Evsel organik katı atıklar ve arıtma tesisi çamurlarının birlikte anaerobik arıtımının modellenmesi
Modeling the codigestion of organic fraction of municipal solid waste and waste water treatment plant sludges
- Tez No: 172100
- Danışmanlar: PROF.DR. İZZET ÖZTÜRK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2006
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 196
Özet
EVSEL ORGANİK KATI ATIK VE ARITMA TESİSİ ÇAMURLARININ BİRLİKTE ANAEROBİK ARITIMININ MODELLENMESİ ÖZET Bu çalışmada, evsel organik katı atıkların (EOKA) modellenmesinde kullanılacak olan Anaerobik Bozunma Modeli No.l'in bu tür atıkların modellenmesine uygunluğunun tespit edilmesi ve tesis bazlı modelleme yaklaşımıyla Aktif Çamur Modeli No.l (ASM1) - Anaerobik Bozunma Modeli No.l (ADM1) arayüzünün evsel organik katı atık (EOKA) ve atik aktif çamurun birlikte artımı kapsamında uygulanması amaçlanmıştır. ASM1, aktif çamur sitemlerini temsil etmek için kullanılan en yaygın modeldir. Biyolojik fosfor gideriminin düşünülmediği durumlarda temel model olarak kabul edilebilir. ADM1 ise henüz yeni bir model olmasına rağmen anaerobik sistemlerin modellenmesinde genel model olarak kabul görmektedir. ADM1 genel kullanıma hitab etmesi nedeniyle; atık çamur arıtımından, endüstriyel ve evsel atıksuların anaerobik arıtımına kadar çok farklı atık türlerinde başarıyla uygulanabilmektedir. EOKA'nın atıksu arıtma tesisi çamurlarıyla birlikte anaerobik arıtımının modellenmesi çalışmaları tesis bazlı modelleme yaklaşımı içerisinde ele alınmıştır. Bu bağlamda, ASM1-ADM1 arayüzü uygulanarak iki modelin entegrasyonu sağlanmıştır. Bütün simulasyon çalışmaları diferansiyel denklem takımlarım çözmek için kullanılabilen Aquasim 2.1b bilgisayar programı üzerinde yürütülmüştür. ADM1 modelinin başarılı bir şekilde uygulanabilmesi için, giriş atığının bileşiminin iyi belirlenmesi gerekmektedir. Giriş atığının KOİ fraksiyonlarının model sonuçlan üzerinde büyük etkisi vardır. Bu çalışmada, EOKA için ADMl'e uygun giriş KOİ bileşenlerinin belirlenmesinde literatürden yararlanılmıştır. Bu amaçla, evsel organik katı atıkların anaerobik arıtımı ile ilgili mevcut literatür incelenmiş ve ADM1 modelinin uygulanabileceği uygun bir veri seti seçilmiştir. EOKA'nın anaerobik arıtımının modellenmesinde ADM1 modelinin kullanılabilirliğinin tespit edilebilmesi için, seçilen verinin hem giriş hem de çıkış karakterizasyonunun ADM1 ile uyumlu olması gerekmektedir. Evsel organik katı atıkların termofilik anaerobik artımının modellenmesi çalışmalarında ADMl'in termofilik çamur çürütümü için önerilen parametre seti kullanılmıştır. Kalibrasyon çalışmaları literatürden alman çalışmanın çıkış KOİtop ve toplam gaz debisi ölçümlerine göre yapılmıştır. Mekanik olarak ayırılmış evsel organik katı atıkların ADM1 ile modellenmesi sonucu simulasyon sonuçlarının literatürden alman verilere daha yalan sonuçlar verilebilmesi için, bazı parametrelerin kalibre edilmesi gerekmiştir. ADM1 modeli kaynağında ayrılmış (KA-EOKA) ve mekanik olarak ayrılmış evsel organik katı atıkların (MA-EOKA) termofilik anaerobik arıtımına uygulanmış ve literatürle uyumlu sonuçlar elde edilmiştir. Simulasyon sonuçlan ile literatür değerleri arasındaki uyumun arttırılabilmesi için, her iki atık türünün içerisindeki xviiKOİ bileşenlerinin tam olarak belirlenmesi gerekmektedir. Model sonuçlan ile gerçek veriler arasındaki uyumun artması için evsel organik katı atıkların, ADM1 ile uyumlu KOÎ bileşenlerini mutlaka deneysel çalışmalarla belirlenmelidir. ADM1 modeli yapısal olarak katı atıkların anaerobik modellenmesi çalışmalarına uygundur fakat bu tür atıklara özgü parametre setlerinin deneysel çalışmalarla belirlenmesi gereklidir. Modelleme çalışmalarında tesis bazlı modelleme kapsamında uygulanacak olan ASM1-ADM1 arayüzü ile önceden belirlenen bir arıtma tesisinin simülasy onları gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla, önde denitrifikasyon yapan ve atık aktif çamur ile kaynağında ayrılmış evsel organik katı atığın birlikte anaerobik olarak çürütüldüğü bir evsel atıksu arıtma tesisi akım şeması belirlenmiştir. Çalışmanın