Treatment of reject water

Abstract

Ön çökeltim çamuru ve son çökeltim ünitelerinden gelen fazla çamur, anaerobik çürütücüde stabilize edilir ve ardından susuzlaştırılır. Kentsel atıksu arıtma tesislerinde çamur susuzlaştırma işleminden gelen su miktarı (süzüntü suyu veya çamur suyu gibi) kişi başına günde birkaç litre mertebesindedir. Bu nedenle, tesis üzerindeki hidrolik etkisi önemli değildir. Buna karşın, çamur suyundaki amonyum konsantrasyonu 2500mg/L mertebesine ulaşabilir. Böylelikle, geri devir edilen azot yükü, ham atıksudaki azot yükünü %25 oranında arttırabilir. Bu durumda, çamur susuzlaştırma ünitesinden gelen süzüntü suyu fazla azot yükü nedeniyle atıksu arıtma işlemlerinde sorun oluşturabilir. Arıtma tesislerinin girişine süzüntü suyu gerideviri ile zaman zaman aşırı yükleme olması nedeniyle arıtma tesisine gelen yük önemli ölçüde artabilir. Bu durumda, problemin çözümü olarak mevcut sistemin haricinde ayrı yapılacak arıtma alternatifi önerilmektedir. Süzüntü suyunda bulunan yüksek amonyum azotu konsantrasyonun sağladığı avantajlardan yararlanarak uygun arıtma alternatifleri geliştirmek için yapılan çeşitli araştırmalar özellikle atıksu endüstrisinde son yirmi yılda önem kazanmıştır. Son zamanlarda, özellikle amonyum giderimi için, nitrifikasyon/denitrifikasyon işlemlerinde yeni gelişmeler ortaya çıkarılmıştır. Bunlara ek olarak, atıksudaki fosforun arıtımı için magnezyum-amonyum-fosfat (MAP) ya da struvite çökeltimi, hidroksiapatit (HAP) çökeltimi ve fosforun doğal giderilmesi gibi çeşitli metodlar vardır. Ancak, süzüntü suyunda yüksek miktarda fosfor olmasına rağmen, fosfor giderimine yönelik araştırmalar büyük oranda deneysel safhaya kalmıştır. Bu nedenle, bu tezin amacı, çamur susuzlaştırma işlemlerinden kaynaklanan süzüntü suyunun arıtımına ilişkin geliştirilen yöntemler hakkında teorik bilgiler vermek, süzüntü suyunun bertarafına ilişkin stratejileri incelemek ve çamur süzüntü suyunun mevcut arıtma dışında tekil olarak arıtılabileceği yöntemleri araştırmaktır. Bu çerçevede, öncelikle iki farklı kentsel atıksu arıtma tesislerinden alınan süzüntü suyu örneklerinin özellikleri (karakterizasyonu) belirlenmiştir. Karakterizasyon çalışmaları ile pH, azot, fosfor, katı madde, koliform ve ağır metal gibi önemli kirlilik parametreleri belirlenmiş; süzüntü suyunun sulama amaçlı kullanım olanakları ve arıtılabilirliğine ilişkin değerlendirmeler yapılmıştır. Karakterizasyon çalışmalarını takiben yapılan arıtılabilirlik çalışmalarında struvit ve hidroksiapatit çökeltim metodları uygulanmıştır. Arıtılabilirlik çalışmaları, uygun pH (8 ve 9), karıştırma süresi (4 saat), perlit dozu (5-15 ve 20g/L) ve Mg-P (1:1, 1,1:1) oranında, %25-41 oranında fosfat fosforu arıtımı ve %76-100 oranında amonyum azotu gideriminin gerçekleştiğini göstermiştir. Hidroksiapatit çökeltimi ile uygun pH (9), karıştırma süresi (2 saat) ve alçıtaşı dozunda (20g/L) %92 oranında fosfat fosforu arıtımı elde edilmiştir. Sludge from primary clarifiers and final sedimentation (i.e. excess sludge) are stabilized in an anaerobic digester, and dewatered thereafter. The water flows from sludge dewatering processes (i.e. reject water or sludge liquor) on municipal wastewater treatment plants (WWTPs) are a few liters per person per day. Therefore, the hydraulic influence on the plant is not important. In contrast, the ammonium concentration in the sludge liquor can reach 2500 mg/L. Thus, the rejected nitrogen load can account for up to 25% of the nitrogen load in the raw sewage. Due to the considerable nitrogen load, reject water from dewatering of sludge could impose on the wastewater treatment process. Being returned to the inlet of a wastewater treatment plant the influent loading of the plant is significantly increased causing occoasional overloading situations. Thus, separate treatment alternative is recommended as an optional solution to the problem. Various researches works into finding innovative ways that takes advantage of ammonium rich composition of reject water, and has gained prominence in the wastewater industry over the last two decades. Currently new heights have been attained through the nitritation/denitritation step especillay for ammonium removal. In addition, there are a number of methods for treating phosphorus in reject water namely; magnesium-ammonium-phosphorus (MAP) or struvite precipitation, hydroxyapatite (HAP) precipitation and natural aging of phosphorus. However, progress at phosphorus removal has largely remained at the experimental stage, in spite of its considerable composition in reject water. Therefore, the aim of this thesis is to try to identify theoretically all the methods that have evolved over the years at treating reject water from dewatering sludge and investigate the possible strategies to handle the rejection problem, and processes for separate treatment of the sludge liquor. In this framework, characterization of the reject water taken from two different municipal WWTPs is carried out as first. Characterizaion studies were assisted to realize that important parameters such as pH, nitrogen, phosphorus, suspended solids, coliform and heavy metals for treability studies and use of reject water for irrigation purpose. Afterwards, treability studies were made and struvite and hydroxyapatite precipitation methods were carried out for treatment purpose. Treability studies stated that %25-41 of phosphate phosphorus and %28-46 of amonium nitrogen and %76-100 magnesium were treated by struvite precipitation at optimum pH (8-9), mixing time (4 hours), perlit dose (5, 15 and 20 mg/l) and Mg-P ratio (1:1, 1.1:1). On the other hand, higher phosphate phosphorus removals were achived by hydroxyapatite precipitation. In the hydroxyapatite precipitation studies, phosphate phosphorus treatment ratio was around %92 at optimum pH (9), 2 hours mixing time and 20 g gypsium/L were selected as optimal dose.