Dokuz Eylül Üniversitesi, Çevre Mühendisliği Bölümü, Tınaztepe Yerleşkesi, 35160, Buca, İzmir,

E-mail: azize.ayol@deu.edu.tr

Tekirdağ İli Arıtma Çamurlarının Değerlendirilmesi Çalıştayı, 17 Ocak 2011

EVSEL KENTSEL ENDÜSTRİYELTOPLAM ARITMA

ÇAMURU

BU ÇAMURLARI NASIL BERTARAFETMELİYİZ?

YARARLI KULLANIM MÜMKÜN MÜ?

Üretilen tüm çamurlar;aynı özelliklere mi sahiptir?

aynı proseslerle mi işlenmektedir?hangi AAT üretilmektedir?

Çamur özelliklerinin belirlenmesi

Çamurların işlenmesinde uygulanacak

proseslerin seçimi

Uygulama-İşletim-Optimizasyon

Arıtma çamurlarının oluşumundan bertaraf edilmesine kadar uygulanan belli başlı prosesler:

Çamur ön işlemleri, Ön yoğunlaştırma (graviteli yoğunlaştırıcılar, flotasyon

yoğunlaştırıcılar, belt youğunlaştırıcılar ve santrifüjler), Çamur stabilizasyonu (anaerobik çürütme, aerobik çürütme,

alkali işlemler vb.), Son yoğunlaştırma (graviteli yoğunlaştırıcılar, flotasyon

yoğunlaştırıcılar, belt youğunlaştırıcılar ve santrifüjler), Şartlandırma (kimyasal yada termal işlemler vb.), Susuzlaştırma (plakalı pres filtre, santrifüj, kurutma yatakları),

Son işlemler-Bertaraf etme işlemleri

Yasal Gerekliliklere Uygunluk!

Arıtma çamuru gübre değerine sahip mi?

Ağır metaller? Fosfor kaynağı? Dioksin, furanlar? Endotoksinler? Yönetmelikler! Çevre-ekonomi Güvenli bertaraf etme Çamur : atık! Çamur: kaynak

hammadde?

Atıksu Arıtma Tesisleri’ nde üretilen çamurun;

yüksek güvenilirlikte

yüksek ekonomik verimlilikte

Ekolojik ve yasal gereklilikler ile uyumlu olarak bertaraf edilmesi zorunludur.

Çamur bertaraf edilmesinde yüksek kalitede standartlar;

• Çamurun kütle ve hacimce azaltılması,

• Atık bir materyalin geniş bir perspektifte

yararlı olarak kullanımına olanak verecek şekilde yararlı bir ürüne dönüştürülmesi ile mümkündür.

Zsirai, 2010

2006 yılı TÜİK verilerine göre atıksu arıtma tesisleri ile hizmet verilen nüfusun toplam nüfusa oranı %42 olarak verilmektedir.

60 g KM/N.gün değeri esas alınarak, oluşan evsel/kentsel arıtma çamuru miktarı yaklaşık olarak 1800 ton KM/gün tahmin edilmektedir (Filibeli ve Ayol, 2008).

Organize Sanayi Bölgeleri’nde 221000 ton/yıl telikesiz,34000 ton/yıl tehlikeli nitelikte endüstriyel arıtmaçamuru oluşmaktadır (TUIK, 2008).

Sulu Çamur

%5 KM

Sulu Çamur

%5 KM

Çamur Keki

%25 KM

Kurutulmuş Çamur

%90 KM

Çamur kurutma işlemi için ön adım olan çamur susuzlaştırma işlemi çamurlara uygulanan arıtım işlemleri arasında en önemli adımı oluşturmaktadır.

Çamur susuzlaştırma sonrasında %20-25 olan kuru madde içeriğinin kurutma sonrasında %90’ a çıkarılmasıyla önemli derecede çamur kütlesinde azaltma sağlanmaktadır.

