The investigation of sludge disintegration using oxidation processes

Abstract

Bu tez kapsamında, biyolojik çamurların anaerobik çürüme performanslarının geliştirilmesi, stabilizasyon derecesinin ve biyogaz oluşumunun arttırılmasına yönelik olarak oksidasyon tekniklerinin çamur dezentegrasyonu amacıyla kullanılabilirliği yapılan deneysel çalışmalar ile araştırılmıştır. Biyolojik çamur örnekleri anerobik çürüme öncesinde Fenton prosesi, ozon oksidasyonu ve ultrasonik arıtma işlemlerine tabi tutulmuştur. Biyolojik çamur, İzmir'de bulunan nutrient giderimi gerçekleştiren bir uzun havalandırmalı aktif çamur sistemi içeren bir evsel atıksu arıtma tesisinden temin edilmiştir. Çalışmanın ilk bölümünde deneyler, uygulanan oksidasyon proseslerinin koşullarının çamur dezentegrasyonu için optimizasyonuna yönelik olarak yürütülmüştür. Dezentegrasyon amacıyla uygulanan yöntemler çamur içerisindeki hücrelerin parçalanmasına olanak sağlayarak çamurların biyolojik olarak parçalanabilirliğini arttırmıştır. Yöntemler içerisinde en yüksek dezentegrasyon derecesi ultrasonik arıtma uygulaması ile elde edilmiştir. Çalışmanın ikinci bölümünde, laboratuvar ölçekli reaktörler kullanılarak çamur çürüme çalışmaları yürütülmüştür. Reaktörler kesikli ve yarı kesikli olarak işletilmiştir. Reaktörler mezofilik sıcaklık koşulunda otuz gün süre ile işletilmiş; çamur çürüme performansları laboratuvar ortamında yürütülen deneyler ile tayin edilmiştir. Deneysel çalışma sonuçları, dezentegre edilmiş çamurla beslenen reaktörlerde daha fazla organik madde indirgenmesi ve daha fazla biyogaz oluşumu olduğunu göstermiştir. Uygulanan tüm dezentegrasyon yöntemleri çamurların anaerobik parçalanabilirliği üzerinde olumlu bir etki göstermiştir. Uygulanan üç yöntem çamur çürüme performansı açısından karşılaştırıldığında ozon oksidasyonu ve ultrasonik arıtma uygulamaları çok yakın sonuçlar vermiş olmakla birlikte ultrasonik dezentegrasyon uygulaması metan gazı oluşumları dikkate alındığında daha etkili olmuştur. Fenton prosesi diğer iki yönteme kıyasla metan gazı oluşumu açısından daha düşük verim sağlamıştır. İşletim türüne bağlı olarak yapılan değerlendirmede kesikli olarak işletilen sistemlerin yarı kesikli olarak işletilen sistemlere göre çok daha düşük bir çürüme performansına sahip olduğunu söylemek mümkündür. Diğer yandan, dezentegrasyon yöntemleri anaerobik yöntemle çürütülmüş çamurların su verme özellikleri üzerinde bir etki göstermemiştir. In this thesis, the feasibility of oxidation techniques as biological sludge disintegration purpose was investigated to improve anaerobic digestion performance, to increase stabilization degree and to increase biogas production with experimental studies. Fenton process, ozone oxidation and ultrasonic treatment as advanced oxidation processes were applied to biological sludge samples preceding anaerobic sludge digestion. Biological sludge was sampled from the municipal wastewater treatment plant in Izmir, Turkey, which has extended aeration activated sludge plant with nutrient removal facilities. In the first stage of the study, experiments were carried out to optimize the process conditions for floc disintegration. All applied methods allowed to destruction of microbial sludge cells resulting in an increased biodegradability. Among the methods, ultrasonic treatment gave the maximum disintegration degree. In the second stage of the study, sludge digestion studies were carried out using lab-scale anaerobic reactors. Reactors were operated both as batch and as semi batch system. The reactors were operated in mesophilic conditions for thirty days. Experimental results showed higher volatile solids reductions and higher biogas productions for the digesters fed with disintegrated sludge. All applied method showed a positive effect on anaerobic sludge biodegradability. When comparing the applied methods in terms of sludge digestion performance, ozone oxidation and ultrasonic treatment gave much closed results and ultrasonic treatment gave the best results in terms of methane production. Fenton process had lower efficiencies then the other two methods in terms of methane production. When comparing the operation types in terms of sludge digestion performance, semi batch systems had better digestion performance than batch system. On the other hand, disintegration processes had no positive effect of sludge dewatering properties.