Arıtma Çamurundan Biyogaz Üretimi ve Enerji Tasarrufu

Evsel veya endüstriyel kanalizasyon sularının arıtılması sonucunda, atıksuyun içinde bulunan katılar yüzünden sulu çamur oluşur. Bu sulu çamurlara genellikle arıtma çamuru denilir. Atıksu içindeki katıların ilk çöktürme havuzlarında herhangi bir işlem görmeden toplanmasıyla birincil (primer) çamur veya atıksu içindeki, bakterilerle ayrışabilen erimiş maddelerin biyolojik olarak çürümesi sonucunda ikincil (sekonder) çamur oluşur. Atıksu arıtma yöntemleri temel olarak; fiziksel arıtma yöntemleri, kimyasal arıtma yöntemleri ve biyolojik arıtma yöntemleri olmak üzere üçe ayrılır. Değişik karakterdeki atıksular için değişik arıtma yöntemleri kullanılabilir. Evsel atıksular için genelde fiziksel ve biyolojik arıtma yöntemleri tercih edilirken, endüstriyel atıksuların arıtımı için kimyasal yöntemler kullanılmaktadır. Ancak, her üç yöntemin kullanıldığı arıtma sistemleri de mevcuttur[1]. Atıksuların biyolojik veya kimyasal metotlarla arıtılması esnasında, katı maddelerin çöktürülmesi veya yüzdürülmesi sırasında oluşan çamurların, çamur arıtma işlemine tabi tutulması gerekir. Atıksu arıtma tesislerinden kaynaklanan çamur, kullanılan arıtma proseslerine göre farklılık gösterir. Çamur arıtımında, çamur stabilizasyonu ve katı madde içeriğinin arıtılması amacıyla çeşitli yöntemler uygulanır.

Bu yöntemlerden birincisinde atıksu arıtma tesislerinde katı maddelerin çöktürülmesi sonucunda oluşan çamurların katı madde içerikleri düşük olduğundan, bu oranı arttırmak amacıyla çamur yoğunlaştırma işlemi uygulanır. Uzun havalandırma prosesinden oluşan çamur yeterince stabilize olduğundan ilave bir çamur stabilizasyonu gerektirmez. Yoğunlaştırılan çamurun kimyasal olarak stabilizasyonu kimyasal madde ilavesiyle, biyolojik olarak stabilizasyonu ise oksijenli veya oksijensiz çamur stabilizasyonu ya da kompostlaştırma ile yapılır. İkinci yöntemde ise oksijensiz çamur stabilizasyonunda ön çökeltme ve biyolojik arıtma karışımının içerdiği organik maddeler, havasız ortamda biyolojik olarak bakteriler tarafından metan ve karbondioksite dönüştürülür. Oksijensiz ortamda arıtma çamurundan biyogaz üretimi, arıtma tesisinde elde edilen organik çamurun oksijensiz ortamda çürütülmesi işlemidir. Bu sistemde çamur kapalı tanklarda 20 ile 30 günlük bir süre içerisinde tutulmakta, tankın sıcaklığına bağlı olarak biyogaz üretimi gerçekleştirilmektedir. Bu sistem oksijenli çamur çürütme sistemine kıyasla işletilmesi zor bir çamur çürütme yöntemidir. Ancak, işlem sırasında oluşan metan gazının kullanım imkanı işletme giderini azaltmaktadır. Özelikle gelişmiş ülkelerde arıtma tesisleri kurulurken biyogaz üretim üniteleri de birlikte kurulmakta ve arıtma çamurundan elektrik enerji üretimi ve organik gübre elde edilmektedir. Bu tesislerden biri Şekil 1'de görülmektedir.

Şekil 1. Arıtma çamurundan biyogaz üretimi yapan yumurta tipi sindiriciler [2]

Belediye arıtma tesislerinde tipik olarak 100-150 litre kanalizasyon suyu, 1-2 litrelik yoğun çamura dönüştürülür. Diğerlerinden farklı olarak bu çamurun kontrolü ve yok edilmesi daha karmaşıktır ve ağır metaller içermesi ve sıkı çevresel yasama yükümlülüklerinden dolayı pahalıya gelmektedir. Kirletici maddelerin atıksudan çekilmesiyle geriye kalan hacim sıvı çamurdur. Bu durum genellikle göstermektedir ki çamurun  % 95'ten fazlası sudan oluşmaktadır. Gelişen sanayileşme ve nüfus artışı sebebiyle 1994'te hazırlanan Avrupa Kentsel Atıksu İşleme Yönergesi, fabrika atıkları içindeki azot ve fosfor miktarına sıkı kısıtlamalar getirmiştir. Sonuç olarak pek çok kuruluş kendi tesislerinde lağım işleme ve fosfor arıtma birimleri kurmuştur ve çamur üretiminde % 20 - 35'lik bir artış görülmüştür [3].