KURUTUCULAR

DİREKT SİSTEMLER (konveksiyon)

İNDİREKT SİSTEMLER (kondüksiyon)

KOMBİNE SİSTEMLER

INFRARED SİSTEMLER

Kurutucu Tipleri

DİREKT SİSTEMLER

Dönen tambur kurutucular

Flash kurutucular

Belt tipi kurutucular

Santrifüj tipi kurutucular

İNDİREKT SİSTEMLER

İnce film kurutucular

Döner disk tipi kurutucular

Pedal tipi kurutucular

Düz tepsi tipi kurutucular

Diğer kurutma sistemlerine göre daha ekonomik bir uygulamadır.

Koku probleminin önlenmesi gerekir. Hijyen açısından ürün kalitesi çok iyidir.

Hurma-Antalya Tuzla-İstanbul

Paşaköy-İstanbul Ataköy-İstanbul

Arıtma çamurlarının kurutulmasında, çamurdaki suyun uzaklaştırılması için enerji gereklidir.

Suyun evapore edilmesi için gerekli enerji miktarı 2500 kJ/ kg su’ dur. Isı kayıpları dikkate alınarak bu değer 2750 -3100 kJ/kg su olarak kabul edilir.

Ham Çamur Çürütülmüş Çamur

Organik madde içeriği, % 60-80 40-50

Isıl değeri, MJ/kg 12.6-18.4 8.4-11.5

%20 - 35 KM Yapışkan pasta

kıvamında Isıl değeri < 4 MJ/kg Biyolojik olarak aktif

(çürütülmüş olsa bile)

KM > %90

Serbest olarak hareket edebilir

Isıl değeri < 8 - 11 MJ/kg

Patojenden arınmış, biyolojik olarak stabil

Çamur Kurutma

Teknolojileri

Arıtma çamuru bertaraf edilmesi gereken bir atıkolmakla birlikte sahip olduğu kaliteye bağlı olarak aynı zamanda enerji eldesi, tarımsal amaçlı kullanım, yapı malzemesi olarak kullanım gibi pek çok yararlı kullanım alternatifine sahip olan bir “kaynak-hammadde” dir.

Arıtma çamurlarına uygulanan işleme ve bertaraf etme proseslerinin gerek ilk yatırım gerekse işletme maliyetlerinin çok yüksek olması,

Önemli miktarlarda oluşan arıtma çamurlarının yönetiminde büyük problemlerin yaşanması,

Global boyutta yenilenebilir enerji kaynaklarının değerlendirilmesi yaklaşımı ile çamurdan enerji elde edilmesinin değerlendirmesi,

Atıkların sahip olduğu enerji potansiyellerini kullanarak, atıktan enerji elde eden teknolojilerin geliştirilmesi, depolamaya gönderilecek atık miktarlarının en aza indirilmesi, organik olarak bozunan atıkların depolama alanlarında oluşturabileceği yüzeysel ve yeraltı sularının kirlenmesi, atmosfere olabilecek bazı zararlı emisyon katkıları gibi olumsuz çevresel etkilerinin azaltılması gibi tüm dünyada benimsenen “Atık Yönetimi” ilkeleri ve global enerji stratejileri.

Avrupa Birliği ülkelerinde, arıtma çamurunun toprakta kullanımı ortalama %42 civarındadır.

27 AB ülkesinin 7’ den fazlasında arıtma çamurunun toprakta kullanımı %60 civarında olup, 7’ den fazla ülkede ise bu oran %0-3 arasındadır.

AB genelinde kullanılan organik gübre miktarının yaklaşık %5’i arıtma çamurundan oluşmaktadır.

Son 5 yılda da bazı ülkeler arıtma çamurunun toprakta kullanımını tamemen yasaklamıştır.

86/278 EU Sewage Sludge Direktifi, 20 yıldan fazla bir süredir arıtma çamurunun toprakta kullanımını düzenlemekte ve insanlar, hayvanlar, bitkiler ve toprak üzerindeki olumsuz etkilerini önlemek amacıyla kullanılmaktadır (Zsirai, 2010).

