ARITMA ÇAMURLARININ YALNIZ VEYA ORGANİK ATIKLARLA BİRLİKTE ÇÜRÜTÜLMESİ

Transkript

1 ARITMA ÇAMURLARININ YALNIZ VEYA ORGANİK ATIKLARLA BİRLİKTE ÇÜRÜTÜLMESİ İSTANBUL ATIKTAN ENERJİ ÜRETİMİ SEMPOZYUMU Prof. Dr. İzzet ÖZTÜRK Kasım 2017

2 Sunum İçeriği Giriş Arıtma Çamurlarıyla Organik Atıkların Birlikte Anaerobik Arıtımının Faydaları Büyükşehirler için Atıksu Arıtma (AAT) Çamurları Yönetim Seçenekleri İTÜ/İSTAÇ/İSKİ tarafindan gerçekleştirilen bazi uygulamalı AR-GE projeleri Sonuç ve Öneriler 2

3 1.Giriş AAT Çamuru Özellikleri sıvı yarı katı Ağırlıkça % 0,25-12 oranında katı madde (KM) ihtiva eder 3

4 1. Giriş Arıtma tipine ve amacına göre, arıtma çamurlarının türleri farklılık gösterir. Bunlar; Çökebilen katı maddelerin oluşturduğu ön çökeltim çamurları birincil çamur, Kimyasal arıtma ve koagülasyon sonucu oluşan kimyasal çamurlar, Biyolojik arıtma işlemleri sonucu oluşan fazla biyolojik çamur, Biyolojik arıtma işlemleri sonucu oluşan aerobik/anaerobik stabilizasyon uygulanmış karışık/ikincil çamurlar, olarak sıralanabilir. 4

5 1. Giriş Tipik bir kentsel AAT akım şeması Ön Çökeltim İkincil Arıtma Son Çökeltim Izgaralar BioP Havuzu RNOx Giriş Birincil Arıtma AN DN Nitrifikasyon Çıkış RX Birincil Çamur (Çürütmeye) Fazla Aktif Çamur (Çürütmeye) Biyogaz (CHP birimine) Susuzlaştırma/b ertaraf Uzun Havalandırma Ozonlama Homojenizasyon Dezentegrasyon Mekanik, ultrasonik Termal hidroliz Kesikli-Yüksek elektrik voltajı uygulama Termofilik anaerobik çürütme Asit/enzimatik hidroliz İleri aerobik çürütme 5

6 1. Giriş Arıtma çamurlarının temel bileşenleri Arıtma Çamurları Biyolojik olarak ayrışabilen Biyolojik olarak ayrışamayan Hızlı ayrışan Yavaş ayrışan Çok yavaş ayrışan Organik İnorganik 6

7 1. Giriş AAT Çamur Üretimi 7

8 2. Arıtma Çamurlarıyla Organik Atıkların Birlikte Anaerobik Arıtımının Faydaları Organik Atık ve Kentsel Atıksu AT Çamurlarının Entegre Yönetiminin sağlanması Enerji Yeterli (Nötr) veya Pozitif Atıksu Arıtma İmkanı Kazanılması Çamur Azaltımı, Biyoenerji ve ürün (N,P,K) Gerikazanımı Kentsel nitelikli Biyobozunur atık miktarının azaltımı Katı atık toplama ve bertaraf maliyetlerinde tasarruf sağlanması 8

9 2. Arıtma Çamurlarıyla Organik Atıkların Birlikte Anaerobik Arıtımının Faydaları Organik Atıkları Birlikte Arıtma Yaklaşımı EOKA Arıtma Çamuru Entegre Arıtma Tesisi Hayvan Atıkları Endüstriyel Organik Atık Biyogaz Organik Gübre Anaerobik arıtma tesislerinde birlikte arıtım uygulamalarıyla başlıca aşağıdaki faydalar sağlanır: Atık A Makro ve mikro nütrientler C:N oranı ph İnhibitörler/toksik maddeler Biyolojik olarak ayrışabilir organik madde Kuru madde Atık B Metan geri kazanım veriminin artar Proses stabilitesinin artar Daha iyi bir atık yönetiminin sağlanır Farklı atık akımlarının tek bir entegre arıtma tesisinde toplanmasının getireceği ekonomik yararlar Büyük kapasitedeki merkezi arıtma tesisleriyle arıtılabilecek atık miktarının artması

