Drying of Treatment Sludges with Parabolic Solar Dryer in Fall Season Conditions

Öz

Treatment sludge are concentrated wastes including organic or inorganic impurities and resulted from separation process of wastewater treatment plants. Although the sludge is separated by dewatering processes, it contains a large amount of water in its contents. The water content of the non-fluidized sludge cake from the centrifugal dewatering unit varies between 82% and 78% in the Konya wastewater treatment plant. This high-water content in the sludge is a problem that needs to be overcome in the implementation of final disposal or reuse alternatives. It is necessary to increase the solid matter content of the sludge in order to burn, landfilling or to use as fertiliser. Therefore, drying is a mandatory process for these reuse or disposal options. Thermal dryers operated by fossil fuel could be achieve high drying rates, but its cost is disadvantage. Greenhouse type indoor or outdoor drying plants, where the sludge is laid on the floor in a thin layer to benefit from solar energy, have relatively low cost but requires large areas. It is necessary to increase the number of drying options that use the highest level of solar energy. Concentrated solar energy systems are promising alternative to overcome these problems. Parabolic trough types solar collectors where the heat generated at high temperatures is used for industrial application such as production of electricity by steam power. In this study, a mechanism of direct sludge passing through the tube located at the focal point of the parabolic collector was installed to concentrate solar energy on the lower area. The moisture was removed by means of ventilation while the sludge was heated in the metal tube. Drying experiments were conducted in October and November 2018 in Konya waste water treatment plant. The solid matter content increased from 18% to 47% on a day where the average solar radiation is 882 W/m2 and the sludge flow rate of 33 g/min. On another day when the radiation and the flow rate were 1047 W/m2 and 28.6 g/min, the solids content increased from 21% to 64%.

Anahtar Kelimeler

• Treatment sludge,parabolic trough type solar collector,drying,solar energy

Arıtma Çamurlarının Güz Mevsimi Şartlarında Parabolik Solar Kurutucu ile Kurutulması

Öz

Arıtma çamurları, su ile birlikte organik ve inorganik kirletici maddeleri içeren konsantre atıklardır ve atıksu arıtma tesislerinin ayırma işlemlerinden kaynaklanmaktadır. Çamur susuzlaştırma işlemleri ile ayrılsa da, içeriğinde hala çok miktarda su bulunur. Konya Atıksu Arıtma Tesisi’nde, santrifüj susuzlaştırma ünitesinden çıkan çamur kekinin su içeriği %78 ile %82 arasında değişmektedir. Çamurdaki bu yüksek su içeriği, nihai bertaraf veya faydalı kullanım alternatiflerinin uygulanmasında aşılması gereken bir sorundur. Yakmak, araziye depolamak veya gübre olarak kullanmak için çamurun katı madde içeriğini arttırmak gerekir. Bu nedenle kurutma, bu faydalı kullanım veya bertaraf seçenekleri için yararlı bir işlemdir. Fosil yakıt ile çalışan termal kurutucular yüksek kuruma oranlarına ulaşabilir, ancak maliyeti dezavantajdır. Güneş enerjisinden faydalanmak için çamurun zemine ince bir tabaka halinde serildiği sera tipi kurutma tesisleri, nispeten düşük maliyetlidir ancak büyük alanlar gerektirir. Güneş enerjisinden en yüksek seviyede istifade edilen kurutma seçeneklerinin sayısını artırmak gerekir. Konsantre güneş enerjisi sistemleri bu sorunların üstesinden gelmek için alternatif vaat etmektedir. Parabolik oluk tipi kolektörler, yüksek sıcaklıklarda akışkanın ısıtılması, buhar gücü ile elektrik üretimi gibi endüstriyel uygulamalar için kullanılmaktadır. Bu çalışmada, yoğunlaşmış güneş enerjisi kullanılarak kurutmayı en az alanda yapabilmek amacıyla; parabolik kolektörün odak noktasında bulunan tüpten doğrudan çamur geçirilen bir düzenek kurulmuştur. Çamur metal boru içerisinde ısıtılırken, nem havalandırma yoluyla uzaklaştırılmıştır. Kurutma deneyleri Ekim ve Kasım 2018'de Konya Atıksu Arıtma Tesisi’nde yapılmıştır. Katı madde içeriği, ortalama güneş ışınımının 882 W/m2 ve çamur besleme hızının 33 g/dk olduğu bir günde %18'den %47'ye yükselmiştir. Radyasyon ve besleme hızının 1047 W/m2 ve 28,6 g/dk olduğu başka bir günde, katı madde içeriği %21'den %64'e yükselmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Arıtma çamuru,parabolik oluk tipi güneş kolektörü,kurutma,güneş enerjisi