Arıtma çamurlarından enerji eldesi, atıksu arıtma tesislerinde oluşan çamurların bu proseslerle işlenmesi aşamasında yada çamur susuzlaştırıldıktan sonra uygulanabilecek farklı proseslerle mümkündür.

Anaerobik çürüme ile biyogaz eldesi,

Enerji geri kazanımı amaçlı yakma (katı atıklarla birlikte veya sadece arıtma çamuru olarak),

Yaş oksidasyon (subcritical ve supercritical)

Hidrotermal arıtma

Piroliz ve gazlaşma

Yapı malzemesi üretiminde hammadde ve enerji kaynağı olarak

Çimento üretiminde hammadde ve enerji kaynağı olarak

Biyogaz, arıtma çamurlarının anaerobik ortamda, çamurun içeriğindeki organik maddenin bozunmasının birbirini takip eden -hidroliz, asitleşme ve metan- fazlar sonrasında oluşmaktadır.

Bu proses, çok iyi bilinen ve gerçek ölçekte en fazla uygulaması olan bir proses olmakla birlikte, veriminin arttırılmasına yönelik yapılan bazı ön işlemlerle geliştirilmektedir.

Bu ön işlemler, çamur bileşenlerinin parçalanması ve çözünmesiyle bu bileşenlerin tamamen metana dönüştürülmesine yönelik tekniklerdir. Bu teknikler, termal hidroliz işlemleri (çamurun yüksek basınç altında ısıtılması), ultrasonik arıtım, ozonlama, vurgulu elektrik alanı uygulaması, enzimlerle parçalama ve bazı mekanik işlemleri kapsamaktadır.

Minimizasyon teknikleri olarak da bilinen bu yöntemlerden bazıları patent altına alınmış ve ticari olarak lisanslanmıştır. Microsludge™, BioThelys®, Cambi® prosesleri bunlara örnek olarak verilebilir.

İngiltere’ de Bran Sands Bölgesel Çamur Merkezine Cambi® prosesi uzun süren laboratuar ve pilot ölçekli çalışmalar sonucunda gerçek ölçekte uygulanmıştır ve tam ölçekli uygulama sonuçları biyogaz oluşum miktarlarının önemli derecede arttığını rapor etmektedir (WERF Raporu).

Yakma,

Yaş oksidasyon,

Kurutma, piroliz, gazifikasyon

Arıtma çamurlarının termal olarak işlem görmesi son on yılda yaygınlaşan bir teknolojidir.

Yakma, toksik organik bileşenler içeren arıtma çamurlarının yüksek sıcaklıklarda tam oksidasyonunun sağlanması amacıyla yapılır. Proses, mekanik olarak suyu alınmış çamura veya kurutulmuş çamura uygulanır (yüksek sıcaklıkta (850°C)).

Yakma işlemi sonucunda ısı formunda (buhar) veya elektrik üretimi için çamurdan enerjinin geri kazanılması sağlanır. Elde edilen enerji binaların ısıtılmasında, buhar üretiminde ve elektrik üretiminde kullanılabilir. Bir eşdeğer nüfus için ısı olarak 4-6 W, elektrik olarak 0.5-0.8 W enerji üretilebilir.

Çamurdaki mevcut ağır metaller, proses sonucu oluşan kül içinde sabitlenir. Bu kül depolanır veya yapı malzemesi için bir kaynak olarak kullanılır.

Genellikle susuzlaştırılmış çamurun beslendiği çok gözlü fırınlarda yada daha çok tercih edilen ve kek halinde yada yarı-kurutulmuş çamur (%40-60 Kuru Madde içeriğine sahip) beslemesinin yapıldığı akışkan yataklı fırınlar bu amaç için kullanılmaktadır (Werther ve Ogada, 1999).

