Ultrasonikasyon Ve Mikrodalga Dezentegrasyonun Aktif Çamurun Fizikokimyasal Ve Biyolojik- Ayrışabilirliği Karakteristiği Üzerindeki Etkisi

Abstract

Çamur üretimindeki artışla birlikte; lokal yada global regulasyonlar sebebiyle, çamur arıtım yada bertaraf yöntemleri giderek önem kazanmıştır. Regulasyonlar çamur arıtımı yada bertarafı için bir çok gereklilik içermektedir. Regulasyonlar çamurun arıtılma veya bertaraf gerekliliklerini,limit değerleri, arıtım yada bertaraf sırasında dikkat edilmesi gerekenleri, emisyon kaynakları gibi çevresel faktörleri incelemekte ve bunlarla ilgili gereklilikleri ve kısıtlamaları içermektedir. Çamur üretiminin artması ile birlikte çamur arıtım yada çamur bertaraf yöntemleri gereksinimide artacaktır. Nekadar fazla çamur oluşmaya başlarsa arıtım yada bertaraf gereksinimi o yönde paralel olarak artacaktır. Bu artış maliyetteki artışıda beraberinde getirecektir. Çamur arıtım yada bertaraf yöntemleri finansal,teknolojik ve çevre açısından birçok önemli noktayı içermektedir. Çamur arıtım yada bertaraf yöntemlerinin maliyeti yüksektir. Arıtım ve bertaraf yöntemleri maliyetleri yüksek olmasının yanı sıra başka edişeleri de beraberinde doğrurur.Örneğin, çamuru yakma veya toprağa gömme yöntemleri çevresel etkileri yüksek olan yöntemlerdir. Bu sebeplerden dolayı dezentegrasyon yöntemleri gibi daha az maliyetli yöntemler giderek öncelik kazanmaktadır. Bu çalışmada 2012 ve 2013 yıllarında atıksu artıma tesisi havalandırma havuzundan alınan numuneler üzerinde iki dezentegrasyon methodu çalışılmıştır. Deneysel çalışmalar iki yıl üst üste olarak ilerletilmiştir. Bu yöntemler ultrasonikasyon ve mikrodalga irradiasyonudur. Her iki yöntemde hücrelerin veya flokların kırılması ile organik maddenin daha uygun hale gelebilmesini esas alır. Hücrelerin veya flokların kırılması daha fazla biyodegradibilite kazandırmaktadır. Mekanik dezentegrasyon yöntemlerinin etkisini anlayabilmek için arıtılmamış çamura ultrasonikasyon uygulanmıştır. Ultrasonikasyon çalışmaları süresince, spesifik enerjinin ultrasonikasyon verimliliği açısından önemli olması sebebiyle, farklı spesifik enerjiler uygulanmıştır. Böylece, spesifik enerjinin organik madde çözünürlüğünde üzerindeki etkisi de gözlenmiştir. 2012 yılında ilk çalışmalar yapılırken 2013 yılında yapılan çalışmalara nazaran daha farklı spesifik enerjiler kullanılarak organik madde çözünürlüğü üzerindeki etkileri incelenmiş ve optimum spesifik enerjiler seçilmiştir. 2013 yılındaki çalışmalarda ise optimum olarak seçilen spesifik enerjiler kullanılarak deneyler yürütülmüştür. 2012 ve 2013 yılındaki çalışmaların birbirleri ile olan tutarlılığı göz önüne alınarak sonuçlar yorumlanmıştır. Sonikasyon deneylerinin sonuçları göstermiştir ki, SCOD salınımı (yani, atık çamur dezentegrasyon derecesi), test edilen tüm TS seviyelerinde uzayan spesifik enerji girdisi ve ultrasonik yoğunluk ile yükselen bir trend açığa çıkarmıştır. Ultrasonik ön işlem ile WAS dezentegrasyonu, iki aşama içermektedir. nispeten düşük spesifik enerji girdisi değerlerindeki ilk hızlı aşamayı, 30000 kJ/kg TS'den daha fazla enerji dozajları için daha yavaş bir aşama takip etmiştir. Artan dezentegrasyon oranları göz ardı edilebilir olduğundan, 1.5 W/mL değeri optimum ultrasonik yoğunluk olarak belirlenmiştir. Farklı örnek alma periyotlarına bakılmaksızın, sonikasyon çalışılan WAS örnekleri için benzer dezentegrasyon verimlilikleri sergilemiştir. Fiziksel dezentegrasyon yöntemlerinin çamur üzerindeki etkisini incelemek amacıyla Mikrodalga irradiasyonu kullanılmıştır. Mikrodalga irradiasyonunun organik madde çözünürlüğü üzerindeki etkisini inceleyebilmek açısından uygulanan iki önemli parametre mevcuttur. Bunlar uygulanan sıcaklık ve uygulama süresidir. 