Enerji nötral ve/veya pozitif evsel atıksu arıtımında yüksek hızlı temas stabilizasyon prosesi performansının pilot ölçekli bir reaktörde araştırılması

Abstract

Evsel atıksu arıtımında enerji maliyetlerini düşürmek için organik madde oksidasyonunun en aza indirilerek, enerji üretimi amacıyla geri kazanıldığı yenilikçi proseslerin geliştirilmesi büyük önem arz etmektedir. Bununla birlikte çözülmesi gereken en önemli problem, atıksu arıtma performansından ödün vermeden enerji pozitif bir prosesin geliştirilmesidir. Bu problemi çözebilmek amacıyla; tez kapsamında enerji geri kazanımını teşvik edecek yüksek performanslı bir proses geliştirilmiştir. Çalışma kapsamında ön çöktürme ünitesi bulunan yüksek hızlı temas stabilizasyon prosesinde organik madde geri kazanım performansını arttırmak için, stabilize çamur belli bir oranda ön çöktürme tankına yönlendirilerek (modifiye edilmiş YHTS prosesi), oksidasyon prosesi minimize edilirken karbon geri kazanımı maksimize edilmiştir. Geliştirilen modifiye edilmiş YHTS prosesi İstanbul'da (TÜRKİYE) bulunan Paşaköy İleri Biyolojik Atıksu Arıtma Tesisi'nde 800 gün boyunca işletilerek performansı ve enerji dengesi farklı çamur yaşlarında (SRT) ve temas tankının havalandırılıp havalandırılmadığı koşullarda araştırılmıştır. Geliştirilen modifiye edilmiş YHTS prosesinde ön çöktürme tankında organik madde geri kazanım veriminde %21'e varan artış elde edilmiştir. Proseste, temas tankının havalandırılması halinde SRT'den bağımsız olarak çıkış KOİ değerleri (79-124 mg/l) deşarj limitlerinin (125 mg-KOİ/l) altında kalmıştır. Optimum çalışma koşulları net enerji üretimi ile çıkış suyu kalitesi arasında denge kurularak; temas tankının havalandırıldığı, SRT değerinin 0,5 gün olduğu ve ön çöktürme tankına çamur geri devrinin yapıldığı koşullar olarak belirlenmiştir. Bu işletme şartlarında çıkış toplam KOİ <125 mg/l ve net enerji kazancı da 0,3 kWh/m3 olmuştur. Sonuç olarak, geliştirilen enerji pozitif modifiye YHTS prosesinin ülkemizde gerçek ölçekli tesislerde kullanılabileceği sonucuna ulaşılmıştır.

Developing innovative processes that minimize organic matter oxidation in domestic wastewater treatment while enabling organic matter recovery for energy production purposes is of great importance in reducing energy costs. However, the most critical challenge to be addressed is the development of an energy-positive process without compromising wastewater treatment performance. To overcome this challenge, a high-performance process promoting energy recovery was developed within the scope of this thesis. In this study, in order to enhance organic matter recovery performance in a high-rate contact stabilization process equipped with a primary sedimentation unit, stabilized activated sludge was directed to the primary sedimentation tank at a controlled rate (modified HiCS process), thereby minimizing oxidation while maximizing carbon recovery. The developed modified HiCS process was operated for 800 days at the Paşaköy Advanced Biological Wastewater Treatment Plant located in Istanbul, Türkiye, to investigate its performance and energy balance under different sludge retention times (SRT) and under conditions with and without aeration of the contact tank. In the developed modified HiCS process, an increase of up to 21% in organic matter recovery efficiency was achieved in the primary sedimentation tank. When the contact tank was aerated, the effluent CODs (79–124 mg/l) remained below the discharge limit (125 mg-COD/l), regardless of the SRT. The optimum operating conditions were determined by balancing net energy production and effluent water quality and were identified as an aerated contact tank, an SRT of 0.5 days, and sludge recirculation to the primary sedimentation tank. Under these operating conditions, the effluent total COD was below 125 mg/l, and a net energy gain of 0.3 kWh/m³ was achieved. As a result, it was concluded that the developed energy-positive modified HiCS process can be implemented in full-scale wastewater treatment plants in Türkiye.