Evsel Atıksular ile Organik Katı Atıkların Birlikte Entegre Arıtımı Mahmut ALTINBAŞ, İzzet ÖZTÜRK
Su Sempozyumu, 22-24 Mart 2010 Bursa
AMBARLI
KAYSERİ
PAŞAKÖY
Kentsel atıksu arıtma ve organik katı atıklar Atıksu arıtma tesislerine bağlı nüfus:
Toplam belediye nüfusunun (kentsel nüfus) %65’i (2008) 2012 yılında %80 hedeflenmekte Biyolojik nütrient gideren sistemlerin performansı? Enerji ihtiyacı?
Türkiye’de katı atık yönetiminde kullanılan en yaygın yöntem düzenli depolamadır.
Evsel katı atığın organik kısmının tek başına veya farklı atıklarla birlikte anaerobik çürütülmesi (arıtımı), yenilenebilir enerji geri kazanımı ve atığın stabilizasyonu nedeniyle, başta AB olmak üzere Dünya ülkeleri genelinde giderek büyük önem kazanmaktadır.
Organik Katı Atıkların Yönetimi 1995 yılı ülke toplam organik katı atık miktarı 2010 %75 2013 %50
2020 %35
AB’ye üyelik sürecindeki ülkemiz için de, halen tamama yakını düzenli depolama tesislerine gönderilen evsel katı atıklar içerisindeki biyolojik olarak bozunabilir (organik) atıkların ayrılarak kompost ve/veya biyometan üretimi, söz konusu kotaların sağlanması ve enerji üretimi bakımından büyük önem taşımaktadır.
Mekanik Biyolojik Arıtma
Hedef: karışık atık akımı içerisinden geri dönüştürülebilir maddelerin büyük oranda geri kazandırılması, biyolojik arıtma ile geriye kalan atığın bertarafı ve depolanması veya çeşitli uygulamaları esnasında çevreye olan etkisini azaltılması
MBA hem karışık atıklar hemde kaynağında ayrılmış atıklar için uygulanabilmekte
Biyolojik arıtma sonrası atıkların düzenli depolamaya gönderilmesi halinde burada oluşacabilecek metan ve sızıntı suyu emisyonları önemli oranda azaltılmış olacaktır. Böylece sera etkisi yapan gazların salınımı da biyolojik arıtma ile kontrol altına alınmış olacaktır.
Mekanik Biyolojik Arıtma
Atık (1 ton)
Su buharı ve CO2 (200 -250 kg)
Kısmi stabil atık (tarımsal, yakma veya düzenli depolamaya) (~500 kg)
Mekanik Biyolojik Arıtma (MBA) Sistemi
Geri dönüştürülen maddeler (50-250 kg)
Atıksu
Ayrışmayan, değersiz atık (düzenli depolamaya) (100-200 kg)
Havasız Çürütmenin Organik Katı Atıklara Uygulanmasının Önemi
Kyoto Protokolü’nde ülkeler sera gazı emisyonlarının azaltılması ve organik atıklardan yenilenebilir enerji (biyometan) üretiminin desteklenmesi yönünde karar almışlardır.
Kyoto Protokolü’nde ülkelerin 2010 yılına kadar toplam enerji üretimlerinin %10’unun yenilenebilir enerji kaynaklarından (rüzgar, biyometan, hidrojen) sağlamaları öngörülmüştür.
Havasız Çürütmenin Organik Katı Atıklara Uygulanmasının Önemi
AB genelinde 2010 yılına kadar birlik ülkelerinin toplam enerji üretimlerinin %12.5’inin yenilenebilir enerji kaynaklarından temini hedeflenmiştir. Birçok avrupa ülkesi (Almanya, Danimarka,…) bu hedefleri çoktan sağlamış olup kendilerine daha yüksek hedefler koymuştur.
AB ile üyelik müzakerelerine başlayan ülkemiz için de, halen tamama yakını düzenli depolama tesislerine gönderilen evsel katı atıklar içerisindeki organik atıkların ayrılarak kompost ve/veya biyometan üretimi, söz konusu kotaların sağlanması bakımından büyük önem taşımaktadır.
Mekanik Biyolojik Arıtma
Atık (1 ton)
Su buharı ve CO2 (200 -250 kg)
Kısmi stabil atık (biyolojik arıtmaya, yakmaya veya düzenli depolamaya) (~500 kg)
Mekanik Biyolojik Arıtma (MBA) Sistemi
Geri dönüştürülen maddeler (50-250 kg)
Atıksu
Ayrışmayan, değersiz atık (düzenli depolamaya) (100-200 kg)
Havasız Çürütme
Havasız (anaerobik arıtma), organik atıkların oksijensiz ortamda mikroorganizmalar tarafından biyokimyasal süreçlerle parçalanmak suretiyle, CH4, CO2, NH3 ve H2S gibi son ürünlere dönüştürülmesi olarak tanımlanmaktadır.