bu safhasının amacı uygulanan ASM1-ADM1 arayüzünün sistematik bir incelemesini yapmak, eksik ve belirsiz noktalarım ortaya koymak ve birlikte artımın faydalarını modelleme yaklaşımı içerisinde değerlendirmektir. Çalışma esnasında, ASM1 ve ADMl'in birleştirilmesinde kullanılan arayüzde bazı belirsizlikler saptanmıştır. ASM1 ve ADM1 modelinin bir arayüz yardımı ile birleştirilmesi çalışmalarında özellikle arayüzden çıkan durum değişkenlerinin gerçek tesisteki çamuru ne ölçüde temsil edici olduğu tespit edilmelidir. Anaerobik reaktörün başarılı bir şekilde modellenebilmesi için aerobik reaktörden çıkan çamur ile arayüzden çıkan çamur mutlaka benzer karakterde olmalıdır. Bu çalışma kapsamında, Kayseri Büyükşehir Belediyesi Su ve Kanalizasyon İdaresine (KASKÎ) ait Atıksu Arıtma Tesisinin anaerobik çamur çürütücüsünün Ekim-Aralık 2005 dönemindeki performansı ADM1 ile modellenmiştir. İncelenen tesiste birincil çamur anaerobik şartlarda çürütülmektedir. ADM1 simülasy on sonuçlarının deneysel olarak ölçülen verilerle uyumunun sağlanabilmesi için modelde kullanılan parametreler kalibre ediliştir. Kalibre edilen parametrelerinin uygunluğunun incelenmesi ve kalibre edilmiş ADM1 modelinin dinamik yüklemeler altındaki tepkilerinin tespit edilebilmesi için model doğrulama çalışmaları yürütülmüştür. ADM1 modelinin dinamik yüklemeler altoda reaktörün incelenen parametreleri ile ilgili hesaplamaları tesiste ölçülen ve hesaplanan verilerle oldukça uyumlu bulunmuştur. Birçok parametre için model sonuçlan ve gerçek veriler arasındaki mutlak rölatif hata %10'un altoda kalmaktadır. KA-EOKA ve atık aktif çamurun birlikte arıtımı ile ilgili yürütülen modelleme çalışmalarında birlikte arıtımın tesisin biyogaz potansiyelim oldukça arttırdığı saptanmıştır. Düşük KOİ yüküyle çalıştırılan anaerobik çürütücülerde birlikte arıtım metoduyla hem tesisin biyogaz potansiyeli arttırılabilir hem de katı atık gibi önemli bir atık büyük yatırımlara gerek kalmadan mevcut tesislerde bertaraf edilebilir. Bu kapsamda birlikte arıtımın modellenmesi çalışmaları birlikte arıtım yaklaşımının fizibilitesinin ortaya konması bakımından büyük önem teşkil etmektedir. xvm
Özet (Çeviri)
MODELING THE CODIGESTION OF ORGANIC FRACTION OF MUNICIPAL SOLID WASTE AND WASTEWATER TREATMENT PLANT SLUDGES SUMMARY The aims of this study are to determine the implementabiliy of ADM1 for the modeling of organic fraction of municipal solid waste (OFMSW), and to implement Activated Sludge Model No.l (ASM1) - Anaerobic digestion Model No.l (ADM1) interface in a plant wide modeling manner on the codigestion of municipal solid waste and waste activated sludge. ASM1 is the most common used model to represent the activated sludge systems. It can be regarded as the base model when biological phosohorus removal is not considered. Although the ADM1 is a new model, it is accepted as the generel model for modeling of anaerobic systems. Due to the fact that ADM 1 was developed for general use, it can be implemented successfully on different types of waste streams from waste sludge digestion to anaerobic treatment of industrial and municipal wastewater. Codigestion of OFMSW and waste sludge was considered in a plant- wide modelling concept. Thus, ASM1 and ADM1 is integrated with a state variable interface. Simulation studies were performed on Aquasim 2.1b computer program that is used for solving ordinary differential equation sets. In order to implement ADM1 successfully, the characterisation of influent waste must be determined. The COD fracions of influent waste stream has great impact on the model outputs. In this study, COD fractions of OFMSW was derived from literature. For this purpose the present literature about the anaerobic treatment of OFMSW was investigated and the most suitable data for implementing ADM1 was chosen. Default parameter set advised by the ADM1 technical report for thermophilic sludge digestion was used for the modeling of thermophilic anaerobic treatment of OFMSW. Calibration studies were performed on the CODefHUent and total biogas data taken from the literature and some