Application of fry-dry technology on municipal treatment sludges

Abstract

Su ve atıksu arıtma tesislerinden elde edilen arıtma çamuru bir atık olarak değerlendirilmektedir. Atık çamurunun üretimi sürekli olarak artış göstermektedir. Artan çamur miktarı, sahip olduğu yüksek organik madde içeriği ve nihai olarak bertaraf edilmesi gibi konular ele alındığında uygulamada bu konu büyük bir problem olarak dikkat çekmektedir._x000B_Arıtma çamurunun katı atık depolama sahalarında depolanması yaygın ve kolay bir uygulamadır; ancak, çamur özellikleri, nakliye maliyetleri, koku ve gaz salınımı gibi sebeplerden ötürü büyük sorunlar yaratabilmektedir. Avrupa Birliği'nin çamurun toprakta uygulanabilmesine ilişkin yönetmeliği 86/278/EEC arıtma çamurunun olumsuz etkilerininin insan ve çevre sağlığı açısından en aza indirilmesini hedeflemektedir. Depolamada yaşanan problemlerden dolayı son dönemlerde yakma yöntemine yönelinmiştir. Yakma yöntemi için, termal kurutma bir ara-ön işlem olarak konumlandırılmıştır._x000B_Termal kurutma işlemi çamurun sahip olduğu suyu yok ederek ve kuru madde içeriğini %90'dan fazla tutarak hacmi azaltan ve atık çamurunun daha düşük ısı değerini artıran bir süreçtir. Mevcut atık çamur kurutma teknolojisine ek olarak, yağda kızartma süreci atık çamurunu kurutma maksadıyla sahip olduğu pek çok avantajıyla birlikte yeni alternatif bir yöntem olarak değerlendirilmeye başlamıştır. Bu süreç, iki atık materyalin (çamur ve atık yağ) değerli bir ürün (bio-yakıt) elde edilmesi için birleştirilmesinin bir sonucu olarak enerji geri dönüşümünde cazip bir yöntemdir. Ayrıca, Türk atık yağ direktifi (2005) atık yağların kontrol edilmesi, toplanması ve yeniden düzenlenmesini amaçlamaktadır._x000B_Dokuz Eylül Üniversitesi Çevre Mühendisliği Bölümü'nde yürütülmüş olan bu araştırma çalışmasında, tipik atık çamuru kurutma yöntemlerine bir alternatif olarak arıtma çamurları için yağda kızartma teknolojisinin uygulanabilirliği incelenmiştir. İzmir Büyükşehir Belediyesi, İzmir Su ve Kanalizasyon İdaresi Genel Müdürülüğü (İZSU) sorumluluğunda işletilen Çiğli Kentsel Atıksu Arıtma Tesisi'nden alınan çamur keki örnekleri ile çalışılmıştır. Çamur keki karakterizasyonunun belirlenmesinde, pH, sıcaklık, çamur katı madde miktarı, organik madde miktarı, kalorifik (ısıl) değer analizlenmiştir. Deneysel çalışmanın tasarımında ve elde edilen verilerin değerlendirilmesinde Box Wilson İstatiksel Deney Yöntemi uygulanmıştır. Deneysel çalışmalarda bu uygulama, atık mutfak yağı (WCO) ve atık trafo-madeni yağ (WEO) ile iki seri olarak gerçekleştirilmiştir. Silindirik olarak şekillendirilen örneklerde 1cm ile 3 cm arasında beş farklı çap (1.0 cm., 1.5 cm, 2.0 cm., 2.5 cm., 3.0cm.), 100 derece ile 180 derece arasında (100 derece,120 derece,140 derece,160 derece,180 derece) beş farklı yağ sıcaklığı ve 2 dk. ile 20 dk. arasında beş farklı süresi (2min., 6min.,11min.,16min.,20min.) yağda kızartma uygulamasında kullanılmıştır. Deneysel çalışmaların sonuçları, artan sıcaklık ve alıkonma süreleri için hem çamurun katı madde içeriğinin hem de son ürünün ısıl değerinin arttığını göstermektedir. Kullanılan yağların çamurun sahip olduğu ısıl değeri arttırdığı bulunmuştur._x000B_Bu tez çalışmasında, arıtma çamurlarının yağda kızartma yöntemiyle kurutulmasına ilişkin elde edilen deneysel veriler detaylı olarak sunulmakta ve tam ölçekli uygulamalara yönelik sonuçlar tartışılmaktadır. Su ve atıksu arıtma tesislerinden elde edilen arıtma çamuru bir atık olarak değerlendirilmektedir. Atık çamurunun üretimi sürekli olarak artış göstermektedir. Artan çamur miktarı, sahip olduğu yüksek organik madde içeriği ve nihai olarak bertaraf edilmesi gibi konular ele alındığında uygulamada bu konu büyük bir problem olarak dikkat çekmektedir._x000B_Arıtma çamurunun katı atık depolama sahalarında depolanması yaygın ve kolay bir uygulamadır; ancak, çamur özellikleri, nakliye maliyetleri, koku ve gaz salınımı gibi sebeplerden ötürü büyük sorunlar yaratabilmektedir. Avrupa Birliği?nin çamurun toprakta uygulanabilmesine ilişkin yönetmeliği 86/278/EEC arıtma çamurunun olumsuz etkilerininin insan ve çevre sağlığı açısından en aza indirilmesini hedeflemektedir. Depolamada yaşanan problemlerden dolayı son dönemlerde yakma yöntemine yönelinmiştir. Yakma yöntemi için, termal kurutma bir ara-ön işlem olarak konumlandırılmıştır._x000B_Termal kurutma işlemi çamurun sahip olduğu suyu yok ederek ve kuru madde içeriğini %90?dan fazla tutarak hacmi azaltan ve atık çamurunun daha düşük ısı değerini artıran bir süreçtir. Mevcut atık çamur kurutma teknolojisine ek olarak, yağda kızartma süreci atık çamurunu kurutma maksadıyla sahip olduğu pek çok avantajıyla birlikte yeni alternatif bir yöntem olarak değerlendirilmeye başlamıştır. Bu süreç, iki atık materyalin (çamur ve atık yağ) değerli bir ürün (bio-yakıt) elde