Düşük Çamur Yaşı İle İşletilen Tam Ölçekli Atıksu Arıtma Tesislerinde Biyogaz Oluşum Potansiyelinin Model Bazlı İncelenmesi

Abstract

Son on yılda, olumsuz çevresel etkileri kanıtlanmış olan yenilenebilir olmayan enerji kaynaklarının (fosil yakıtlar) tükenmesi ve yeni enerji kaynaklarına olan ihtiyaç, modern toplumun enerji konusuna olan ilgisini arttırmı!tır. Fosil yakıtların dünya genelinde kullanım yüzdesi yakla!ık olarak yüzde 85 (IPCC, 2011) gibi bir rakama denk gelmektedir. Yenilenemeyen enerji kaynaklarının limitli olması ve ekonomik değerlerinin günden güne artması nedeniyle yenilenebilir enerji kaynakları global enerji otoritelerinin odak noktası haline gelmi!tir. Biyokütle yenilenebilir enerji kaynakları arasında en geni! orana sahiptir (IPCC,2011). Bu durumda biyokatı gibi yenilenebilir enerji kaynaklarının artan önemi reddedilemez bir hal almaktadır. Günümüzde önemli biyokatı kaynakları ,gübre ve belediye atıksularından elde edilen çamur olarak bilinmektedir. Atık su arıtma tesisleri bir yanda yüksek miktarda çamur üretme potansiyeline sahipken diğer yandan enerji tüketimleri oldukça fazladır. Önceki çalı!malarda belediye atıksu arıtma tesisleri için gerekli olan kapital başına enerji aralığı arıtma tesisinin büyüklüğüne ve yürüttüğü arıtma teknolojisine ba lı olaraktan 20-50 kWh/ca.year olarak bulunmu!tur. Anaerobic özümleme ve/veya termo-kimyasal yakma prosesleri, atıksu arıtma tesislerinde çamurdan enerji elde etmek için uygulanan i!lemlerdir. Çamur atıksu arıtma tesisleri için önemli bir enerji kaynağıdır. Dolayısıyla atıksu arıtma tesislerinde tasarım aşamasında arıtma yöntemi seçimi ve uygulama a!amasında enerji kullanımının kontrol edilmesi enerji açısından verimli atıksu arıtma tesislerinin var olmasını sağlayacaktır.Son zamanlarda, atıksu arıtma tesislerinde uygulanan metodların optimizasyonuna ve maliyetlerinin düşürülmesine tasarlanan işletme senaryolarını modelleme araçları ile test etmek mümkün hale gelmiştir. Model bazlı inceleme yaklaşımı farklı tesis yüklerinde çıkış suyu standartlarını tutturarak atıksu arıtma tesislerinde sürdürülebilir bir enerji döngüsünü yakalayabilmek için en uygun yaklaşımdır. Bu çalışmada, genel aktif çamur modeli kullanılarak Türkiye’nin en büyük atıksu arıtma tesisinin çıkış suyu kalitesi, biyokütle üretimi ve biyogaz üretim potansiyeli simulasyonu yapılmıştır.

In the last decade, energy became a major concern for modern society due to its dependence on non-renewable energy sources such as fossil fuels of which negative environmental impacts are evident. In this case, increasing meaning of renewable energy sources like biomass energy cannot be rejected. The considerable biomass sources are known to be the feed stocks, manure and sludge generated from municipal wastewater treatment facilities. Aside from having high potential of biomass (sludge) generation, wastewater treatment plants account the considerable part of consumed energy. The electrical energy required for the treatment of municipal wastewater per capital is given in the range of 20-50 kWh/ca.year depending upon the size and treatment technologies. The sludge can be regarded as an energy source for the wastewater treatment plants by using anaerobic digester technologies and/or thermo-chemical processes like incineration. Hence, the process selection and control of energy utilization in wastewater treatment plants may lead energy self-sufficient plants. Recently, modelling tools enable to test operational scenarios for process optimization and cost minimization for wastewater treatment plants. The relevant approach for achieving to maintain energy efficient operation in wastewater treatment plants with the existence of different plant loads and to fix the effluent restrictions can be the model based evaluation approach. In this study, the effluent quality, biomass generation and biogas generation potential was simulated for the largest wastewater treatment plant in Turkey using general activated sludge model. The plant was designed only for organic carbon removal. Possible scenarios were built in order to analyze additional nitrogen removal effects on the system energy, and how incineration system effect the energy efficiency in wastewater treatment plants. The results were evaluated by making electrical and heat energy balances over the wastewater treatment plant under study. As a conclusion of the evaluation, nutrient removal increase the energy consumption approximetely 36% due to additional oxygen demand and mixing energy needs of the new units. Furthermore changing the aeration process as the biggest energy consumer in conventional wastewater treatment plants from mechanical surface aeration to fine bubbled diffusion system decreases 30% the total energy consumption of the upgraded-wastewater treatment plant. Incineration system as alternative energy source rises the energy recovery for both organic carbon removal system and nitrogen removal system.