler, mezofilik bakteriler 20-44 oC arasında faaliyet gösterirler, ve psikrofilik bakteriler ise 20 oC’nin altında faaliyetlerini sürdürürler. Metan bakterileri, metabolizmaları için besi maddesi ve enerji kaynağı olarak çok sınırlı sayıda substrat kullanırlar.

Fermentatif Prosesler C6H12O6 + 2 H2O 2 CH3COOH + H2 + 2 CO2 C6H12O6 CH3C2H4COOH + 2 H2 + 2 CO2 2 CH3CH2OH + 2 CO2 Asetojenik Prosesler CH3CH2COOH + 2 H2O CH3COOH + 3 H2 + CO2 CH3C2H4COOH + 2 H2O 2 CH3COOH + 2 H2 CH3CH2OH + H2O CH3COOH + 2 H2 C6H5COOH + 4 H2O CH3COOH + H2 Metanojenik Prosesler 4 H2 + CO2 CH4 + 2 H2O CH3COOH CH4 + CO2 HCOOH + 3 H2 CH3OH + H2 CH4 + H2O Sülfat İndirgeme Prosesleri 4 H2 + SO42- + H+ HS- + 4 H2O CH3COOH+ SO42- CO2 + HS-+ HCO3- + H2O CH3C2H4COOH + SO42- + H+ 4 CH3COOH + HS- HCOOH: formik asit, CH3COOH: asetik asit, CH3CH2COOH: propiyonik asit, CH3C2H4COOH: butirik asit, C6H12O6: glükoz, CH3OH: metanol, CH3CH2OH: etanol, C6H5COOH: benzoik asit, CH4: metan, CO2: karbon dioksit, H2: hidrojen, SO42-: sülfat,HS-:hidrojen sülfit, HCO3-: hidrojen karbonat, H+: proton, H2O: su.

Anaerobik Ayrışmayı Etkileyen Faktörler Oksijen, Hidrojen, pH, Alkalinite, Nutrientler, İnhibitörler, Sıcaklık Amonyak Sülfat

Reaktördeki çözünmüş mikronütrient konsantrasyonu (mg/L) Tablo 2 Anaerobik arıtmadaki 10 önemli mikronütrientin minimum miktarları (Asetat kullanım hızı = 30-60 kg asetat/m3-gün, θc=5 gün, T=35 oC, pH=6.8) (Öztürk, 1999) Mikronütrient Minimum dozlar (mg/L reaktör-gün) Reaktördeki çözünmüş mikronütrient konsantrasyonu (mg/L) NH4-N 100 70 PO4-P 40 0.1 S 10 4.0 Ca 5 3 Mg 1 Fe 0.5 Ni 0.2 <0.01 Co 0.05 K 555 Zn

Anaerobik Çürüme Sistemlerinin Tasarımı Çürütücü tasarımında; Taze arıtma çamuru veya atıksudaki organik maddeleri mümkün olduğu kadar çok metan içeren gaz ve hücre yapısına dönüştürebilecek, Çürümüş çamurdaki katı maddeler sedimentasyon ile yüzücü maddelerden kolayca ayrılabilecek, Çürüme tankı organik madde içeriği çok yüksek olan taze çamur ile beslendiğinde tank muhtevasının asit durumunu değiştirmeyecek, Yüzücü maddelerle gelen ilave biyolojik yükleri çürüme işlemi ile mümkün olduğu kadar çok indirgeyebilecek nitelikte uygun bir hacim belirlenmelidir.

Çürütücü hacminin belirlenmesi; Ortalama çamur yaşı, Hacimsel yük faktörlerinin kullanılması, Hacim azalmasının gözlenmesi, Nüfusa dayalı yük faktörleri, yöntemlerinden biri ile gerçekleştirilebilr.

Ortalama Çamur Yaşı VCH4 = üretilen metan gazı hacmi, m3/gün 0,35 = teorik dönüşüm faktörü E = atık giderme verimi, (0,6-0,9) Q = debi, (m3/gün) S0 = giriş atığının nihai BOİ değeri, (g/m3) 1,42 = nihai BOİ nin hücre dokusuna dönüşüm faktörü Px = oluşan hücre dokusu net kütlesi, (kg/gün)

Y = verim katsayısı, mg/mg veya g/g kd = ölme-yok olma katsayısı, gün-1 = ortalama çamur yaşı, gün

Yük Faktörleri Çürütücü birim hacmine günde ilave edilen organik katı madde miktarı, kg VSS/gün.m3 Çürütücü içindeki organik katı maddelerin birim kg’ına günde ilave edilen kg organik madde miktarı. Hidrolik bekletme zamanı

