EFFECTS OF VOLATILE ACIDS AND ALKALINITY IN DIFFERENT SOLID RETENTION TIMES OF ANAEROBIC SLUDGE DIGESTER ON BIOGAS PRODUCTION YIELD

Abstract

There is an increasing interest on the use of renewable energy sources to supply an important amount of the energy demand within the WWTP. The sludge produced in the wastewater treatment plants is one of the renewable energy sources as biomass. It is possible to produce biogas after the digestion of sludge by means of anaerobic processes. An important part of the operational costs of the waste water treatment plants (WWTP) is the energy cost. In order to achieve maximum efficiency, the process must operate in optimum solid retention time (SRT), other operational parameter values. In this study, a real scale research has been done in Konya urban wastewater treatment plant of 200.000 m3/day capacity consisting of 4 stage Bardenpho process with 4 mesophilic anaerobic sludge digestors. Same average operational temperature and volume values are chosen for reference and experimental digestors. The reference digestor with the design values of 20 days SRT operated for 240 days and the experimental digestor with SRT 17 and SRT 23 operated 120 days on real scale process. The effects of the Volatile Fat Acids (VFA) and alkalinity on different SRT values are researched during the production of biogas. For SRT 17, 20 and 23 days, 86%, 83% and 87% VFA removal was achieved, respectively. The highest biogas production was realized as 4,756 m3/day in the SRT 17 day scenario.

Keywords

• Treated Sludge
• Alkalinity
• Biogas
• SRT
• Volatile Fat Acids

ANAEROBİK ÇAMUR ÇÜRÜTÜCÜLERDE FARKLI KATI MADDE ALIKONMA SÜRELERİNDE UÇUCU YAĞ ASİTLERİ VE ALKALİNİTENİN BİYOGAZ ÜRETİM VERİMİNE ETKİLERİ

Abstract

Yenilenebilir enerji kaynağı olarak kullanılabilecek biyokütleden bir tanesi de atıksu arıtma tesislerinde arıtma sonrası oluşan arıtma çamurlarıdır. Arıtma çamurlarının anaerobik proseslerde çürütülmesi ile biyogaz eldesi mümkün olmaktadır. Atıksu arıtma tesislerinin işletme maliyetlerinin önemli bir kısmını enerji maliyetleri oluşturmaktadır. Anaerobik çamur çürütücülerinde maksimum verimin sağlanabilmesi için prosesin optimum katı madde alıkonma süresi (SRT)’de ve işletme parametre değerlerinde çalıştırılması gerekmektedir. Bu çalışmada; 200 bin m3/gün kapasiteli olan ve 4 kademeli Bardenpho prosesinden oluşan Konya kentsel atıksu arıtma tesisinde bulunan 4 adet mezofilik anaerobik çamur çürütücülerde gerçek ölçekli bir araştırma yapılmıştır. Ortalama işletme sıcaklığı ve hacimleri aynı olan referans ve denek çürütücüler seçilmiştir. Referans çürütücüde, tasarım değeri olan SRT 20 gün olacak şekilde 240 gün boyunca, denek çürütücülerde ise SRT 17 ve 23 gün olacak şekilde 120’şer gün boyunca gerçek ölçekli proses işletilmiştir. Anaerobik çamur çürütücülerin işletme parametrelerinden olan Uçucu Yağ Asitleri (UYA) ve Alkalinite değerlerinin farklı SRT’lerde biyogaz üretimine olan etkileri araştırılmıştır. SRT 17, 20 ve 23 gün için sırasıyla %86, %83, %87 UYA giderimi gerçekleşmiştir. En fazla biyogaz üretimi SRT 17 gün senaryosunda ortalama 4,756 m3/gün olarak gerçekleşmiştir.