edilmesi için birleştirilmesinin bir sonucu olarak enerji geri dönüşümünde cazip bir yöntemdir. Ayrıca, Türk atık yağ direktifi (2005) atık yağların kontrol edilmesi, toplanması ve yeniden düzenlenmesini amaçlamaktadır._x000B_Dokuz Eylül Üniversitesi Çevre Mühendisliği Bölümü?nde yürütülmüş olan bu araştırma çalışmasında, tipik atık çamuru kurutma yöntemlerine bir alternatif olarak arıtma çamurları için yağda kızartma teknolojisinin uygulanabilirliği incelenmiştir. İzmir Büyükşehir Belediyesi, İzmir Su ve Kanalizasyon İdaresi Genel Müdürülüğü (İZSU) sorumluluğunda işletilen Çiğli Kentsel Atıksu Arıtma Tesisi?nden alınan çamur keki örnekleri ile çalışılmıştır. Çamur keki karakterizasyonunun belirlenmesinde, pH, sıcaklık, çamur katı madde miktarı, organik madde miktarı, kalorifik (ısıl) değer analizlenmiştir. Deneysel çalışmanın tasarımında ve elde edilen verilerin değerlendirilmesinde Box Wilson İstatiksel Deney Yöntemi uygulanmıştır. Deneysel çalışmalarda bu uygulama, atık mutfak yağı (WCO) ve atık trafo-madeni yağ (WEO) ile iki seri olarak gerçekleştirilmiştir. Silindirik olarak şekillendirilen örneklerde 1cm ile 3 cm arasında beş farklı çap (1.0 cm., 1.5 cm, 2.0 cm., 2.5 cm., 3.0cm.), 100 derece ile 180 derece arasında (100 derece,120 derece,140 derece,160 derece,180 derece) beş farklı yağ sıcaklığı ve 2 dk. ile 20 dk. arasında beş farklı süresi (2min., 6min.,11min.,16min.,20min.) yağda kızartma uygulamasında kullanılmıştır. Deneysel çalışmaların sonuçları, artan sıcaklık ve alıkonma süreleri için hem çamurun katı madde içeriğinin hem de son ürünün ısıl değerinin arttığını göstermektedir. Kullanılan yağların çamurun sahip olduğu ısıl değeri arttırdığı bulunmuştur._x000B_Bu tez çalışmasında, arıtma çamurlarının yağda kızartma yöntemiyle kurutulmasına ilişkin elde edilen deneysel veriler detaylı olarak sunulmakta ve tam ölçekli uygulamalara yönelik sonuçlar tartışılmaktadır._x000B_Sludge, generated throughout the water and wastewater treatment plants (WWTPs), is considered as a waste material. The production of sludge has continuously been increased. It?s a huge problem regarding its increasing production amounts, organic contents and also final disposal._x000B_Land filling has been widely applied, however it has major problems due to sludge?s unsteady characteristics, transportation costs, odor and gas emissions. The European directive 86/278/EEC (Council Directive, 1986) intends to control all potential harmful effects of sewage sludge on soil, vegetation, animals and human. As a result of strictly limited land application of sewage sludge, incineration has become an increasing disposal method. For the incineration method, thermal drying is positioned as an intermediate unit operation._x000B_Thermal drying is a process that reduces the volume and increases the heating value of sludge, by removing the water and achieving dry solids content more than 90%. In addition to the available sludge drying technology, fry-drying process has been recently considered as an alternative process with its many advantages for sludge drying purpose. This process is an attractive method for energy recovery as a result of combining two waste materials (sludge and waste oil) into a valuable product (bio-fuel). Also, the Turkish waste oil directive (2005) intends to control, collect and reuse waste oils._x000B_This research study conducted in Department of Environmental Engineering at Dokuz Eylul University aimed to investigate the fry-drying technology as an alternative approach to typical sludge drying methods. The wastewater sludge used in this study was taken from a Municipal Wastewater Treatment Plant located in Çiğli, Izmir, Turkey. Dewatered sludge cake characteristics were determined based on the pH, temperature, total solids content, volatile solids content, and heating value parameters. Experimental studies were designed by using the Box Wilson experimental statistical method. Experimental studies were done as two series by using: waste engine oil (WEO) and waste cooking oil (WCO) for the fry-drying process. In the experimental studies, sludge used as cylindrical samples at five different diameters between 1cm and 3 cm (1.0 cm., 1.5 cm, 2.0 cm., 2.5 cm., 3.0cm.), at five different oil temperatures ranged between 100 degree of Celsius and 180 degree of Celsius (100 degree of Celsius, 120 degree of Celsius,140 degree of Celsius,160 degree of Celsius,180 degree of Celsius) and at five different frying times ranged between 2 min and 20min. (2min., 6min.,11min.,16min.,20min.). Experimental results showed that the increasing of time and temperature increased the both dry solid contents and heating value of the final sludge product._x000B_This thesis presents the detailed research results on fry-drying of sludge and debugs them for full-scale applications.