Evsel Atıksu Akımı. Katı Atık Akımı

Transkript

1 Evsel Atıksu Akımı Katı Atık Akımı

2 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. 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.

3 Türkiye de 2012 yılı itibarı ile kentsel biyolojik AAT lerden açığa çıkması beklenen çamur: 1950 ton KM/gün = 7800 t kek/gün (~%25 KM) Türkiye nin AB ile uyumlu Atıksu Yönetimi Stratejik Planı nda kentsel AAT lerden açığa çıkan biyokatıların; %40 doğrudan araziye uygulanma %60 uygun işleme ve bertaraf yöntemleri??? Çamur arıtma ve bertarafı atıksu yönetim giderlerinin %30 ~ 60 ını oluşturmaktadır. Bu itibarla, özellikle > nüfuslu şehirler için kentsel AAT çamurlarının sürdürülebilir yöntemlerle bertarafı büyük önem taşımaktadır. Entegre Yönetim Yaklaşımını Zorunlu Kılan Yasal Kısıtlar ve Ortaya Çıkan Fırsatlar Kentsel atıksu arıtma çamurlarına benzer şekilde kentsel 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.

4 Atıkların birlikte arıtımı kavramı, farklı tipteki atıkların tek bir entegre arıtma sisteminde arıtımını içerir. Arıtma maliyeti azalır, Proses verimi ve stabilitesi artar, Metan üretimi atar, Entegre (bütünleşik) bir atık yönetimi sağlanır. Farklı atık türlerinin entegre bir arıtma tesisinde arıtımı; OKKA ile birlikte havasız arıtım için en uygun ikincilsubstrat 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

5 Şekil. Kentsel AAT ve Entegre Biyometan Tesisi proses akım şeması

6 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. 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

7 13

8 Fermantasyon Reaktörü Anaerobik Çürütücü

9 Proje kapsamında, Kentsel AAT ve Entegre Biyometan Tesisi (EBMT) nin (yan akım arıtma prosesi hariç) eşdeğer nüfusu (EN) kişilik kapasiteler için ön fizibilite çalışması yapılmıştır. Biyometandan üretilen yenilenebilir enerjiye %100 teşvik uygulanması halinde EN li Entegre Biyometan Tesisi nden geri kazanılabilecek enerji miktarı ~4,5 /EN.yıl olup, birim yıllık toplam yatırım bedelinin ~%90 ına karşı gelmektedir. Dolayısıyla Entegre Biyometan Tesisi kurulduğunda, asgari kapasitede işletim sonucu geri kazanılan biyometan enerjisi ile Biyometan Tesisi yatırımının ~%90 ı veya 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) EN li kentsel AAT enerji giderlerinin ~1,5 katı biyometan enerjisi geliri sağlanması mümkün görülmektedir.

10 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 0 C 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. Biyogazdan geri kazanılacak elektrik enerjisindeki artışa bağlı olarak tesis işletme maliyetleri azaltılabilir

11 SHARON/Anammox prosesi Anammox prosesi 1980 lerde keşfedilen ve anaerobik şartlarda ototrofik amonyak oksidasyonu yapan mikroorganizmaların (Anammox) gerçekleştirdiği bir prosestir. Bu proseste nitritin elektron alıcısı olarak kullanılması sonucu amonyak doğrudan azot gazına indirgenmektedir. 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.

12 Şekil. a) Hollanda Dokhaven AAT, b) Anammox reaktörü, c) SHARON reaktörü SHARON reaktörleri Şekil. Garmerwolde AAT, Hollanda (IWA En Yenilikçi Proses Ödülü 2008)

13 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> kişi) entegre biyometan tesisi yaklaşımına uygun şekilde kurulması ile atıksu arıtımının ülkemiz şartlarında daha sürdürülebilir hale getirilmesi mümkün olacaktır. Bu kapsamda biyolojik olarak ayrışabilir yapıda yüksek organik kirlilik yüküne sahip endüstriyel tesisler için kanalizasyona deşarj öncesi ön artıma uygulamaları da gözden geçirilmelidir.

14 Entegre biyometan tesisinden geri kazanılan biyometanın CH 4 bakımından zenginleştirilip (%95 CH 4 ) basınçlandırıldıktan sonra araç yakıtı olarak kullanılması halinde EN = kişilik bir şehir için yılda ~ L dizel yakıt veya L benzin eşdeğeri yakıt elde edilebilmektedir. 1 m 3 zenginleştirilmiş biyogaz (%95 CH 4 ) 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. 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. Bu kapsamda ülkemiz şartlarında bu teknolojiler konusunda bilgi birikiminin arttırılması ve teknoloji transferinin sağlanılması amacıyla bilimsel araştırmalara ihtiyaç vardır. Bu prosesler laboratuvar ve pilot ölçekli çalışmalarda incelenerek ülkemiz şartlarında fizibiliteleri ortaya konmalıdır.

15 Türkiye için 2008 yılı biyometan enerjisi üretim potansiyeli tahmini Sektör Yenilenebilir Enerji Üretim Potansiyeli (10 9 kw-sa/yıl) Önlenen Sera Gazı (10 6 m 3 /yıl) E el E ısı Metan Biyogaz Organik KKA (1) 2,3 2, Hayvansal Atık (2) * 1,3 1, Endüstriyel Atıksu (3) ** 0,18 0, Kentsel Atıksu Arıtma Tesisi Biyolojik Arıtma Çamuru (4) 0,20 0, Toplam ~4,0 4,8 1, (1) ~ 10x10 6 t organik KKA/yıl (50x10 6 kişilik kentsel nüfus) (2) ~ 10x10 6 t yaş atık/yıl (%12 KM, ~ 11x10 6 adet BB hayvan ve ~ 240x10 6 adet kümes hayvan atığının %67 lik kısmı üzerinden) (3) KOİ = 5000 mg/l, debi = 1000 m 3 /gün lük ~ 100 adet endüstriyel tesis dikkate alındı (4) 50x10 6 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 TEŞEKKÜRLER