Simultaneous nutrient removal and solids reduction in OSA process
OSA prosesi ile besi maddesi giderimi ve çamur azaltmanın birlikte gerçekleştirilebilirliği
- Tez No: 363537
- Danışmanlar: DOÇ. DR. NEVİN YAĞCI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2014
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 125
Özet
Aktif çamur prosesi evsel ve endüstriyel atıksuların biyolojik olarak arıtılmasında yaygın olarak kullanılan bir prosestir. Bir aktif çamur sistemi esas olarak bir ön çöktürme havuzu, biyolojik proseslerin gerçekleştiği bir havalandırma havuzu ve bir son çöktürme havuzundan oluşur. Son çöktürme havuzunda çökelmiş biyolojik çamurun bir kısmı sistemde belirli bir çamur yaşını sağlamak üzere atılarak çamur arıtma proseslerine gönderilirken bir kısmı da havalandırma havuzuna geri devrettirilir. Havalandırma tankında gerçekleşen biyolojik proses çözünmüş ve askıda organik maddelerin biyokütle ve çeşitli gazlara (CO2, CH4, N2 and SO2) dönüşmesini içerir. Aktif çamur, güvenilirliği, esnekliği, nitrifikasyonun sağlanabilmesi gibi açılardan en yaygın olarak kullanılan proses olmasına karşın fazla çamur oluşumu bu prosesin en önemli dezavantajı olarak karşımıza çıkmaktadır. Yapılan çalışmalar aktif çamur prosesinin performansını geliştirmekle birlikte azot ve fosfor giderim mekanizmalarının da sisteme entegre olmasını sağlamıştır. Proses verimli bir şekilde çalışsa dahi çamur yaşının kontrolü amacıyla mikroorganizmaların çoğalması sonucu uzaklaştırılması gereken yüksek miktarda çamur üretimi sözkonusudur. Bu çamurun arıtılması çürütme, kimyasal arıtma, susuzlaştırma ve yoğunlaştırmanın birlikte kullanılması ile mümkündür. Fazla çamurun arıtılması ilk yatırım maliyetlerini artırmakla birlikte genellikle arıtma tesisi işletme maliyetlerinin %60'ını oluşturmaktadır. Aktif çamurun stabilizasyonu için en sık kullanılan yöntemlerden biri anaerobik çürütmedir. Çamur hacimlerinde ve uzaklaştırma maliyetlerindeki artışlar, üretilen çamur miktarının azalatılması hususunda yeni yöntemlerin geliştirilmesi ihtiyacını doğurmuştur. Bu süreç içinde çamur hacminin azaltılmasına yönelik çok sayıda ön arıtım ve yan akım teknolojiler geliştirilmiştir. Bu teknolojiler, mekanik, termal, kimyasal ve biyolojik olarak dört ayrı gurupta sıralanabilir. Yan akım sistemler aktif çamur sistemlerinin çamur geri dönüşüm mekanizmalarına entegre edilerek çoğu durumda anaerobik çürütme ihtiyacını ortadan kaldırarak uzaklaştırılacak çamur hacminde önemli azalmalara imkan tanımaktadır. Çamur problemine çözüm yaratabilmek amacıyla geliştirilecek yaklaşımların çamurun üretimi gerçekleşmesini takiben yerine mevcut arıtma prosesine entegre olacak şekilde geliştirilmesi yatırım ve işletme maliyetleri açısından daha olumlu olacaktır. Geliştirilen yaklaşımın ise mevcut prosesin arıtma karakteristiklerini ve çıkış kalitesi ile çökelme özelliklerini olumsuz yönde etkilememesi gerekmektedir. Bu bağlamda yürütülen çalışmada oksik-çökelme-anoksik (OSA) prensibine gore çalıştırılan laboratuvar ölçekli ardışık kesikli reaktörlerde besi