Çamur sahip olduğu kaliteye bağlı olarak yakma prosesisin başarısını da etkiler. Örneğin, sahip olduğu uçucu organik madde, yakmaya verilen çamurun kuru madde içeriği, yakma sonucunda kalan kül kısım çamurların yakılması etkileyen parametreler olarak dikkate alınmaktadır. Bu proseste en önemli dezavantaj, aynı zamanda önemli bir kirletici kaynak olmasıdır. Açığa çıkan ağır metaller, yakma sonrası külün bertaraf edilmesi, dioksin ve furan emisyonları bu prosesin uygulanmasında dikkate alınmalıdır.

Saf yada atmosferik oksijen kullanılarak 150-330 °C gibi yüksek sıcaklıkta 1-22 MPa aralığında basınç uygulanarak çamur bir termal işleme tabi tutulmaktadır.

İlk aşamada sub-kritik koşullarda 374 °C’ nin altında 10 MPa basınç uygulanırken, prosesin ikinci aşamasında super-kritik koşullar altında 22 MPa basınç uygulanır.

Yüksek sıcaklıkta, çamurun sahip olduğu organik maddenin bozunması, hidrolize olması, CO2, su ve azota dönüştürülmesi sağlanır (Werther ve Ogada, 1999; Fytili ve Zabaniotou, 2008).

Subkritik yaş oksidasyon prosesinde, kompleks organik maddelerin kısmi oksidasyon ile karbonhidratlar, amino asitler ve suda çözünebilen düşük moleküllü uçucu yağ asitleri gibi basit bileşenlere; su ve karbondioksite hidrolizi sağlanır. Çamurdan enerji kazanımı için ya yaş oksidasyon sırasında oluşan ısının doğrudan kazanımı sağlanır; veya biyogaz üretimi için kaynak olarak çamur üst sıvısındaki kolloidal veya çözünmüş organik bileşenlerin ve asetik asit gibi uçucu yağ asitlerinin kullanımı yoluna gidilir.

Superkritik yaş oksidasyon prosesinde ise, organik bileşenlerin tamamen oksidasyonu sağlanır. Organik karbon karbondioksite, amonyak ve amino asitler gibi azotlu bileşenlerin mevcudiyetinde saf azota dönüşüm sağlanır. Metaller en yüksek değerliklerine kadar okside olabilir; fosfor da P2O5’e dönüşür. Oksidasyon reaksiyonu ekzotermiktir ve sonuç olarak girişte organik maddeler yeterli konsantrasyonda ise reaksiyon reaktör sıcaklığının korunması için yeterli enerji üretebilir. Oksidasyon prosesi sırasında enerji kazanımı doğrudan ısı değiştiriciler ile veya reaktör çıkışından sağlanır.

Piroliz, oksijence az zengin bir ortamda 300 – 900 °C sıcaklık aralığında organik maddenin bozunması olarak tanımlanan endotermik bir prosestir. Yakma prosesi ile karşılaştırıldığında oldukça az kirlilik potansiyeline sahiptir. Bu proseste, çamurdaki organik madde içeriği CH4, CO2, CO, H2 ve enerjiye dönüştürülmektedir. Bu gaz fraksiyonun yanı sıra, sıvı kısımda asetik asit, aseton ve metanol gibi bileşenleri içeren katran ve/veya yağ karışımı; tamamen kömürümsü bir yapıya sahip koka benzer bir katı fraksiyonun oluşumu da söz konusudur (Menendez vd., 2002; Khiari vd. 2004).

Çamurların bu enerji bakımından zengin gazlara dönüştürülmesi sentez gaz prosesleri olarak adlandırılmaktadır. Piroliz kademesinden sonra uygulanan gazifikasyon prosesinde piroliz sonucunda elde edilen kok tamamen gazlaştırılarak syngaza dönüştürülmektedir. Bu gaz da elektrik ve ısı enerjisine dönüştürülmektedir.

