Combination of alkaline solubilization with microwave digestion as a sludge disintegration method: Effect on gas production and quantity and dewaterability of anaerobically digested sludge
Alkali solubilizasyonu ve mikrodalga çürütme teknolojilerinin birleşik bir ön arıtım metodu olarak kullanılması: Yöntemin anaerobik çürütücüde gaz üretimine ve çamurun miktarı ile susuzlaştırılmasına olan etkisi
- Tez No: 176940
- Danışmanlar: PROF. DR. F. DİLEK SANİN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2008
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 186
Özet
Arıtma tesislerindeki önemli miktardaki çamur artışı, anaerobik çürütme proseslerinin önemini daha da arttırmaktadır. Fakat mikrobiyal hücrelerin parçalanmaya dayanıklı olan hücre duvarı yapısından dolayı, hidroliz, anaerobik çürütmenin kısıtlayıcı adımını oluşturmaktadır. Anaerobik çürütmeden önce bir ön arıtım prosesi uygulamak hücre duvarlarının parçalanmasını ve hücre dışı ve içi maddelerinin salımını sağlar. Bu sebeple, ön arıtım hem hücrelerin hidrolizini hızlandırır hem de çürütmenin ve gaz üretiminin artmasını sağlar. Ön arıtım metotları arasında, alkali, termal ve termokimyasal metotlar etkili olanlarındandır. Termal metodun etkisi göz önüne alınarak, istenilen sıcaklığa daha çabuk ulaşılmasını sağlayan mikrodalga teknolojisi de bir ön arıtım metodu olarak araştırılmaya başlanmıştır. Fakat mikrodalga ve alkali ön arıtım metotlarının birleşiminin araştırılması literatürde henüz denenmemiştir. Her iki metodunda çok etkili olduğu düşünülecek olursa, birleşik metodun sinerjistik bir sonuç vermesi beklenmektedir. Bu nedenle bu çalışmanın amacı, kimyasal bir metot olan alkali ön arıtımı ve fiziksel bir metot olan mikrodalga ışımasını birleştirip, metodun anaerobik çürütme üzerindeki etkisi araştırmaktır.Araştırmanın ilk aşamasında, ayrı ayrı alkali ve mikrodalga ön arıtım metotları ve bunların birleşimlerinin neden olduğu KOİ salımı, bulanıklık ve çamurun susuzlaştırılabilme özellikleri literatürde ilk kez incelenmiştir. En yüksek KOİ salımı MD+pH-12 birleşik metodu ile elde edilmiştir. Çalışmanın ikinci aşamasında alkali ön arıtımlardan pH-10, pH-12; yalnız MD ön arıtımı ve birleşik metotlardan MD+pH-10 ve MD+pH-12 metotları ile ön arıtılan atık aktif çamur küçük ölçekli anaerobik kesikli reaktörlerde çürütülmüştür. En fazla protein ve karbonhidrat salımının elde edildiği MD+pH-12 ön arıtımı yine en fazla toplam gaz ve metan üretimini sağlamıştır. Artışlar kontrole oranla sırasıyla %16,3 ve %18,9'dur. Son olarak MD+pH-12 ön arıtımının performansı anaerobik yarı-sürekli reaktörler ile incelenmiştir. Günlük toplam gaz ve metan üretimleri açısından kontrole oranla %43,5 ve %53,2 artışlar gözlenmiştir. Ön arıtım uygulanmış reaktörlerde toplam katı madde, uçucu katı madde ve toplam KOİ değerlerindeki azalış sırasıyla %24,9, %35,4 ve %30,3 oranında artmıştır. Ön arıtım uygulanmış anaerobik çürütülmüş çamurun üst suyunda daha yüksek miktarlarda çözünmüş KOİ ve NH3-N tespit edilmiştir. PO4-P konsantrasyonu ise çok fazla değişmemiştir. Tüm anaerobik çürütmeye tabi tutulmuş olan reaktörlerdeki ağır metal konsantrasyonları Toprak Kirliliğinin Kontrolü Yönetmeliği'nce konulan limitlerin altında çıkmıştır. Son olarak atık aktif çamura MW+pH-12 ön arıtımının uygulandığı hipotetik bir tesis için maliyet hesapları yapılmıştır. Sonuçlar bu tesisin 5,5 yılda kâra geçebileceğini göstermiştir.