default parameters were calibrated to provide more accurate results. The ADM1 model was implemented to the thermophilic anaerobic digestion of mechanically seperated (MS-OFMSW) and source seperated (SS-OFMSW) municipal solid waste and simulation results showed good agreement with the literature. In order to increase the fidelity of the simulation results, COD fractions of the both waste types have to be determined with experimental studies. Simulation results showed that ADM1 can be used for anaerobic modeling of solid wastes but parameter sets for this kind of wastes should be determined with experimental studies. XIXADM 1 -ASM 1 interface was used to simulate a complete biological treatment system in plant wide modeling concept. For this purpose a flow diagram of a biological treatment system that has an activated sludge tank (predenitrification process) and a sludge digester was accepted. The aims of this part of the thessis are, systematicaly investigate ASM 1 -ADM interface, to find out its advantages and disadvantages and to determine benefits of co-digestion with modeling concept. During the study, it was determined that the interface that is used to integrate ASM1 and ADM1 has some uncertinities. When integrating ASM1 and ADM1 with the help of an interface, special care must be shown that the state variables converted by the interface represent the sludge in real plant in good agreement. In order to successfully model the anaerobic digester the sludge stream coming from the interface and the sludge coming to the real digester must be simillar. In the scope of this study the performance of Kayseri Wastewater Treatment Plant's anaerobic digester for the October - December 2005 period was modeled with ADM1. In the inversitgated plant primary sludge is digested in mesophilic conditions. The ADM1 model was calibrated in order to get a good fit of simulation results to the measured data. The model was furher validated with dynamic loadings to test the model behaviour and to determine the fidelity of calibrated parameters. Under dynamic loadings the calibrated ADM1 model's simulation results showed good agreement with the measured and calculated data of the investigated plant. For the most of the parameters the absolute relative error was under the critical level of %10 between the simulated and measured data. The modeling studies on the codigestion of SS-OFMSW and waste activated sludge showed that codigestion highly increases the plants biogas potential. Applying codigestion concept on low organic loaded sludge digesters can increase the biogas potential of the plant and also solid waste can be treated without heavy investments. From this point of view, the modeling studies on co-digestion bears great importance for determining the feasibility of co-digestion. xx
Benzer Tezler
- Investigation of phosphorus recovery from anaerobic digestion supernatant of diverse wastes
Farklı atıkların anaerobik çürütülmesinin üst suyundan fosfor geri kazanımının incelenmesi
MERVE ATASOY
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RÜYA TAŞLI
- Organik atıklardan sürdürülebilir enerji geri kazanımı: Biyolojik ve termal geri kazanım proseslerinin analizi
Sustainable energy recovery from organic wastes: Analysis of biochemical and thermal processes
HASAN SUPHİ ALTAN
Doktora
Türkçe
2022
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEVAL SÖZEN
- İstanbul katı atıklarının karakterizasyonu ve havasız kompostlaşabilirliği üzerine bir çalışma
Başlık çevirisi yok
OSMAN A. ARIKAN
- Evsel atık su arıtma tesisi çamurlarının katı atıklarla birlikte kompostlaştırılması
Composting of wastewater sludges with solid waste
MUHAMMED SABRİ BİLGİLİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Çevre MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET DEMİR
- Treatment of municipal wastewater and organic waste by a pilot scale high rate activated sludge system
Evsel atık su ve organik atıkların pilot ölçekli yüksek hızlı aktif çamur prosesi ile arıtımı
DİLARA SANCAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İZZET ÖZTÜRK