Almanya’ da kullanılan KOPF prosesi, Japonya’ da altı tesiste işletilen EBARA prosesi uygulamada olan bu tür sistemlere örnek olarak verilebilir. Aynı zamanda elde edilen sıvı fraksiyon (yağ) da biyodizele yada ısı ve elektrik enerjisine dönüştürülmektedir. Sıvı fraksiyonun bu şekilde değerlendirildiği EnerSludge™ ve SlurryCarb™ prosesleri Avustralya, Kanada, Amerika ve Japonya gibi ülkelerde uygulanmaktadır (WERF Raporu, 2007).

Arıtma çamurlarının gazlaştırılması, henüz çok iyi anlaşılmamış olan eş zamanlı ve birbirini takip eden bir dizi kimyasal ve termal prosesler tarafından gerçekleştirilmektedir (Doğru 2002).

Gazifikasyon, enerjetik olarak kendi kendine yetebilen oto-termal bir proses olup, kararlı hal koşullarında herhangi bir termal girdiye ihtiyaç duymamaktadır. Gazifikasyon prosesi sırasında, çamur kaybettiği su içeriğine de bağlı olarak, karmaşık bir fiziksel ve kimyasal değişime uğramaktadır.

Kurutulmuş çamur öncelikle pirolize tabi tutulmaktadır ve bunun sonrasında oluşan yoğuşan ve yoğuşamayan özellikteki tüm buhar ve kok malzemesine gazifikasyon uygulanmaktadır. Bu aşamada da eş zamanlı olarak bu ürünler oksitlenir ve indirgenme bölgesinde sürekli bir gaz akımı elde edilir (Doğru vd. 2002). Gazifikasyon prosesinde, kurutma, piroliz, yükseltgenme-indirgenme prosesin ana kısımlarını oluşturmakla birlikte, bu proseslerin oluşumları kullanılan gazlaştırma reaktörüne göre değişim göstermektedir.

Ön çökeltim çamurları, aktif çamur ve biyolojik filtre çamurları sırasıyla 25000 kJ/kg, 21000 kJ/kg, 20000 kJ/kg gibi tipik ısıl değere sahiptir (Metcalf& Eddy, 1991).

Arıtma çamurları sahip oldukları ısıl değer ve kaliteye bağlı olarak farklı amaçlar için ek yakıt olarak kullanılabilir. Özellikle son dönemlerde, bu çamurların çimento fabrikalarında ek yakıt olarak kullanılması söz konusudur. Atık yağlar, plastikler, atık lastikler ve arıtma çamurları, çimento fabrikalarında kullanılan sıvı yakıt ve kömüre alternatif olarak gösterilen materyaller arasında yer almaktadır (Kääntee vd. 2004).

Arıtma çamurundan enerji eldesinin önümüzdeki 20 yıl içinde oldukça önemli miktarda artması beklenmektedir.

AB 2020 Hedefleri:

•Sera gazlarının %20 azaltılması,•Yenilenebilir enerji kullanımının %20 arttırılması,•Birincil enerji kullanım kaynaklarından yararlanmanın %20 azaltılması zorunluluğu.

Atıkların sahip olduğu enerji potansiyellerini kullanarak, atıktan enerji elde eden teknolojilerin geliştirilmesi, depolamaya gönderilecek atık miktarlarının en aza indirilmesi, organik olarak bozunan atıkların depolama alanlarında oluşturabileceği yüzeysel ve yeraltı sularının kirlenmesi, atmosfere olabilecek bazı zararlı emisyon katkıları gibi olumsuz çevresel etkilerinin azaltılması tüm dünyada giderek artan bir öneme sahip olmaktadır.

Arıtma çamurlarından enerji eldesine yönelik gerçek ölçekte uygulamada olan bazı prosesler olmasına karşın bu amaca hizmet edecek yeni proseslerin de geliştirilmesi geniş anlamda araştırma konusudur.

TEŞEKKÜRLER