maddesi ve çamur azaltılmasının birlikte gerçekleştirilebilirliği araştırılmıştır. Son yıllarda yaygınlaşan bu proses esas olarak aktif çamur prosesine geri devir hattı ile bağlı bir anaerobik tanktan oluşmaktadır. Bu prosesin pratik uygulamaları ile %60-70 oranında çamur azalması sağlanabildiği ortaya konmuştur. Bu çalışmada, aktif çamur sistemlerinde çamur azalmasının ve besi maddesi gideriminin optimizasyonunun araştırılması amacıyla aralarında geri devir hattı ile bağlı anaerobik biyoreaktör ve aktif çamur sisteminden oluşan laboratuvar ölçekli bir sistem işletilmiştir. Paralel olarak işletilen iki adet OSA sistemi, bir ardışık kesikli reaktör (AKR) ile bir anaerobik biyoreaktörden oluşmuştur. Sistemler oda sıcaklığında tutulmuşlardır. Her bir AKR çevrimi 5 saat reaksiyon fazı (havalandırma veya karıştırma), 45 dakika çökelme ve 15 dakika boşaltma ve dinlendirme fazından oluşmuştur. Besleme, çıkış ve aerobik ile anaerobik biyoreaktörler arasındaki çamur geçişi peristaltik pompalar ile sağlanmıştır. AKR sistemlerinden istemli olarak çamur atma yapılmamıştır. Bu AKR'lerde çamur kaybı sadece anaerobik biyoreaktöre gidiş sırasında gerçekleşmiştir. Ayrıca bir miktar çıkış suyundan kaçan katı maddeler olmuştur. Biyoreaktör ve AKR arasındaki çamur geçişi 1/10 oranında gerçekleştirilmiştir. Buna göre, anaerobik biyoreaktörün hidrolik bekletme süresi ve çamur yaşı 10 gün olarak gerçekleşmiştir. Deneysel çalışma, besleme koşulları ve karıştırma süreleri farklı olarak tasarlanmış olarak işletilen OSA sistemlerinden oluşmuştur. Reaktörlerin başlangıç çamurları Paşaköy İleri Biyolojik Atıksu Arıtma Tesisi'nden temin edilmiştir. Azot ve fosfor giderimi için gerekli olan işletme koşullarının optimizasyonu için karıştırma ve havalandırma fazlarından oluşan proses fazları tasarlanmıştır. Faz sürelerinin çeşitli varyasyonları uygulanarak besi maddesi gideriminin nasıl artırılabileceği denenmiştir. Yapılan deneylerden elde edilen sonuçlar karıştırma süresinin (Tmix) toplam reaksiyon süresine (Tc) oranının OSA sistemi ile katımadde azaltılmasını etkilemeden besi maddesi gideriminde önemli rol oynadığı görülmüştür. Tmix/Tc oranının 0,6 ve KOİ/TKN oranının 9'dan daha yüksek olduğu durumlarda düşük fosfat konsantrasyonları (2 mg/L'den daha düşük) gözlemlenmiştir. Çıkış fosfat konsantrasyonlarına KOİ/TKN oranından ziyade Tmix/Tc oranı daha çok etki etmektedir. Tmix/Tc oranı 0,7 için çıkış fosfat konsantrasyonu atıksu karakterinden bağımsız olarak 2 mg/L' nin altında olmuştur. Beklendiği üzere yüksek KOİ/TKN oranlarında daha düşük oksitlenmiş azot konsantrasyonları gözlemlenmiştir. Oksitlenmiş azot konsantrasyonları da Tmix/Tc oranından önemli derecede etkilenmektedir. Tmix/Tc oranı arttıkça çıkış azot konsantrasyonlarında daha düşük değerler elde edilmektedir. Çamur azaltılması ile birlikte azot ve fosfor gideriminin de gerçekleştirilebileceği bu çalışma ile kanıtlanmış olmaktadır. Yürütülen çalışmalar süresince çamur azaltılması oranı sistemlerin çalışma düzenlerine bağlı olarak %54 ile %67 arasında değişiklik göstermiştir.
