Kentsel Atıksu Arıtma Tesisi Çamurlarının Sürdürülebilir Yönetimi

Recep Kaan Dereli, Mustafa Evren Erşahin, Mahmut Altınbaş, ve İzzet Öztürk

İstanbul Teknik Üniversitesi, Çevre Mühendisliği Bölümü

Su Sempozyumu, 22-24 Mart 2010 Bursa

 Arıtma çamurları; • Arıtma proseslerinin bir yan ürünü • Genelde %0,5 – 5 katı maddeli (KM) • Arıtılan atıksu debisinin <%1’i miktarındaki

biyokatılardır.

Atıksu arıtma tesislerine bağlı nüfus:

• Toplam belediye nüfusunun (kentsel nüfus) %65’i (2008) • 2012 yılında %80 hedeflenmekte

Devreye alınan her yeni kentsel AAT aynı zamanda eşdeğer nüfus ile orantılı bir biyokatı bertaraf sorununu da beraberinde getirmektedir.

 Türkiye’de 2012 yılı itibarı ile kentsel biyolojik AAT’lerden açığa çıkması beklenen çamur:

• 1950 ton KM/gün = 7800 t kek/gün (~%25 KM)

 Çamur arıtma ve bertarafı atıksu yönetim giderlerinin %30 ~ 60’ını oluşturmaktadır.

 Türkiye’nin AB ile uyumlu Atıksu Yönetimi Stratejik Planı’nda kentsel AAT’lerden açığa çıkan biyokatıların; • %40 araziye uygulanma • %60 uygun işleme ve bertaraf yöntemleri???

 Bu itibarla, özellikle >100000 nüfuslu şehirler için kentsel AAT çamurlarının sürdürülebilir yöntemlerle bertarafı büyük önem taşımaktadır.

KAAT’lerde oluşan birincil ve/veya biyolojik çamurların (biyokatılar) yönetimi kapsamında başlıca aşağıdaki arıtma/bertaraf seçenekleri uygulanmaktadır: Doğrudan araziye uygulama (özellikle uzun havalandırmalı aktif çamur sistemlerinde açığa çıkan stabilize edilmiş biyokatılar için).

Aerobik stabilizasyon (çürütme) ve susuzlaştırma sonrası araziye uygulama.

Anaerobik stabilizasyon ve susuzlaştırma sonrası araziye uygulama.

Aerobik/Anaerobik stabilizasyon, susuzlaştırma ve kurutma sonrası araziye uygulama.

Aerobik/Anaerobik stabilizasyon ve susuzlaştıma sonrasında lisanslı çimento fabrikalarında termal bertaraf.

Susuzlaştırma sonrası uygun hacim arttırıcı katkı maddeleri eklenerek tek başına ya da organik kentsel katı atıklar ile birlikte kompostlaştırma yoluyla stabilizasyon.

Yoğunlaştırma/susuzlaştırma sonrası organik kentsel katı atıklarla birlikte (entegre) anaerobik çürütme/biyometanizasyon.

Entegre Yönetim Yaklaşımını Zorunlu Kılan Yasal Kısıtlar ve Ortaya Çıkan Fırsatlar  Kentsel atıksu arıtma çamurlarına benzer şekilde kentsel

organik katı atıklar da oldukça önemli bir atık akımını teşkil etmektedir.

 Türkiye’de katı atık yönetiminde kullanılan en yaygın yöntem

düzenli depolamadır.

 Evsel katı atığın organik kısmının farklı atıklarla birlikte

anaerobik arıtımı, yenilenebilir enerji geri kazanımı ve atığın stabilizasyonu nedeniyle, başta AB olmak üzere Dünya ülkeleri genelinde giderek büyük önem kazanmaktadır.

 Atıkların birlikte arıtımı kavramı, farklı tipteki atıkların tek

bir entegre arıtma sisteminde arıtımını içerir.

 Farklı atık türlerinin entegre bir arıtma tesisinde arıtımı;

• Arıtma maliyeti azalır, • Proses verimi ve stabilitesi artar, • Metan üretimi atar, • Entegre (bütünleşik) bir atık yönetimi sağlanır.

 OKKA ile birlikte havasız arıtım için en uygun ikincil-

substrat seçeneğinin evsel atıksu çamuru olduğu düşünülmektedir.

 Birlikte arıtım yaklaşımı ile, mevcut bir arıtma tesisinde

ilave büyük yatırımlara gerek kalmadan iki büyük atık akımının birlikte arıtımı gerçekleştirilebilmektedir.

