Arıtma çamurlarının hidrotermal karbonizasyonu ile elde edilen ürünlerin yararlı kullanım alternatiflerinin araştırılması
Investigation of beneficial use alternatives of products obtainedby hydrothermal carbonization of sewage sludge
- Tez No: 810713
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ÖZLEM DEMİR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Harran Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Biyokütlenin hidrotermal karbonizasyonu sonucu elde edilen ürünlerin tekrar kullanılabilmesi son zamanlarda dikkat çeken bir çalışma alanı haline gelmiştir. Hidrotermal karbonizasyon işleminin biyokütle için bir ön kurutma gerektirmemesi arıtma çamurları için uygun bir yöntem olabileceğine işaret etmektedir. Bu çalışmada, arıtma çamurlarının yönetimine bir nebze de olsa katkı sunmak açısından kentsel atıksu arıtma tesisi çamurlarının hidrotermal karbonizasyon işleminden geçirildikten sonra elde edilen ürünlerin yararlı kullanım alternatifleri değerlendirilmiştir. Çalışmada, öncelikle hidrotermal karbonizasyon işlemine etki eden parametrelerin (çamur/su oranı, sıcaklık, süre) optimizasyonu maksimum ısıl değer ve enerji verimine Box-Behnken İstatistiksel Deney Tasarım Yöntemi'ne göre gerçekleştirilmiştir. Elde edilen hidrokömürler için dört farklı yararlı kullanım alternatifi (anaerobik çürütücüde metan oluşum verimliliğinin artırması, hidrokömürden fosfor geri kazanımı, adsorpsiyon ile ağır metal gideriminde adsorban olarak kullanabililirliği ve toprak iyileştirici olarak kullanılabilirliği) değerlendirilerek her bir kullanım alanı için en uygun hidrokömür özellikleri ortaya konmaya çalışılmıştır. Üst ısıl değerlerinin (HHV) 15.97-18.22 MJ/kg arasında değiştiği görülmüştür. Hidrokömürlerin ısıl değer artış yüzdelerinin %95.29 (1 sa, 215°C, v/w: 0.1) ve %108.71 (3 sa, 250°C, v/w: 0.07) aralığında olduğu bulunmuştur. Adsorpsiyon çalışmalarında ise ağır metallerde giderim sağlanmıştır. Optimizasyon sonuçlarına göre: çinko verim ≥%99.51, kurşun için verim ≥%99.98, nikel için verim ≥%87.79, demir için verim ≥%99.75, bakır için verim ≥%99.45, kobalt için verim ≥%87.00, kadmiyum için verim ≥%99.34 olarak elde edilmiştir. Fosfor geri kazanım çalışmasında sıcaklık, süre ve Mg(OH)2 etkileri analiz edilmiştir.Hidrokömürlerde fosfor %23.96-97.58 arasında geri kazanılmıştır. Bu çalışmada süre ve Mg(OH)2 miktarı en önemli parametrelerdir. Hidrokömürün toprak üzerindeki etkilerinde çalışma sonuçlarına bakıldığında, toprağa uygulanan hidrokömür materyalleri incelenen (kireç, organik madde, yarayışlı fosfor, toplam azot, katyon değişim kapasitesi (KDK), değişebilir ve çözünebilir katyon (Ca+2, Na+2, Mg+2 ve K+2) parametreler açısından kontrollere göre iyileştirmeler sağlamıştır. Anaerobik çürütücüde metan oluşum verimliliğinin üzerinde de anlamlı sonuçlar elde edilmiştir. Çalışma 12 iş günü süresince takip edilmiştir Anaerobik çürütme deneyleri boyunca kümülatif metan verimleri 15.75-221.67 %LEL CH4 olarak elde edilmiştir. Çalışmada, yüksek metan eldesinin, yüksek sıcaklık ve yüksek sürelerde elde edilen hidrokömür sıvı fazının eklenmesi ile kurulan reaktörlerde gözlendiği belirlenmiştir.
Özet (Çeviri)
The reuse of the products obtained from hydrothermal carbonization of biomass has recently become a field of study that has attracted attention. The fact that hydrothermal carbonization process does not require pre-drying of biomass indicates that it may be a suitable method for sewage sludge. In this study, the beneficial use alternatives of the products obtained after hydrothermal carbonization of municipal wastewater treatment plant sludges were evaluated in order to contribute to the management of sewage sludges. In the study, firstly, the optimization of the parameters affecting the hydrothermal carbonization process (sludge/water ratio, temperature, time) was carried out according to the BoxBehnken Statistical Design of Experiments Method for maximum thermal value and energy efficiency. Four different beneficial use alternatives (increasing methane formation efficiency in anaerobic digester, phosphorus recovery from hydrochar, use as adsorbent in heavy metal removal by adsorption and use as soil amendment) were evaluated for the obtained hydrocoals and the most suitable hydrochar properties for each application area were tried to be revealed. The upper heating values (HHV) were found to vary between 15.97-18.22 MJ/kg. The percentage increase in the heating value of the hydrocoals was found to be between 95.29% (1 h, 215°C, v/w: 0.1) and 108.71% (3 h, 250°C, v/w: 0.07). In adsorption studies, heavy metals were removed. According to the optimization results: zinc yield ≥99.51%, lead yield ≥99.98%, nickel yield ≥87.79%, iron yield ≥99.75%, copper yield ≥99.45%, cobalt yield ≥87.00%, cadmium yield ≥99.34%. The effects of temperature, time and Mg(OH)2 were analyzed in the phosphorus recovery study. Phosphorus was recovered between 23.96-97.58% in hydrocoal. In this study, time and Mg(OH)2 amount are the most important parameters. Significant results were also obtained above the methane formation efficiency in the anaerobic digester. Cumulative methane yields during the anaerobic digestion experiments were 15.75-221.67 %LEL CH4. In the study, high methane yields were observed in reactors with the addition of hydrochar liquid phase obtained at high temperatures and high times.
Benzer Tezler
- Arıtma çamurlarının çöp ile beraber kompostlaştırılması
Composting of treatment sludge with municiple solid wastes
NUR ÖNDER
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
Çevre MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NECDET ARAL
- Arıtma çamurlarının aerobik kompostlama ve çürütme prosesleri
Aerobic composting and digestion processes of treatment sludges
NEVİM GENÇ
Doktora
Türkçe
1999
Çevre MühendisliğiOndokuz Mayıs ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. A. NUR ONAR
- Arıtma çamurlarının karekterizasyonu ve mevsimsel değişimi
Characterization and seasonal variation of sewage sludge
TURGAY DERE
Yüksek Lisans
Türkçe
2004
Çevre MühendisliğiFırat ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. NİLÜFER NACAR KOÇER
- Arıtma çamurlarının stabilizasyon/solidifikasyonu ve yapı materyali olarak kullanılma imkanlarının araştırılması
The stabilization/solidification of sewage sludge and researcing the possibilities using as building material
SUNA ÖZDEN ÇELİK
Yüksek Lisans
Türkçe
2004
Çevre MühendisliğiTrakya ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. FÜSUN UYSAL
- Arıtma çamurlarının fiziksel ve kimyasal toprak düzenleyicisi olarak kullanımı
Application of sewage sludge as a soil physical and chemical amendment
İLKER ANGIN
Doktora
Türkçe
2008
ZiraatAtatürk ÜniversitesiTarımsal Yapılar ve Sulama Ana Bilim Dalı
PROF. DR. A. VAHAP YAĞANOĞLU