Özet (Çeviri)
Activated sludge process is the dominant biological treatment method for municipal and industrial wastewaters for many years. An activated sludge system consists of a primary settling tank, an aeration tank where the biological processes occur and a final settling tank. A portion of the settled sludge in the settling tank is discharged to sludge treatment processes in order to maintain a certain sludge age and the remaining portion is recycled into the aeration tank. The process in aeration tank involves the transformation of dissolved and suspended organic matter to biomass and evolved gases (CO2, CH4, N2 and SO2). In this process, microorganisms oxidize a portion of the organic matter to carbon dioxide and water by using molecular oxygen as a terminal electron acceptor. Although it has proven to be reliable, efficient, and capable to produce high effluent quality, it also produces significant quantities of excess sludge that require additional processing and disposal. Continuous research efforts enhanced the performance of activated sludge process by incorporating nitrification and biological nitrogen and phosphorous removal mechanisms. One main challenge that evolves from this process is the generation of solids waste, namely excess sludge. Due to the routine wastage of activated sludge from the process, excess biomass is generated on a continuous basis. Anaerobic digestion of wastewater sludge has widely been preferred in application for stabilization of sludge. As sludge volumes and disposal costs increase, it has been a necessity to develop newer methods for reducing the volume of sludge to be treated. Numerous pretreatment and side-stream systems developed and studied over the past several decades with the overall goal of reducing the volume of biosolids to be disposed of in landfills or by land application. These technologies can be separated into four large groups: mechanical, thermal, chemical and biological, although there is often overlap between groups. Side-stream technologies incorporated into the activated sludge recycle stream are focused on reducing the overall plant yield and, in most cases, eliminating the need for anaerobic digestion because the sludge volumes for disposal are minimal. To tackle the sludge problem, an ideal approach would aim at reducing the excess sludge in the existing treatment process rather than the post treatment of the sludge generated. The approach should not affect the other treatment characteristics such as effluent quality and settling properties. In this context this thesis investigates simultaneous nutrient removal and solid reduction using laboratory scale sequencing batch reactors operated with oxic-settling-anaerobic (OSA) process. The study was carried out by using two parallel laboratory scale OSA systems. Sequencing batch reactors were used due to the operational flexibility and the convenience of monitoring the dynamic behaviors within cycles. Each system consists of a sequencing batch reactor (SBR) and an anaerobic bioreactor. Feeding, discharge and sludge interchange between SBRs and anaerobic bioreactors were carried out by peristaltic pumps. The SBR operations were designed for 4 cycles a day, where 5 hours was devoted to the process phase. The remaining period after the process phase involved 30 minutes for settling, 15 minutes for the withdrawal of the treated effluent and 15 minutes for the idle phase to investigate nutrient removal potential of an SBR operated in an OSA process configuration. The sludge interchange rate between the SBRs and anaerobic bioreactors was applied to be ten percent of the total sludge volume. As a result of the interchange rate the anaerobic bioreactors had a sludge age of 10 days. The initial sludge for the reactors was provided from Paşaköy Advanced Biological Wastewater Treatment Facility in Istanbul. Synthetic wastewater prepared to have domestic wastewater characteristics was used throughout the study. In order to optimize the operation conditions of the system for nitrogen and phosphate removal, the process phases were designed as multiple phases of mixing and aeration. Variable durations of contiguous phases of multiple mixing and aeration were tested for higher nutrient removal. The results indicate that mixing period duration (Tmix) to total reaction time (Tc) plays an important role on nutrient removal in the OSA systems without affecting sludge reduction. Lower phosphate concentrations (lower than 2 mg/L) were observed for Tmix/Tc ratio of higher than 0,6 and COD/TKN ratios of higher than 9. Effluent Phosphate concentrations were affected by Tmix/Tc ratios rather than COD/TKN ratios. For Tmix/Tc ratios of 0,7, effluent phosphate concentrations were lower than 2 mg/L regardless of the wastewater characteristics. As expected, lower oxidized nitrogen concentrations were observed for higher COD/TKN ratios. Oxidized nitrogen was also highly affected by Tmix/Tc ratio. Higher Tmix/Tc ratios were lead to lower effluent nitrogen concentrations. It is proved that nitrogen and phosphorus removal is possible besides sludge minimization. The sludge reduction values between 54% and 67% was achieved during the all runs performed.
Benzer Tezler
- Süt endüstrisi atıksuyu ve organik evsel katı atığın hammadde olarak kullanılmasıyla karışık kültürden polihidroksialkanoat (PHA) eldesi
Polyhydroxyalkanoate (PHA) production from mixed microbial culture by using dairy wastewater and food waste as raw materials
SELİN KARACA
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Biyoteknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. NEVİN YAĞCI
- Ardışık kesikli reaktörlerde biyolojik aşırı fosfor giderimi üzerine oksitlenmiş atotun etkisi
Başlık çevirisi yok
NEVİN ÖZGÜR
- Süt ve süt ürünlerinin ileri osmoz-membran distilasyonu hibrit prosesi ile konsantrasyonu
Concentration of milk and dairy products by means of a forward osmosis-membrane distillation hybrid process
KÜBRA GÜL
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Kimya MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AYÇA MERİÇ HASANOĞLU
- Birincil çamur fermentasyon ürünlerinin besi maddesi gideren aktif çamur sistemlerine etkisinin incelenmesi
Effect of primary sludge fermentation products on biological nutrient removal process
SEDA OKTAY
Yüksek Lisans
Türkçe
2003
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EMİNE UBAY ÇOKGÖR
- Simulation based optimization of aeration in carousel reactors for securing new EU discharge regulations
Yeni AB deşarj yönetmeliklerinin güvence altına alınması için karusel reaktörlerde havalandırmanın simülasyon tabanlı optimizasyonu
IRMAK ÖZDEMİR
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAYRETTİN GÜÇLÜ İNSEL