Tarımsal Atıklar  Çiftlik atıkları  Mandıra atıksuları (yağlı atıklar, peynir altı suyu)  Mezbaha ve et endüstrisi atıkları  Enerji bitkileri Tarıma Dayalı Endüstriyel Proses Atıkları  Prosesten çıkan katı ve sıvı atıklar  Arıtma tesisi çamurları Kentsel Katı Atıkların Organik Kısmı  Hal, pazaryeri atıkları  Yemekhane atıkları  Restoran, pastane, yemek fabrikası atıkları  Mutfak atıkları + kağıt/karton Arıtma Tesisinde Oluşan Biyokatılar  Organik arıtma çamurları (biyolojik çamur)  Endüstriyel atıksu arıtma tesisi çamurları

Şekil. Kentsel AAT ve Entegre Biyometan Tesisi proses akım şeması

İşletme verileri

Birim

Değer (2005)

Atıksu debisi

m3/gün

140500

EBOİ5

%

98

EKOİ

%

94

EAKM

%

94

Çürütücü hacmi

m3

6750

Toplam enerji ihtiyacı

kW-sa/gün

42300

Enerji geri kazanımı

%

30

 Anaerobik çürütücüde günlük 300 m3 birincil çamur (~%7

KM) çürütülmektedir.

 Çürütücünün organik yükleme hızı 3 kgKOİ/m3.gün’dür.

Şekil. Kayseri ileri biyolojik atıksu arıtma tesisi

Şekil. Kayseri AAT Anaerobik Çamur Çürütücü

Şekil. Kayseri AAT çamur çürütücüsünde organik katı atıklarla birlikte arıtma uygulaması



Bu durumda yılda 68.600 ton kaynağında ayrılmış kentsel organik katı atığın birincil çamur ile birlikte arıtılması sonucunda günlük 19.500 m3 biyometan üretilmesi mümkündür.



Üretilen biyogazın elektrik üretiminde değerlendirilmesi ile mevcut tesisin enerji ihtiyacının tamamı karşılanabilecektir.



Kentsel katı atığın birincil çamurla birlikte çürütülmesine bağlı olarak tesisin çamur üretiminin artması beklenmektedir.



Çürütücüden çıkan çamur, ilave patojen giderimi ve olgunlaştırma amacıyla aerobik olarak kompostlaştırıldıktan sonra tarımsal amaçlı kullanılabilir.



Çamur işleme ünitelerinden çıkacak azot ve fosfor bakımından zengin süzüntü suları tesise ilave yük getirecektir.



Yan akımların minimum maliyet ve maksimum verim ile arıtımı üzerinde durulması gerekmektedir.

 Bu çalışmada, Evsel atıksu arıtma tesisi (AAT) çamurları ile kaynağında ayrılmış ve/veya ayrı (ikili) toplanmış organik kentsel katı atıkların (OKKA), entegre bir biyometan tesisinde mezofilik anaerobik arıtımı sonucunda, bu tür atıkların uçucu katı madde (UKM) içeriğinden üretilmesi beklenen biyometan potansiyeli ile kıyaslanabilir miktarda biyometan üretilebileceği pilot ve laboratuvar ölçekli arıtılabilirlik deneyleri ile gösterilmiştir  Proje kapsamında kurulan pilot biyometanizasyon sistemi başlıca aşağıdaki proseslerden oluşmaktadır:  Öğütme  Hamurlaştırma  Fermantasyon Reaktörü  Anaerobik Çürütücü

Hal atığı

 Proje kapsamında, Kentsel AAT ve Entegre

Biyometan Tesisi (EBMT)’nin (yan akım arıtma prosesi hariç) eşdeğer nüfusu (EN) 100.000 – 1.000.000 kişilik kapasiteler için ön fizibilite çalışması yapılmıştır.

 Entegre Biyometan Tesisi kurulduğunda, asgari

kapasitede işletim sonucu 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 (yenilenebilir enerji teşviği

olmadan) 100.000 EN’li kentsel AAT enerji giderlerinin ~1,5 katı biyometan enerjisi geliri sağlanması mümkün görülmektedir.

 Arıtma tesislerinin çamur arıtımı ünitelerinden (çamur

çürütme, yoğunlaştırma, susuzlaştırma, kurutma) tesis başına geri döndürülen atıksu akımları özellikle azot ve fosfor bakımından yoğun kirlilik içermektedir.

 Bu akımlar ile tesis başına dönen toplam azot, tesisin

günlük azot yükünün %10 – 30’unu oluşturabilmektedir.

 Bu ilave azot yükü;

• tesisin işletme maliyetini (havalandırma enerjisi) arttırmakta • denitrifikasyon için gerekli karbonun kısıtlı olduğu durumlarda toplam

azot deşarj limitinin sağlanmasında sıkıntı yaratmaktadır.