Havasız arıtmanın gerçekleştirildiği reaktörler genellikle 35oC veya 55oC’de işletilirler.
Havasız arıtma prosesi sonucunda üretilen biyogaz %60 – 70 metan (CH4), %30 – 40 karbondioksit (CO2) içerir.
Havas覺z Ar覺tma
Havas覺z Ar覺tma
Havasız Olarak Arıtılabilecek Atıklar
Aşağıda belirtilen atıklar ayrı ayrı yada farklı atık kombinasyonları yapılarak havasız olarak arıtılabilir:
Evsel atıksular Tarıma dayalı hammaddeleri işleyen endüstrilerin atıkları ve atıksuları (Ör: Mısır işleme endüstrileri, patates işleme endüstrileri, şeker fabrikaları) Arıtma tesisi çamurları Kentsel katı atıkların organik kısmı Mezbaha atıkları Restoran, pastane, yemek fabrikası atıkları Hayvan atıkları (Büyükbaş ya da kanatlı hayvan çiftliklerinin atıkları) Bitkisel atıklar ve enerji bitkileri (mısır, çim vb.)
Organik Atıklardan Biyometan Geri Kazanım Potansiyeli (Tipik Değerler)
Organik kentsel katı atık Hayvansal atık Arıtma tesisi çamuru
UKM : Uçucu (organik) katı madde KOİ : Kimyasal oksijen ihtiyacı
: 230 m3/ton UKMbeslenen : 130 m3/ton UKMbeslenen : 130 m3/ton UKMbeslenen
Biyometan Kullanımı Verim (%)
Elektrik enerjisi üretimi : Elektrik enerjisi + ısı üretimi Araçlarda yakıt olarak kullanımı
~ 35 ~ 75 – 80 > 95
En verimli kullanım toplu taşıma ve araçlarında yakıt olarak (İsveç ve İsviçre)
çiftlik
Organik Atıkları Birlikte Arıtma Yaklaşımı EOKA
Arıtma Çamuru Hayvan Atıkları Endüstriyel Organik Atık
Atık A
Entegre Arıtma Tesisi
Biyogaz
Makro ve mikro nütrientler C:N oranı pH İnhibitörler/toksik maddeler Biyolojik olarak ayrışabilir organik madde Kuru madde
Organik Gübre
Anaerobik arıtma tesislerinde birlikte arıtım uygulamalarıyla başlıca aşağıdaki faydalar sağlanır:
Metan geri kazanım verimi artar Proses stabilitesi artar Daha iyi bir atık yönetimi sağlanır Farklı atık akımlarının tek bir entegre arıtma tesisinde toplanmasının getireceği ekonomik yararlar Büyük kapasitedeki merkezi arıtma tesisleriyle arıtılabilecek atık miktarının artması
Atık B
İTÜ Biyometan Projesi
İTÜ tarafından yürütülen “Evsel atıksular ve organik katı atıkların birlikte arıtımı yoluyla yenilenebilir enerji (biyometan) geri kazanım teknolojilerinin araştırılması” başlıklı TÜBİTAK KAMAG 1007 Projesi 2009 yılında tamamlanmıştır.
Evsel atıksu Organik katı atık: Yemekhane atıkları Hal atıkları
Evsel Atıksu Akımı
Katı Atık Akımı
22
23
Yemek at覺klar覺
Hal at覺klar覺
Fizibilite Çalışması Ön fizibilite çalışması pilot tesisten elde edilen veriler ve mevcut tecrübeler ile modelleme çalışmaları ışığında hazırlanmıştır. Tesis boyutları, üretilecek çamur miktarı, oluşacak metan gazı miktarı ve bu gazın enerji potansiyeli, işletme giderleri dikkate alınarak entegre biyometan tesisinin fizibilitesi ortaya konmuştur.
Proje Çıktıları - I
Kentsel AAT’leri (C, N, P giderimli aktif çamur sistemi) ortalama maliyet tahminleri (100.000 – 1.000.000 EN)
100.000 – 1.000.000 EN’li şehirler için önerilen EBMT maliyet tahminleri
Proje Çıktıları – II
%100 yenilenebilir enerji teşviği uygulanması halinde 100.000 EN’li Entegre Biyometan Tesisi’nden geri kazanılabilecek enerji miktarı ~4,5 €/EN.yıl olup, birim yıllık toplam yatırım bedelinin ~%90’ına karşı gelmektedir.