2012 yılında sürdürülen çalışmalarda farklı sıcaklıklar ve zamanlar kullanılmıştır. 2013 yılında ise 2012 yılındaki sonuçlara istinaden optimum sıcaklık ve zaman olarak belirlenen 175 0C, 10 dakika kullanılarak mikrodalga dezentegrasyon metodu incelenmiştir. Sıcaklığın kaynama noktasından daha yüksek bir sıcaklığa yükseltilmesi, araştırılan TS aralığında mikrodalga ön işlem dezentegrasyon derecesini arttırmıştır; sabit bir sıcaklıkta ise, üç farklı TS konsantrasyonunda WAS'ın mikrodalga ile ısıtılması neredeyse aynı dezentegrasyon performanslarını sağlamıştır. İşlem sıcaklığının 175oC'den 190oC'ye çıkarılmasıyla, mikrodalga irradyasyon verimliliğindeki artış azalmıştır. Uygulanan tüm TS içerikleri için 10 dakikadan fazla maruziyet sürelerinde, çözünürleşme derecesi bakımından anlamlı bir farklılık elde edilmemiştir. İncelenen WAS örneklerinin dezentegrasyon oranları, farklı örnek alma tarihlerine rağmen tutarlı kalmıştır. 2012 ve 2013 yılında elde edilen sonuçlar, dezentegrasyon yöntemleri olan ultrasonikasyon ve mikrodalga irradiasyonunun, çamurun TKOİ,TKM azalma sağladığını göstermektedir.Toplam KOİ’nin azalması ve çözünmüş KOİ’nin artması çamur arıtımı açısındançok önemli bir parametredir. Çalışmada yürütülen sonuçlar, bu iki dezentegrasyon metodunun olumlu sonuçlarına işaret etmektedir Sonikasyon deneylerinin sonuçları SCOD salınımı (yani çamur dezentegrasyon derecesi) test edilen bütün TS seviyelerinde spesifik enerji girişi ve ultrasonik yoğunluğun artışına bağlı olarak paralalel artış göstermektedir. Aktif çamurun ultrasonik dezentegrasyonu iki aşamadan oluşmaktadır ki başlangıçtaki hızlı faz düşük spesifik enerji giriş değerleri ardından yavaş fazda 30000 kJ / kg TKM ‘den daha yüksek enerji girişleri ile peşpeşe gerçekleşmektedir.Sonikasyon deneyleri ,farklı zamanlarda alınan aktif çamur numunelerinde benzer dezentegrasyon verimliliği göstermiştir. Kaynama noktasından daha yüksek bir sıcaklığa erişildiğinde mikrodalga irradiasyon yönteminin dezentegrasyon değeri çalışılan TKM değerinde artmaktadır.Sabit sıcaklıkta ise üç farklı TKM değerinde benzer dezentegrasyon performansı göstermiştir. Mikrodalga irradiasyon verimli,liğindeki artış sıcaklığın 175 ‘ten 190 0C’ye çıkarılması ile azalış göstermiştir. Bütün TKM konsantrasyonlarındaki çalışmalarda, 10 dakika uygulama süresinin üstünde solubilizasyon derecesinde önemli bir artış gözlenmemiştir. Mikrodalga irradiasyon deneyleri ,farklı zamanlarda alınan aktif çamur numunelerinde benzer dezentegrasyon verimliliği göstermiştir. Hem ultrasonikasyon hemde mikrodalga irradiasyon, AKM ve UAKM gideriminde 22–37% aralığında verimlilik göstermiştir. TKM ve UKM gideriminde ise sadece 5%’lik bir giderim sağlanmıştır.İlk KOİ değerlerinde önemli bir değişiklik pretreatment uygulaması süresince olmamıştır. 30000 kJ/kg TKM spesifik enerji uygulamasında sonikasyon 25-26% aralığında KOİ solubilizasyonu sağlamıştır ki bu 1750C 10 dakika mikrodalga uygulaması ile benzer sonuçları içermektedir. Ultrasonikasyon ve mikrodalga ile yapılan dezentegrasyon sıvı fazdaki azot ve fosfor konsantrasyonlarında artış sağlamıştır. Mikrodalga ve ultrasonikasyon proseslerinin etkisini yorumlamak için sekuensel filtrasyon/ultrafiltrasyon ile PBD tabanlı KOİ fraksinasyonu uygulamak yararlı yöntemlerden biridir.Ultrasonikasyon yönteminin en göze çarpan etkisi >1600 nm partikül aralığındaki partikül dağılımıdır.Yüksek spesifik enerji değerlerinde sonikasyon

