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.

)632(.)056.0(.)69.0(.)25.0(.)1(246126

kJkgkgkgkg

ısıbiyokütleCOCHOHC

Anaerobik Ayrışma SafhalarıHidroliz

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.

HHCOCHHOHCOOCH 3423

OHCHHHCOH 2432 34

Asetat

Metanojen(Asetofilik)

Kompleks çözünmüş

organik madde

Hidroliz

Çözünmüş organik madde

Fermentatif

Uçucu asit+alkol Asetojen

Sülfat (SO4-2

)

Sülfat indirgeme

Hidrojen sülfür(H2S)

Karbondioksit CO2

Hidrojen (H2)

Metanojenik Hidrojenofilik

METAN (CH4)

Katı Organik madde

Fermentatif Prosesler

C6H12O6 + 2 H2O 2 CH3COOH + H2 + 2 CO2

C6H12O6 CH3C2H4COOH + 2 H2 + 2 CO2

C6H12O6 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 CH4 + 2 H2O

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.

Oksijen,

Hidrojen,

pH,

Alkalinite,

Nutrientler,

İnhibitörler,

Sıcaklık

Amonyak

Sülfat

Anaerobik Ayrışmayı Etkileyen Faktörler

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 3

Fe 1 0.5

Ni 0.2 <0.01

Co 0.1 0.05

K 100 555

Zn 0.1 0.05

Anaerobik Çürüme Sistemlerinin TasarımıÇürütücü 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

xCH PkggSQEkgmV 42,1)/10(..)/35,0( 130

3

4

VCH4 = üretilen metan gazı hacmi, m3/gün0,35 = teorik dönüşüm faktörüE = 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 faktörüPx = oluşan hücre dokusu net kütlesi, (kg/gün)

cdx kkggSEQYP

1//10...13

0

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

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

tVVVV dff 3/2

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

Nüfus Esasına Göre

Tesis Tipi Kuru Katı Madde

Katı Madde %

m3/103 N. gün

Hacim gereksinimi (35-45 gün)m3/103 N.

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 4-6 4-6

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

cvdiii PKXYSXQV /1/

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, günc