EBMT kurulduğunda, asgari kapasitede işletim sonucu (182,6 m3/gün) geri kazanılan biyometan enerjisi ile Biyometan Tesisi yatırımının ~%90’ı veya 100.000 EN’li kentsel AAT (C, N, P giderimli) enerji giderlerinin (1,54 €/EN.yıl) yaklaşık 3 katı düzeyinde (4,5 €/EN.yıl) bir gelir elde etme potansiyeli bulunmaktadır.
En kötü durumda bile (182,6 m3/gün kapasite ve yenilenebilir enerji teşviği olmadan) 100.000 EN’li kentsel AAT enerji giderlerinin ~1,5 katı biyometan enerjisi geliri sağlanması mümkün görülmektedir - dışarıya fazladan enerji satan bir
tür yenilenebilir enerji santrali
Sonuçlar ve Öneriler
Evsel AAT – Biyometan Tesisi Entegre Sistemi ile, üretilen elektrik enerjisinin ~1,3 katı mertebesinde ısı geri kazanımı da mümkün olmaktadır. Bu ısının bina/tesis ısıtması, seracılık veya AAT ve Biyometan tesisinde oluşan biyokatıların (anaerobik çamur ve AAT fazla çamurları) yoğunlaştırma sonrası kurutulmasında kullanımı mümkündür.
Etkin bir stabilizasyon da gerçekleştirilmiş olduğundan, atık bünyesindeki UKM azatlımı (~%50) yanında bu tür organik atıkların katı atık düzenli depolama tesisleri dışına (tarımsal gübre ve toprak şartlandırıcı olarak kullanım) yönlendirilmesi sağlanmaktadır (AB Düzenli Depolama Direktifi).
Türkiye’de kentsel katı atıkların organik madde içeriğinin zangin AB ülkelerine göre ~%50 daha yüksek oluşu (%45 – 65), O-KKA’tan geri kazanılabilecek biyometan miktarı bakımından da özel bir fırsat ve üstünlük oluşturmaktadır.
Sonuçlar ve Öneriler
Entegre AAT – Biyometan Sistemi uygulamaları özellikle EN > 100.000 olan şehirlerde uygulandığı takdirde organik atıklardan yüksek oranda yenilenebilir enerji geri kazanımı ile Kyoto Protokolü’nde öngörülen yenilenebilir enerji üretimi hedeflerine ulaşılması bakımından da önemli faydalar temin edilecektir.
Entegre biyometan tesisinden geri kazanılan biyometanın CH4 bakımından zenginleştirilip (%95 CH4) basınçlandırıldıktan sonra araç yakıtı olarak kullanılması halinde EN = 100.000 kişilik bir şehir için yılda ~811.000 L dizel yakıt veya 1.019.000 L benzin eşdeğeri yakıt elde edilebilmektedir.
1 m3 zenginleştirilmiş biyogaz (%95 CH4) takriben 0,8 L dizel yakıt veya 1 L benzine eşdeğer yakıt tasarrufu sağlamaktadır.
Zenginleştirilmiş biyogaz günde 34 adet dizel yakıtlı ağır vasıta ya da 723 adet benzinli araçta kullanılabilir.
Yakın tarihli veriler itibarıyla ~14 Avrupa şehrinde biyogaz araç yakıtı olarak kullanılmaktadır. Bu alanda öncü konumundaki iki ülke İsveç ve İsviçre’dir.
Türkiye’de Atıklardan Biyometan Üretim Potansiyeli Türkiye için 2008 yılı biyometan enerjisi üretim potansiyeli tahmini Yenilenebilir Enerji Üretim Potansiyeli (109 kW-sa/yıl)
Sektör
Önlenen Sera Gazı (106 m3/yıl)
Eel
Eısı
Metan
Biyogaz
2,3
2,8
644
920
1,3
1,6
377
535
(3) **
0,18
0,22
50
71
Kentsel Atıksu Arıtma Tesisi Biyolojik Arıtma Çamuru (4)
0,20
0,24
54
77
Toplam
~4,0
4,8
1,125
1603
Organik KKA (1) Hayvansal Atık
(2) *
Endüstriyel Atıksu
(1) ~ 10x106 t organik KKA/yıl (50x106 kişilik kentsel nüfus) (2) ~ 10x106 t yaş atık/yıl (%12 KM, ~ 11x106 adet BB hayvan ve ~ 240x106 adet kümes hayvan atığının %67’lik kısmı üzerinden) (3) KOİ = 5000 mg/L, debi = 1000 m3/gün’lük ~ 100 adet endüstriyel tesis dikkate alındı (4) 50x106 kişilik kentsel atıksu arıtma tesisi çamurlarının anaerobik olarak çürütülmesi hali için * Modern hayvancılık tekniği ile bu değerler ~ 2 misline çıkabilecek durumda ** Yaygın uygulama durumunda bu potansiyel 2 misline çıkartılabilir
İLGİNİZ İÇİN TEŞEKKÜRLER…