Kaynakça

1. [1] Anonim, 2016, TÜİK Belediye Atıksu İstatistikleri 1994-2016, web sayfası: http://www.tuik.gov.tr/PreTablo.do?alt_id=1019, erişim tarihi: 30.06.2019
2. [2] Nas, B., 2017, Atıksu Arıtma Tesislerinde İşletme Sorunları ve Çözümleri, Selçuk Üniversitesi Basım Evi, Ankara, 104, 1-9.
3. [3] Anonim, 2016, TÜİK Belediye Atıksu İstatistikleri 2016, web sayfası: http://www.tuik.gov.tr/PreHaberBultenleri.do?id=24875 erişim tarihi: 30.06.2019.
4. [4] Nas, B., 2017, TURAAT, Selçuk Üniversitesi, web sayfası: https://infograph.venngage.com/p/181502/turaat-turkey-2, erişim tarihi: 30.06.2019.
5. [5] KOSKİ, 2018, Konya Su ve Kanalizasyon İdaresi 2017 Faaliyet Raporu, Konya Su ve Kanalizasyon İdaresi, Konya, 466.
6. [6] İSKİ, 2018, İstanbul Su ve Kanalizasyon İdaresi 2017 Faaliyet Raporu, İstanbul Su ve Kanalizasyon İdaresi, İstanbul, 318.
7. [7] İnsel, H.G., Arıkan O., Ayol A., 2013, Tübitak Evsel/Kentsel Arıtma Çamurlarının Yönetimi Projesi, İstanbul Teknik Üniveristesi, web sayfası: http://www.camur.itu.edu.tr/, erişim tarihi: 25.06.2019
8. [8] Filibeli, A., 2013, Arıtma Çamurlarının İşlenmesi, Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Yayınları, İzmir, 289.

9. [9] Öztürk, İ., Çallı, B., Arıkan, O. ve Altınbaş, M., 2015, Atıksu Arıtma Çamurlarının İşlenmesi ve Bertarafı, Korza Yayıncılık, Ankara, 218.
10. [10] Salihoğlu, N.K., Pınarlı, V., 2007, Atıksu arıtma çamurlarının kapalı yataklarda güneş enerjisiyle kurutulması. İtüdergisi/e, 17(1), 3-14.
11. [11] Akgül, E., 2012, Tarsus Belediyesi Atıksu Arıtma Tesisi Çamurlarının Güneş İzleme Sistemi İle Kurutulmasının Araştırılması, Yüksek Lisans Tezi, Mersin Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Mersin, 1-111.
12. [12] Salihoğlu, N.K., 2018, Yenilenebilir Enerji İle Arıtma Çamurlarını Kurutma Sistemi. Uludağ University Journal of The Faculty of Engineering, 23(1), 41-50.
13. [13] Salihoğlu, N.K., 2016, Yenilenebilir Enerji Kaynaklarının Kullanıldığı Kurutma Sistemi, Türkpatent, 2013/11364 Y, Türkiye.
14. [14] Hanif, M., Rahman, M., Khan, M., Aamir, M., Ramzan, M., Amin, M. and Mari, I., 2013, Impact of drying temperatures and air mass flow rates on the drying performance of a Parabolic Trough Solar Collector (PTSC) used for dehydration of apricots. Emirates Journal of Food and Agriculture, 25(6), 418-425.
15. [15] Kalogirou, S.A., 2002, Parabolic trough collectors for industrial process heat in Cyprus. Energy, 27(9), 813-830.
16. [16] Karıukı, W.K., 2014, Performance Of A Parabolic Trough Collector Air Heater, Master of Secience Thesis, University Of Nairobi Master Of Science In Energy Management, 1-99.
17. [17] Liu, J. T., Li, M., Yu, Q. F. and Ling, D. L., 2014, A Novel Parabolic Trough Concentrating Solar Heating for Cut Tobacco Drying System, International Journal of Photoenergy, 1-10.
18. [18] Anonymous, 2019, input: "arclength y=x^2/160 x from -85.7 to +85.7", Wolfram Alpha LLC, web sayfası: www.wolframalpha.com/input/?i=arclength+y%3Dx%5E2%2F160+x+from+-85.7+to+%2B85.7, erişim tarihi: 20.06.2019
19. [19] Elmas, A., 2013, Parabol, İzmir, web sayfası: https://ahmetelmas.files.wordpress.com/2010/04/parabol.pdf, erişim tarihi: 27.06.2019.