Özet (Çeviri)
The significant increase in the sewage sludge production in treatment plants makes anaerobic digestion more important as a stabilization process. However hydrolysis is the rate-limiting step of anaerobic digestion because of the semi-rigid structure of the microbial cells. Pretreatment of waste activated sludge (WAS) leads to disruption of cell walls and release of extracellular and intracellular materials. Therefore biodegradability of sludge will be improved in terms of more biogas production and sludge minimization. Among the pretreatment methods, alkaline, thermal and thermochemical pretreatments are effectual ones. Considering the effect of thermal pretreatment, microwave technology in which the sample reaches to elevated temperatures very rapidly is a very new pretreatment method. However no previous research has been conducted to test the effectiveness of microwave (MW) irradiation combined with alkaline pretreatment. Since both of these techniques seem to be highly effective, their combination can act synergistically and even more efficient method can be obtained. Therefore the main objective of this study was to investigate the effect of combination of a chemical method (alkaline pretreatment) and a physical method (microwave irradiation) in improving anaerobic digestion of WAS.In the first part of the study, alkaline and MW pretreatment methods were examined separately, then their combinations were investigated for the first time in the literature in terms of COD solubilization, turbidity and CST. Highest SCOD was achieved with the combined method of MW+pH-12. In the second part, based on the results obtained in the first part, alkaline pretreatments of pH-10 and pH-12; MW pretreatment alone and combined pretreatments of MW+pH-10 and MW+pH-12 pretreated WAS samples were anaerobically digested in small scale batch anaerobic reactors. In correlation with the highest protein and carbohydrate releases with MW+pH-12, highest total gas and methane productions were achieved with MW+pH-12 pretreatment reactor with 16.3% and 18.9% improvements over control reactor, respectively. Finally the performance of MW+pH-12 pretreatment was examined with 2L anaerobic semi-continuous reactors. 43.5% and 53.2% improvements were obtained in daily total gas and methane productions. TS, VS and TCOD reductions were improved by 24.9%, 35.4% and 30.3%, respectively. Pretreated digested sludge had 22% improved dewaterability than non-pretreated digested sludge. Higher SCOD and NH3-N concentrations were measured in the effluent of pretreated digested sludge; however, PO4-P concentration did not vary so much. Heavy metal concentrations of all digested sludges met Soil Pollution Control Regulation Standards. Finally a simple cost calculation was done for a MW+pH-12 pretreatment of WAS for a fictitious WWTP. Results showed that, WWTP can move into profit in 5.5 years.
Benzer Tezler
- Optimization of ozonation conditions for the phosphorus recovery from waste activated sludge
Atık aktif çamurdan fosfor gerikazanımı için ozonlama koşullarının optimizasyonu
SEVİL COŞGUN
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Çevre MühendisliğiMarmara ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. NESLİHAN SEMERCİ
- Çevre dostu bir katkı ile zemin stabilizasyonu
Soil stabilization with an environmental-friendly additive
AYSEL DURMUŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
İnşaat MühendisliğiEge Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALPER SEZER
- Alkali aktivatör ve kum oranının alkalilerle aktifleştirilmiş cürufun özelliklerine etkisi
The effect of alkali activator and sand ratio on the properties of alkali-activated slag
TARIK ÖMÜR
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
İnşaat MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİHAT KABAY
- Nanofiltrasyon membranlarının üretimi ve tekstil endüstrisinde uygulanması
Fabrication of nanofiltration membranes and its application textile industry
TÜRKAN ORMANCI ACAR
Doktora
Türkçe
2017
Çevre Mühendisliğiİstanbul ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NEŞE TÜFEKCİ
PROF. İSMAİL KOYUNCU
- Alkalilerle aktive edilmiş puzolan bağlayıcılı silindirle sıkıştırılmış harç ve beton geliştirilmesi
Development of alkali-activated pozzolan binder roller compacted mortar and concrete
MİTHAT CAN BİÇER
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
İnşaat MühendisliğiEge Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞEMSİ YAZICI