Increasing with sludge production , sludge treatment and disposal methods became more popular because of local and global legislations. Legislations bring alot of necessities for treatment or disposing of sludge. Especialy the last decades, sludge treatment and disposal methods is being important. The costs of sludge treatment and sludge removal also increase in parallel to the increase in sludge amount and it becomes a primary component for total wastewater treatment costs. Excess sludge treatment or disposal processes involve many important issues in terms of finance, technology and environment. So, another methods become prior such as disintegration methods. In this study, two disintegration methods were examined in 2012 and 2013. These are ultrasonication and microwave irradiation. These methods are based on breaking cells or flocks and to observe more available organic substances. It provides more biodegradability. To understand the effect of mechanical disintegration method ultrasonication was applied to untreated sludge. During the ultrasonication studies, different specific energy were used because specific energy is important parameter for efficiency of ultrasonication. Aslo, effects of specific energies on the solubilisation of organic matters were observed. The results of sonication experiments pointed out that the increase in SCOD release (i.e. sludge disintegration degree) exposed an increasing trend with prolonging the specific energy input and ultrasonic density at all TS levels tested. The disintegration of WAS by ultrasonic pretreatment involved two stages where the initial rapid phase at relatively low specific energy input values was followed by a subsequent slower one for energy dosages higher than 30000 kJ/kg TS. A value of 1.5 W/mL was determined as the optimum ultrasonic density since the incremental disintegration rates were negligible. Sonication exhibited similar disintegration efficiencies for the studied WAS samples, regardless of different sampling periods. Raising up to the temperature higher than the boiling point enhanced the disintegration degree of microwave pretreatment throughout the investigated TS range; whereas at a constant temperature, microwave heating of WAS at three different TS concentrations yielded almost similar disintegration performances. The improvement in the microwave irradiation efficiency declined by elevating the treatment temperature from 175 to 190oC. For all TS contents applied, no significant difference in solubilization degree was obtained at the exposure times above 10 minutes. The disintegration rates of the examined WAS samples remained consistent despite different sampling dates. Both ultrasonication and microwave irradiation achieved SS and VSS removal efficiencies in the range of 22–37% coupled with lower TS and VS reductions of only up to 5%, generating totally different profiles in terms of solid particles as compared with raw WAS samples. The initial COD levels did not appreciably change during the applied pretreatment processes. Sonicated WAS at the specific energy input of 30000 kJ/kg TS provided a COD solubilization rate (25–26%) very similar to that of the irradiated counterpart at the microwave temperature and contact time of 175oC and 10 minutes, respectively. Variations in DOC release under selected operating conditions revealed similar patterns as those of SCOD. Disintegration by ultrasonication and microwave irradiation increased the concentrations of nitrogen and phosphorus species in the liquid phase. This research would be an interesting issue for further research to evealuate impact of ultrasonication and microwave irridation processes on the PSD of other significant parameters reflecting the extracellular and intracellular constituents of disintegrated WAS portions; namely, proteins, carbohydrates and lipids. Performing a comprehensive study at pilot scale and conducting a techno-economic feasibility analysis may provide a deeper insight both in the interpretation and scaling up of the results.