En basit durumda, arıtma çamuru fazla işlem gerektirmeden doğada yok edilebilir. Örneğin, kullanılabilir arıtma çamurunu ormanlara serpmek doğruluğu kanıtlanmış bir uygulamadır. Arıtma çamuru kolayca orman ekosisteminin bir parçası olur ve doğaya zararlı bir etki yapmaz. Arıtma çamuru, yararlı bileşiminden dolayı Avrupa'da 1970'li yıllara kadar toprak düzenleme ve gübreleme amacıyla kullanılmıştır. Ancak daha sonraki yıllarda arıtma çamurunun tarımda kullanılması yasaklanmıştır [3].

Çamur Susuzlaştırma Yöntemleri

Arıtma tesislerinden çıkan çamurun susuzlaştırma işlemi, arıtma çamurunun nem içeriğinin azaltılması amacıyla doğal veya mekanik yollarla yapılan işlemlerdir. Doğal yollarla susuzlaştırma işlemi çamur kurutma yatakları ile mekanik olarak ise vakum filtreleri, filtre pres, belt presler ve santrifüjler (dekantörler) ile yapılır. Örnek olarak arıtma tesisinde dekantöre giren çamurun büyük bir kısmı su olup, Kuru Madde Miktarı (KMM)  tipik olarak % 1-5 arasındadır. Bu seyreltik çamuru kalınlaştırmak, hacmini önemli ölçüde azaltmaktadır. Eğer 300 m3'lük  %1 kuru katı içeren çamur kalınlaştırılıp % 3 kuru katı içermesi sağlanırsa, çamur hacmi 100 m3'e düşmektedir [3].

Arıtma tesislerinde çamur tanklarından çamur pompaları ile çekilen çamurun yukarıda belirtilen herhangi bir yöntemle susuzlaştırılması işlemi yapılır. Ayrıca bu ünite içerisinde polielektrolit ünitesi bulunmaktır. Polielektrolit çamurla kimyasal bir tepkimeye girerek çamurun sudan kolay ayrışmasını sağlar. Poli tankında su ile poli karıştırılarak uygun çözelti hazırlanır ve poli pompaları ile çamur susuzlaştırma ekipmanlarına verilir. Çamur pompalarından susuzlaştırma makinesine gelen çamur ve poli pompalarından gelen polimer, karıştırıldıktan sonra, çamur susuzlaştırılır ve çamur konveyörüne verilir ve çıkan çamur tesislerden kamyonlarla alınır. Çamurdan ayrışan su ise tekrar geri çevirim yaptırılarak tesise gönderilir [4]. Şekil 2a'da arıtma çamurunun depolama alanına boşaltılması, b'de ise arıtma tesisinde dekantörden çıkan KMM miktarı yaklaşık % 25 olan arıtma çamurunun genel yapısı görülmektedir.

Şekil 2. Arıtma tesisinden çıkan çamurun a-) Depolama alanına boşaltılması b-) Dekantör çıkışı

Arıtma Çamurundan Biyogaz Üretimi (Oksijensiz Sindirim)

Oksijensiz biyogaz üretim süreçlerinde karmaşık organik bileşiklerin metan gazına dönüştürülmesinde, çeşitli tür ve özellikte mikroorganizma grupları yer almaktadır. Bu karmaşık organiklerin oksijensiz ortamda ayrıştırılması; "hidroliz", "asit üretimi" ve "metan" üretimi olmak üzere üç aşamada gerçekleşmektedir. Birinci aşama olan hidroliz kademesinde, katı veya çözünmüş halde olan yağ, polisakkarit, protein ve nükleik asit gibi karmaşık organik maddeler daha basit yapıya dönüştürülür. Asit üretimi olan ikinci kademede ise asetojenik bakteriler birinci kademe hidroliz ürünlerini asetik, bütirik, izobütirik, valerik ve izovalerik asit gibi ikiden daha fazla karbonlu yağ asitlerine dönüştürürler. Üçüncü aşama olan metan üretimi kademesinde de diğer iki kademede oluşan ürünler metan üreten bakterilerce metan gazına dönüştürülür. Bu karmaşık ve birbirlerine etki eden organizmalar literatürde temel olarak asit bakterileri ve metanojenler olarak tanımlanmaktadır [5]. Oluşan biyogazın yaklaşık % 30-40'lık bölümü CO2, % 60-70'lik kısmı ise CH4 den oluşur.