Çürütücü tanklardaki tabakalar; Üstte yüzücü maddeler, Ortada aktif çürüme tabakası Altta yoğunlaşmış çamur tabakası

Standart hızlı çürütücülerde; Bekleme süresi 30-90 gün Katı madde yükleri 0,50-1,6 kg VSS/m3 gün Yüksek hızlı çürütücülerde; Yükleme hızları 1,6-4,8 kg VSS/m3 gün Bekleme zamanı 10-20 gün

Hacim İndirgeme V = çürütücü hacmi, m3 Vf = günde ilave edilen taze çamur hacmi, m3/gün Vd = günde çekilen çürük çamur hacmi, m3/gün t = çürüme zamanı, gün

Hacim gereksinimi (35-45 gün) Nüfus Esasına Göre Tesis Tipi Kuru Katı Madde Katı Madde % m3/103 N. gün Hacim gereksinimi (35-45 gün) Ön Arıtma 72 5 1,44 50-65 Ön Arıtma + Damlatmalı Filtre 108 4 2,70 95-122 Ön Arıtma + Aktif Çamur 114 3 3,8 133-171

Parametre Düşük Hızlı Yüksek Hızlı Katı madde bekletme zamanı, gün 30-60 15-20 Katı madde yükü, kg VSS/m3 gün 0,64-1,6 1,6-3,2 Hacim kriteri, m3/kişi Ön çökeltim çamuru 0,06-0,09 0,04-0,06 Ön Çök + Dam. Filtre 0,11-0,14 0,07-0,09 Ön Çök. + Atık Aktif Çamur 0,11-0,17 0,07-0,11 Besleme Konsantrasyonu, % KM 2-4 4-6 Çıkış Konsantrasyonu, %KM

Gaz Oluşumu, Toplanması ve Kullanılması Anaerobik çürütücülerde oluşan gaz hacimsel olarak; % 60-70 CH4 %30-40 CO2 Eser miktarlarda N2, H2, H2S, su buharı, vs.

Anaerobik Çürütücülerin Karıştırılması En yaygın karıştırma sistemleri; Gaz enjeksiyonu, Mekanik karıştırma, Pompalama ile sirkülasyon.

Anaerobik Çürütücülerin Isıtılması Gelen çamur sıcaklığını çürütücü sıcaklığına ulaştırmak, Çürütücü duvarları, tavan ve tabanından olacak ısı kayıplarını önlemek, Tank ve ısı kaynağı arasındaki borulama sistemindeki ısı kayıplarını önlemek.

q = U*A*∆T q = ısı kaybı, J/sn, W U = ısı transfer katsayısı, J/m2.sn oC, W/m2 oC A = ısı kaybının oluştuğu kesit alanı, m2 ∆T = sıcaklık farkı, oC

AEROBİK ÇÜRÜME Hücre dokusu, havalı ortamda su, karbondioksit ve amonyağa oksitlenir. Gerçekte hücre dokusunun yalnızca % 75 - 80’i oksitlenir; kalan % 20 - 25’lik kısım ise inert maddeler ve biyolojik olarak indirgenemeyen organik maddelerden meydana gelmektedir. Havalı çürütücüler kesikli veya sürekli reaktörler olarak işletilebilir. Sürekli beslemeli havalı çürütücüye ait şematik kesit aşağıdaki şekilde verilmiştir. Sistemin iki uygulaması vardır ; ( a ) Klasik havalı çürütme (b) Saf oksijenli havalı çürütme.

Aerobik Çürütücülerin Avantajları VSS indirgenmesi anaerobik çürüme ile elde edilene yakındır. Substrattaki BOİ konsantrasyonu düşüktür. Nihai ürün kokusuz, humusa benzer, biyolojik olarak stabildir. Oluşan çamurun su alma karakteristikleri çok iyidir. Çamurun gübreleme değeri yüksektir. İşletme problemleri azdır. Yatırım maliyeti düşüktür.

Aerobik Çürütücülerin Tasarımı Sıcaklık, Katı maddelerin indirgenmesi, Tank hacmi, Hidrolik bekleme zamanı, Oksijen ihtiyacı, Karıştırma için enerji ihtiyacı, İşletme şartları

Tank Hacmi V = aerobik çürütücü hacmi, m3 Qi = ortalama giriş debisi, m3/gün Xi = giriş AKM konsantrasyonu, mg/L Y = ham ön çökeltim çamurunun giriş BOİ kısmı Si = giriş BOİ, mg/L X = çürütücü AKM konsantrasyonu, mg/L Kd = reaksiyon hız sabiti, gün-1 Pv = çürütücü süspanse katı maddelerinin uçucu kısmı = bekleme süresi, çamur yaşı, gün