Birincil Çamurun Anaerobik Çürütülmesinde Farklı Kinetik Modellerin Karşılaştırılması

Abstract

Atıksuların arıtımı sırasında oluşan çamurlar gerekli önlemler alınmadığı takdirde çok önemli çevre sorunlarına sebep olmaktadır ve yüksek katı muhtevası içeren arıtma çamurlarının uzaklaştırılması oldukça zor işlemleri gerektirmektedir. Başlıca çamur stabilizasyon yöntemlerinden biri olan havasız çamur çürütme prosesi bu alanda en yaygın kullanılan yöntemdir. Bu çalışma, bir büyükşehir kentsel atıksu arıtma tesisi birincil yoğunlaştırma tankından alınan birincil çamurun inert KOİ değerinin ve anaerobik arıtma kinetiği sabitlerinin deneysel olarak belirlenmesini, bulunan değerlerin daha önce yapılmış olan kinetik modellere uygulanmasını kapsamaktadır. Birincil çamurun laboratuar ölçekli anaerobik çürütülmesi, mezofilik sıcaklık şartlarının sağlandığı bir sabit sıcaklık odasında yarı kesikli olarak çalışan farklı çamur bekletme sürelerine sahip model reaktörlerde gerçekleştirilmiştir. Bununla birlikte 3 ayrı reaktörde gerçekleştirilen anaerobik parçalanma sonunda birincil çamur için inert KOİ değeri tespit edilmeye çalışılmıştır. Deneysel çalışmalarla belirlenen birincil çamur konsantrasyonu ve daha önce yapılmış olan çalışmalarla belirlenmiş olan hidroliz kinetik katsayıları kararlı hal modeline her bir çürütücü için ayrı ayrı uygulanmış ve yorumlanmıştır. Kararlı hal modeli-stokiyometrik denklemleri kullanılarak her bir çürütücünün çıkış akımındaki amonyak konsantrasyonu, alkalinite ve karbondioksit kısmi basıncı da hesaplanmıştır. Buna ilave olarak, kararlı hal modeli tam ölçekli bir atıksu arıtma tesisinin çamur çürütücü reaktörüne uygulanmış ve çürütücü çıkış akımındaki alkalinite, gaz kompozisyonu, amonyak ve KOİ konsantrasyonlarının kinetik model ile hesaplanan konsantrasyonlar ile yaklaşık olarak eşit olduğu görülmüştür. Yapılan çalışmalar, hidroliz kinetik denklemlerinin uygulanması sonucunda çamur bekletme süresinin artması ile KOİ giderim veriminin arttığını ve model ile tahmini olarak elde edilen KOİ giderim veriminin ve metan üretiminin tam ölçekli bir tesiste ölçülen verilerle karşılaştırıldığında birbiriyle uyumlu olduğunu göstermiştir. Dolayısıyla yapılan çalışmalar sonunda bulunması hedeflenen kinetik katsayıların daha önce yapılmış olan çalışmalar sonucunda birincil çamur için belirlenmiş olan kinetik katsayılardan beligin derecede farklı olmayacağı sonucuna varılmıştır.

Treatment sludges cause important environmental problems unless necessary precautions are taken. Disposal of treatment sludges with high solid content requires quite difficult operations. Anaerobic sludge digestion is the widely used method among the sludge stabilization processes. In this study, inert COD values and anaerobic treatment kinetic coefficients of the primary sludge taken from the primary thickener of a large municipal wastewater treatment plant were intended to be determined experimentally. The concentration values which were obtained during characterization of the primary sludge were applied to a steady state model developed by previous studies in the literature. The lab-scale anaerobic digestion of the primary sludge was performed in the reactors having different sludge retention times and operated as semi-continuous systems in a constant temperature room in which mesophilic conditions were supplied. In addition, inert COD value of the primary sludge was intended to be determined in anaerobic degradation process carried out in 3 different reactors. Primary sludge characteristics determined by experimental studies and hydrolysis kinetic coefficients derived from the previous studies were applied to the steady state model for each digester and the results were evaluated. Ammonia concentration, alkalinity generated and partial pressure of carbondioxide in the effluent of each digester were also calculated using the stoichiometric equations of the steady-state model. Besides, the steady state model was also applied to the values of the sludge digester of a full-scale wastewater treatment plant. Results indicated that the estimated alkalinity, gas composition, ammonia and COD concentrations in the effluent using the kinetic model were approximately equal to those of the digester values. The study showed that the COD removal efficiency increased as the sludge retention time increased by the application of hydrolysis kinetic equations to the primary sludge. The estimated COD removal and methane production using the model could well fit to the data measured in the digester of a full-scale wastewater treatment plant. Hence, it was concluded that the kinetic coefficients of the primary sludge to be found at the end of the experimental studies would not differ significantly from the kinetic coefficients obtained by previous studies.