Kentsel nitelikli arıtma çamurlarının ultrasonik yöntemle ön arıtımı

Yıl 2010, Cilt: 20 Sayı: 1, 39 - 48, 31.12.2010

Gülbin Erden Ayşe Filibeli

Öz

Bu çalışmada, bir ileri oksidasyon tekniği olan ultrasonik arıtmanın biyolojik çamurların anaerobik çürümesi öncesinde bir ön arıtma işlemi olarak kullanılabilirliği üzerine yapılan deneysel çalışmanın sonuçları verilmiştir. Çalışmada oldukça düşük ultrasonik frekans (20 kHz) uygulamasında, özgül enerji değişiminin çamur dezentegrasyonu üzerindeki etkisi incelenmiştir. Bu amaçla, 0 ile 15880 kJ/kg KM arasında değişen özgül enerji değerleri kullanılarak flok dezentegrasyonu açısından en uygun enerji seviyesi dezentegrasyon derecesi parametresi dikkate alınarak değerlendirilmiştir. Bunun yanı sıra, ultrasonik ön arıtma işleminin biyolojik çamurların üst suyu özellikleri, çamur katılarının çözünürlüğü ve çamurların filtrelenebilirlik özellikleri üzerine olan etkisi değerlendirilmiştir. Ultrasonik yöntemle ön arıtılan çamurların anaerobik çürüme potansiyelleri ise yürütülen biyokimyasal metan potansiyeli (BMP) testleri ile değerlendirilmiştir. En yüksek dezentegrasyon derecesi (%57.9) değeri 9690 kJ/kg KM özgül enerji uygulamasında elde edilmiş; 9690 kJ/kg KM özgül enerjinin flok dezentegrasyonu için yeterli olduğu sonucuna varılmıştır. Daha yüksek özgül enerji uygulaması dezentegrasyon derecesinin düşmesine neden olmuştur. BMP testi sonuçları ise ultrasonik ön arıtma işleminin çamurların biyolojik olarak parçalanabilirliklerini geliştirdiğini göstermiştir. 9690 kJ/kg KM özgül enerji kullanılarak ön arıtılmış çamurda ham çamura oranla %44 daha fazla metan gazı üretimi sağlamıştır. Ultrasonik ön arıtma uygulaması çamur üst suyunda kimyasal oksijen ihtiyacı (KOİ), toplam azot ve toplam fosfor konsantrasyonlarının artışına neden olmuştur. Ultrasonik ön arıtma uygulamasıyla azalan toplam katı madde ve organik katı madde içerikleri de ultrasonik ön arıtma uygulamasının çamur katılarının çözünürlüğüne neden olduğunu göstermiştir. Kapiler emme süresi (KES) testi sonuçları ile ultrasonik ön arıtma uygulamasının çamurların filtrelenebilirlik özelliklerini olumsuz etkilediği belirlenmiştir.

Anahtar Kelimeler

Anaerobik parçalanabilirlik, biyolojik çamur, flok dezentegrasyonu, ultrasonik ön arıtma