Keywords

• Arıtma çamuru
• Alkalinite
• Biyogaz
• SRT
• uÇUCU yAĞ asitleri

References

1. Alvarez, M.J., 2003. Biomethanization of the organic fraction of municipal solid wastes, Iwa Publishing, U.K.
2. Anderson, G. H. and Yang, G., 1992. Determination of bicarbonate and total volatile acid concentration in anaerobic digesters using a simple titration, Water Environment Research, 64 (1), 53-59.
3. Arceivala, S.J., 2002. Wastewater Treatment for Pollution Control, Balman V., Balman, A.H., New Delhi. Design of Municipal Wastewater Treatment Plants, 5th ed. New York: McGraw-Hill Education.
4. Aydın, B., Civelekoğlu, G., 2010, Ultrasonik Arıtmanın Atık Aktif Çamur Üzerine Etkileri, Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi, 1(1), 28-32.
5. Erdem, İÇ., Doğan, Ö., Kurt, ES., 2019. Tam Ölçekli İki Aşamalı Kısmi Nitrifikasyon-Anammox Ünitesi İçin Maliyet Belirleme Çalışması, Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi, 7(3), 671-679.
6. Gürel, B., 2020. Türkiye’deki Güncel Biyokütle Potansiyelinin Belirlenmesi ve Yakılmasıyla Enerji Üretimi İyi Bir Alternatif Olan Biyokütle Atıklar İçin Sektörel Açıdan ve Toplam Yanma Enerji Değerlerinin Hesaplanması, Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi, 8(2), 407-416.
7. Karlssson, A., Einarsson, P., Schnürer, A., Sundberg, C., Eilertsson, J., Svensson, B.H., 2012. Impact of trace element addition on degradation efficiency of volatile fatty acids, oleic acid and phenyl acetate and on microbial populations in a biogas digester, Journal of Bioscience and Bioengineering, 114(4), 446-452.
8. Klein, J., 2002. Anaerobic wastewater treatment-the anaerobic digestion of lipids, Tampere University of Technology, Department of Environmetal Engineering.

9. Koyuncu, S., 2014 . “Konya Atıksu Arıtma Tesisi Anaerobik Çamur Çürütücülerinde Optimum Biyogaz Verimi için İşletme Şartlarının ve Tasarım Kriterlerinin Belirlenmesi” Selçuk Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Çevre Mühendisliği Anabilim Dalı, Doktora Tezi, Konya, 180 s.
10. Metcalf ve Eddy, 2003. Wastewater Engineering Treatment and Reuse, McGraw-Hill inc, New York.
11. Öztürk, İ., 2007. Anaerobik Arıtma ve Uygulamaları, Su Vakfı Yayınları, İstanbul.
12. Öztürk, İ., Timur, H. ve Koşkan, U., 2005 Atıksu arıtımının esasları, T.C. Çevre ve Orman Bakanlığı, Ankara.
13. Pöschl, M., Ward, S., and Owende, P., 2010. Evaluation of energy efficiency of various biogas production and utilization pathways, Applied Energy, volüme 87, Issue 11, Nowvember , Pages 3305-3321.
14. Rittmann, B.E. and McCarty, P.L., 2001. Environmental biotechnology principles and applications, McGraw-Hill inc. New York.
15. Schober, G., Schafer, J., Schimid, U. and Trosch, U., 1999. One and two-stage digestion of solid organic waste. Water Research, 33, 854-860.
16. Sosnowski, P., Smolka, K.A., Kaczorek, K. and Ledakowicz, S., 2008 Kinetic investigations of methane co-fermentation of sewage sludge and organic fraction of municipal solid wastes, Bioresource Technology, 99, 5731-5737.
17. Speece, R.E., 1996. Anaerobic biotechnology for ındustrial wastewaters, Archae Press.
18. TÜRAAT, 2016. Ülke Genelindeki Evsel/Kentsel Atıksu Arıtma Tesislerinin Mevcut Durumunun Tespiti, Revizyon İhtiyacının Belirlenmesi Projesi, Çevre ve Şehircilik Bakanlığı, Final Raporu, Koordinatör: Prof.Dr. Bilgehan NAS.
19. VSA - Verband Schweizer Abwasser- und Gewässerschutz-Fachleute, 2008/2010. Energie in ARA, Leitfaden zur Energieoptimierung auf Abwasserreinigungsanlagen. Handbuch im Auftrag des Bundesamtes für Energie und des VSA, Schweiz.
20. Xu, Z., Zhao, M., Miao, H., Huang, Z., Gao, S., Ruan, W., 2014. In situ volatile fatty acids influence biogas generation from kitchen wastes by anaerobic digestion, Bioresource Technology, 163, 186-192.
21. Yasui, H. and Shiba, M., 1994. An innovative approach to reduce excess sludge production in the activated sludge process, Water Science and Technology, 30 (9), 11-20.