Oksijensiz ortamda biyogaz üretimi için gerekli olan organik maddelerden uçucular, protein, yağ ve selüloz arıtma çamurlarının içinde bulunduğu için yapılan analizler sonucunda, ne kadar biyogaz üretilebileceği veya üretimin ekonomik olup olmadığı önceden hesaplanarak belirlenebilir. Tablo 1?de atıksu arıtma tesisinden alınan birincil (primer) ve ikincil (sekonder) çamur analizlerinden elde edilen bazı parametreler verilmiştir.

Tablo 1: Atıksu arıtımından üretilen birincil ve ikincil çamurun bileşenleri [6]

Örnek Bir Arıtma Tesisinde Biyogaz ve Enerji Üretimi

Bu çalışma için örnek olarak seçilen atıksu arıtma tesisi, İSU'ya bağlı İzmit'te kurulu bulunan, 42 Evler Arıtma Tesisi, evsel ve endüstriyel atıksuların sadece karbon kaynaklı Biyolojik Oksijen İhtiyacını  (BOI5) gidermek amacıyla inşa edilmiştir. Günde ortalama 35000 m3 atıksu arıtılarak kabul edilebilir kirlilik sınırları içinde denize deşarj edilmektedir. Geri kalan çamur ise dakantörde susuzlaştırılarak günde ortalama 35 ton çamur yakılmak üzere çimento fabrikalarına veya düzenli depolama yapılmak üzere İZAYDAŞ'a gönderilmektedir.

Gerekli hesaplamaların yapılabilmesi için ilk olarak arıtma tesisinden elde edilen çamurun aylara göre değişimi belirlenmiştir. Bu amaçla ilgili tesisin bir yıllık arıtma çamurunun susuzlaştırılan miktarı, çamur konsantrasyonu, polimer ve kireç tüketimi, işlenen çamur hacmi, dekantör öncesi ortalama kuru madde miktarı ve ilave edilen polimer ile kireç miktarlarının aylara göre değişimi Tablo 3'te verilmiştir. Ayrıca dekantörden çıkan susuzlaştırılmış arıtma çamurunun miktarları Şekil 2'de örnek olarak görülmektedir.

Tablo 2'de görülen verilerde sindirici hacmi toplam 5000 m3 olup sindiriciye KMM % 3 olan günde 250 ton arıtma çamuru beslenmesi durumunda yapılan hesaplamalar sonucunda günde 1568 m3 biyogaz elde edilmesi öngörülmüştür. Elde edilen bu biyogaz, 125 kW'lık gaz motorunda yakıt olarak kullanıldığında bir ayda 90000 kWsaat elektrik enerjisi üretilmesi mümkündür. Açığa çıkan diğer ısıl enerjinin bir kısmı sindiricilerin ısıtılmasında kullanılacaktır.

Tablo 3: 42 Evler Arıtma Tesisi arıtma çamuruna ait özeliklerinin 2010 yılı aylık değişimi

AY	Giriş Atıksu Debisi (m3/ay)	Susuzlaştırma Öncesi Çamurun Ortalama Konsa. (%)	Susuzlaştırılan                        Çamur Miktarı                                       (kg/Ay)	Ortalama Aylık Çıkış Çamur Konsantras- yonu (%)	Toplam Polimer Tüketimi         (kg/Ay)
Ocak	1.045.500	3,32	1.016.680	21,99	1.500
Şubat	905.700	3,52	867.730	23,99	1.300
Mart	957.900	3,18	1.009.000	23,31	1.525
Nisan	760.000	2,53	1.116.990	21,53	2.175
Mayıs	717.500	2,75	1.241.300	20,47	2.250
Haziran	684.100	2,85	970.220	20,27	2.400
Temmuz	663.600	2,88	1.349.600	21,06	2.800
Ağustos	677.900	2,81	Etiketler Etkinlikler Ebelediye | Sayı: Notice: Undefined variable: ebookSidebar in /home/etildaco/ebelediye.info/include/footer.php on line 131 | Notice: Undefined variable: ebookLSidebar in /home/etildaco/ebelediye.info/include/footer.php on line 132 × E-Belediye | Eylül-Ekim 2023 | Sayı: 107