Destekleyen Kurum

TÜBİTAK

Proje Numarası

105Y337

Kaynakça

• APHA-AWWA-WEF, (2005). Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 21st edition, Eaton, A.D. Clesceri, L.S. and Greenberg, A.E., eds.
• Biyu, S. ve Xiaofei, C., (2009). Effect of Aeolosoma hemprichi on excess activated sludge reduction, Journal of Hazardous Materials, 162, 300-304.
• Bougrier, C., Albasi, C., Delgenés, J.P. ve Carrére, H., (2006). Effect of ultrasonic, thermal and ozone pre-treatments on waste activated sludge solubilisation and anaerobic biodegradability, Chemical Engineering and Processing, 45, 711-718.
• Bougrier, C., Albasi, C. ve Delgenés, J.P., (2005). Solubilisation of waste-activated sludge by ultrasonic treatment, Chemical Engineering Journal, 106, 163-169.
• Chu, C.P., Chang, B.V., Liao, G.S., Jean, D.S. ve Lee, D.J., (2001). Observations on changes in ultrasonically treated waste-activated sludge, Water Research, 35, 4, 1038-1046.
• Frolund, B., Palmigren, R., Keiding, G.K. ve Nielsen, P.H., (1996). Extraction of extracellular polymer from activated sludge using a cation Exchange resin, Water Research, 30, 8, 1749-1758.
• Gonze, E., Pilot, S., Valette, E., Gonthier, Y. ve Bernis, A., (2003).Ultrasonic treatment of an aerobic activated sludge in a batch reactor, Chemical Engineering and Processing, 42, 965-975.
• Goodwin, J.A.S. ve Forster, C.F., (1985). A further examination into the composition of activated sludge surfaces in relation to their settlement characteristics, Water Research, 19, 4, 1038-1046.
• Li, Y.Y. ve Noike, T., (1992). Upgrading of anaerobic digestion of waste activated sludge by thermal pretreatment, Water Science and Technology, 26, 857-866.
• Muller, J.A., (2003). Conditioning, thickening and dewatering of mechanically disintegrated excess sludge, Seperation Science and Technology, 38, 4, 889-902.
• Muller, J.A., (2000). Disintegration as a key-step in sewage sludge treatment, Water Science and Technology, 41, 8, 123-130.
• Muller, J.A., Winter, A. ve Strünkmann, G., (2004). Investigation and assessment of sludge pretreatment processes, Water Science and Technology, 49, 10, 97-104.
• Nickel, K. ve Neis, U., (2007). Ultrasonic disintegration of biosolids for improved biodegradation, Ultrasonics Sonochemistry, 14, 450-455.
• Pham, T.T.H., Brar, S.K., Tyagi, R.D. ve Surampalli R.Y., (2009). Ultrasonication of wastewater sludge-Consequences on biodegradability and flowability, Journal of Hazardous Materials, 163, 891-898.
• Razo-Flores, E., Luijton, M., Donlon, B.A., Lettinga, G. ve Field, J.A., (1997). Biodegradation of selected azo dye under methanogenic conditions, Water Science and Technology, 36, 65-72.
• Riesz, P., Berdahl, D. ve Christman, L., (1985). Free radical generation by ultrasound in aqeous and nonaqeous solutions, Environmental Health Perspectives, 64, 233-252.
• Show, K.Y., Mao, T. ve Lee, D.J., (2007). Optimisation of sludge disruption by sonication, Water Research, 41, 4741-4747.
• Speece, R.E., (1996). Anaerobic biotechnology for industrial wastewaters, Arche Press.
• Tiehm, A., Nickel, K. ve Neis, U., (1997). The use of ultrasound to accelerate the anaerobic digestion of sewage sludge, Water Science and Technology, 36, 11, 121-128.
• Tiehm, A., Nickel, K., Zellhorn, M. ve Neis, U., (2001). Ultrasonic waste activated sludge disintegration for improving anaerobic stabilization, Water Research, 35, 8, 2003-2009.
• Vranitzky, R. ve Lahnsteiner, J., (2005). Sewage sludge disintegration using ozone – A method of enhancing the anaerobic stabilization of sewage sludge, VA TECH WABAH, R&D Process Engineering, Siemensstrasse 89, A-1211, Vienna, Austria.
• Wang, F., Wang, Y. ve Ji, M., (2005). Mechanisms and kinetics models for ultrasonic waste activated sludge disintegration, Journal of Hazardous Materials, B1231, 45-150.
• Weemaes, M. ve Verstraete, W., (2001). Other treatment techniques, Sludge into Biosolids Processing, Disposal and Utilization, Spinosa, L. ve Vesilind, P.A., eds, London, IWA Publishing: 364-383.
• Xie, B., Liu, H. ve Yan, Y., (2009). Improvement of the activity of anaerobic sludge by low-intensity ultrasound, Journal of Environmental Management, 90, 260-264.
• Zawieja, I., Wolny, L. ve Wolski, P., (2008). Influence of excessive sludge conditioning on the efficiency of anaerobic stabilization process and biogas generation, Desalination, 222, 374-381.
• Zhang, G., Zhang, P., Yang, J. ve Liu, H., (2008). Energy-efficient sludge sonication: Power and sludge characteristics, Bioresource Technology, 99, 9029-9031.