Model based evaluation of biogas production potential of full scale wastewater treatment plant operated under low sludge retention time
Düşük çamur yaşı ile işletilen tam ölçekli arıtma tesislerinde biyogaz oluşum potansiyelinin model bazlı incelenmesi
- Tez No: 350391
- Danışmanlar: DOÇ. DR. H. GÜÇLÜ İNSEL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Çevre Mühendisliği, Energy, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2012
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Çevre Bilimleri ve Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 133
Özet
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 arttırmıştır. 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 çalışmalarda belediye atıksu arıtma tesisleri için gerekli olan kapital başına enerji aralığı arıtma tesisinin büyüklüğüne ve yürüttüğü arıtma teknolojisine bağlı olaraktan 20-50 kWh/ca.year olarak bulunmuştur. Anaerobic özümleme ve/veya termo-kimyasal yakma prosesleri, atıksu arıtma tesislerinde çamurdan enerji elde etmek için uygulanan işlemlerdir. Çamur atıksu arıtma tesisleri için önemli bir enerji kaynağıdır. Dolayısıyla atıksu arıtma tesislerinde tasarım aşamasında arıtma yöntemi seçimi ve uygulama aşamasında 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. Söz konusu arıtma tesisi sadece organik karbon giderimi için tasarlanmış olup azot giderimi dahilinde sistem enerjisi üzerinde oluşacak değişiklikler incelenmiştir. Ayrıca teorik olarak belirlenen değerlerle tasarlanan çamur yakma sisteminin hem organik karbon gideren sistemde hemde organik karbon ve azotu birlikte gideren sistemde enerji geri kazanımı nasıl etkilediğine bakılmıştır. Bu yaklaşımların tümü mümkün olabilecek dört senaryo altında incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar atıksu arıtma tesisinin elektrik ve isi enerji dengeleri kurularaktan değerlendirilmiştir. Değerlendirmenin sonucunda organik karbon ve azotu birlikte gideren sistemdeki enerji tüketiminin artan oksijen ihtiyacı ve eklenen birimlerin karıştırma ihtiyacına bağlı olaraktan sadece organik karbon gideren sistemdeki enerji tüketiminden 36% fazla olduğu bulunmuştur. İlaveten önceki çalışmalarda bahsedildiği gibi konvansiyonel atıksu arıtma tesislerinin en çok enerji harcayan birimi olan havalandırma sistemlerinde yapılan iyileştirmenin tesisin elektrik enerjisi kullanımını azalttiği görülmüştür. Bu sebepten dolayı mevcut sistemde bulunan mekanik yüzey havalandırıcıları yerine, daha fazla oksijen ihtiyacı olan organik karbon ve azot giderimli sistemde ince difüzörlü havalandırıcılar kullanılmıştır. İnce difüzörlü havalandırmanın organik karbon ve azot gideren sistemin enerji ihtiyacını 30% azalttığı görülmüştür. Bununla birlikte çamur yakma sistemi her iki sistemin enerjisinin geri kazanımı açısından değerlendirilmiştir. Yapılan değerlendirme olumlu bir sonuç vermiş ve her iki tesisinde enerji geri kazanımını 60% oranında arttırmıştır.
Özet (Çeviri)
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 capita 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.
Benzer Tezler
- Plant-wide process analysis targeting reliable estimation of biogas production from anaerobic sludge digestion
Anaerobik çamur çürütme prosesinden biyogaz üretiminin güvenilir tahminine yönelik tesis geneli proses analizi
GÖKŞİN ÖZYILDIZ
Doktora
İngilizce
2024
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAYRETTİN GÜÇLÜ İNSEL
- Atıksu arıtma tesislerinde enerji verimliliğinin incelenmesi
Energy efficiency in wastewater treatment plants
ZEHRA AYNUR
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İZZET ÖZTÜRK
- Evaluation of co-substrate alternatives for co-digestion of sewage sludge: Coupling plant-wide modelling with life cycle analysis
Arıtma çamurunun birlikte çürütülmesi için ilave substrat alternatiflerinin değerlendirilmesi: Tesis bazlı modelleme ve yaşam döngüsü analizinin birlikte kullanılması
EMİRCAN KARA
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA EVREN ERŞAHİN
- Kuvvetli atıkların yukarı akışlı havasız filtrelerde arıtım kinetiği
Kinetics of strong waste treatment by anqerobic upflow filters
M.ATALAY TİMUR
- Bir biyogaz tesisinin üretim parametrelerinin deneysel olarak incelenmesi ve optimizasyonu
Experimental investigation and optimization of production parameters of a biogas plant
NİLAY AKDENİZ ACAR
Doktora
Türkçe
2019
Makine MühendisliğiSüleyman Demirel ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA ACAR