 Son yıllarda yan akımlardan gelen azot yükünün azaltılması

amacıyla birçok yeni biyolojik prosesler geliştirilmiştir.

• SHARON • SHARON/Anammox

SHARON prosesi 

 





Oksijen kısıtlı ortamda amonyağın nitrite okside olması ve nitrit üzerinden denitrifikasyon prosesinin gerçekleşmesi esasına dayanmaktadır.

Reaktörde oksijen konsantrasyonu <1,5 mg/L, Sıcaklık >25 0C Anaerobik çürütücü çıkışındaki yüksek azot konsantrasyonuna sahip ve yüksek sıcaklıktaki akımların arıtımı için oldukça uygun Konvansiyonel azot giderimine göre; • %25 daha az oksijen • %40 daha az organik karbon gerektirmektedir.

Azot giderimi için daha az organik karbon gerekeceğinden, daha verimli bir ön çöktürme uygulanarak anaerobik olarak çürütülecek birincil çamur miktarı arttırılabilir.

SHARON/Anammox prosesi  Anammox prosesi 1980’lerde keşfedilen ve anaerobik

şartlarda ototrofik amonyak oksidasyonu yapan mikroorganizmaların (Anammox) gerçekleştirdiği bir prosestir.

 Böylece denitrifikasyon prosesi için gerekli organik karbon

kaynağına ihtiyaç kalmamaktadır.

 Anammox prosesi için nitrit gerekli olduğundan genellikle

önündeki SHARON prosesi ile birlikte uygulanmaktadır.

 SHARON/Anammox prosesi enerji ihtiyacını

düşürdüğünden dolayı atıksu arıtımının sürdürülebilirliğini artırmaktadır.

Şekil. a) Hollanda Dokhaven AAT, b) Anammox reaktörü, c) SHARON reaktörü

SHARON reaktörleri

Şekil. Garmerwolde AAT, Hollanda (IWA En Yenilikçi Proses Ödülü 2008)

Tablo. Hollanda’da endüstriyel atıksuların konvansiyonel denitrifikasyon prosesi ve Anammox prosesi ile arıtımının karşılaştırılması (Endüstriyel atıksu arıtma kapasitesi 21 kton KOİ/yıl ve 2 kton N/yıl)

Tablo. Hollanda’da evsel atıksuların konvansiyonel denitrifikasyon prosesi ve Anammox prosesi ile arıtımının karşılaştırılması (Nüfus Eşdeğeri: 25 milyon)







AAT çamurları (tercihen birincil çamur) ile OKKA ve diğer atıkların (hayvan atıkları, endüstriyel proses atıkları, zirai atıklar, endüstri bitkileri (mısır slajı, şeker pancarı atıkları vb.) birlikte anaerobik arıtımı yoluyla biyometan üretiminde, öncelikle mevcut atıksu arıtma tesislerindeki anaerobik çürütücüler ile bazı büyük endüstriyel atıksu arıtma tesislerinin anaerobik reaktörlerindeki kapasiteler değerlendirilebilir.

Bu kapsamda Kayseri Büyükşehir Belediyesi AAT, Ankara Büyükşehir Belediyesi AAT, İSKİ Tuzla AAT ve İSKİ Ataköy Biyolojik AAT sahalarındaki mevcut anaerobik çamur çürütücülerden yararlanılması düşünülmelidir.

Ayrıca yeni kurulacak atıksu arıtma tesislerinin (EN>1000000 kişi) entegre biyometan tesisi yaklaşımına uygun şekilde kurulması ile atıksu arıtımının ülkemiz şartlarında daha sürdürülebilir hale getirilmesi mümkün olacaktır.







Entegre biyometanizasyon tesislerinde biyogazdan elektrik üreten motorların atık ısısından yararlanılarak çamur kurutma işlemi de yapılabilir. Bu sayede çamur kurutma için ilave doğalgaz kojenerasyon tesisi kurulmasına gerek kalmaz.

Yan akımların arıtımı konusunda büyük avantaj sağlayan güncel teknolojilerin ülkemizdeki arıtma tesislerine adaptasyonu ve yeni kurulması planlanan atıksu arıtma tesislerinde bu teknolojilerin kullanımı, beraberinde birçok önemli fırsat da getirmektedir.

Bu sayede yan akımlardan gelen besi maddesi yükü azaltılarak tesisin oksijen ihtiyacında, denitrifikasyon için gerekli karbon ihtiyacında ve işletme maliyetinde düşüş sağlanabilir. Ayrıca, tesislerdeki anaerobik çürütücüler daha etkin kullanılarak (tesise farklı atık türleri kabul edilerek) üretilecek biyogaz potansiyeli ve enerji üretimi arttırılabilir.

TEŞEKKÜRLER…