10 2. Arıtma Çamurlarıyla Organik Atıkların Birlikte Anaerobik Arıtımının Faydaları Organik Atıklardan Biyometan Geri Kazanım Potansiyeli (Tipik Değerler) Organik kentsel katı atık Hayvansal atık Endüstriyel atıksu Arıtma tesisi çamuru : 230 m 3 /ton UKM beslenen : 130 m 3 /ton UKM beslenen : 350 m 3 /ton KOİ giderilen : 130 m 3 /ton UKM beslenen UKM : Uçucu (organik) katı madde KOİ : Kimyasal oksijen ihtiyacı

11 Atıksu Arıtma Tesislerinde Enerji Yeterliliği Enerji yeterliliği yüksek İki kademeli (A/B prosesi) biyolojik arıtma yaklaşımı A kademesinde, Hidrolik bekleme süresi ~ 0,5 saat Organik bileşikler, ağırlıklı olarak çamur flokları üzerine adsorpsiyonla tutunarak, hızlıca çamur yoğunlaştırıcılar üzerinden çürütücülere yönlendirilmektedir. B kademesinde, Nitrifikasyonu gerçekleştirecek mikroorganizmalar için gerekli en düşük çamur yaşı Havalandırma enerjisi, besi maddesi/mikroorganizma (F/M) oranına bağlı olarak değişmektedir. En fazla ~ %3 düzeyinde bir enerji tasarrufu sağlanabilmektedir

12 Atıksu Arıtma Tesislerinde Enerji Yeterliliği Şekil. Tesisin enerji yeterliliği yüzdesinin de-amonifikasyon uygulaması sonrası elektrik enerjisi talep ve üretim farkı cinsinden değişimi (Wett vd., 2007)

13 3. Büyükşehirler için AAT Çamurları Yönetim Seçenekleri (I) Aerobik Arıtma Sürecinde Büyük Ölçüde Stabilize Olmuş Biyokatılar için Yönetim Seçenekleri 13

14 3. Büyükşehirler için AAT Çamurları Yönetim Seçenekleri (II) Aerobik Arıtma Sürecinde Büyük Ölçüde Stabilize Olmamış ayrıca Anaerobik Çürütme Uygulanmış Biyokatılar için Yönetim Seçenekleri 14

15 3. Büyükşehirler için AAT Çamurları Yönetim Seçenekleri (III) Aerobik Arıtma Sürecinde Büyük Ölçüde Stabilize Olmamış Biyokatılar için Yönetim Seçenekleri 15

16 4. İTÜ/İSTAÇ/İSKİ TARAFINDAN GERÇEKLEŞTİRİLEN BAZI UYGULAMALI AR-GE PROJELERİ 16

17 PROJE 1 Evsel Atıksular Ve Organik Katı Atıkların Birlikte Arıtımı Yoluyla Yenilenebilir Enerji (Biyometan) Geri Kazanım Teknolojilerinin Araştırılması (TÜBİTAK 1007) Projesi (İTÜ/İSTAÇ-2009) Projenin Amacı Bu projenin amacı, evsel atıksular ve katı atıkların organik kısmının birlikte anaerobik arıtımı yoluyla yenilenebilir enerji (biyometan) geri kazanım teknolojilerinin uygulanabilirliğinin araştırılması, kamu ve özel sektör ilgililerine pilot tesis üzerinden tanıtımı ve fizibilitesinin ortaya konmasıdır Tam ölçekli tesisler için ön fizibilite çalışması ve nüfuslu 5 farklı kent için tam ölçekli entegre biyometanizasyon tesislerin ilk yatırım ve işletme maliyetleri ile birim yatırım ve işletme maliyetleri belirlenmesi amaçlanmıştır. 17

18 PROJE 1 - TÜBİTAK 1007 Projesi Tam ölçekli tesis için ön fizibilite çalışması: Önerilen Proses Akım Şeması 18

19 PROJE 1 - TÜBİTAK 1007 Projesi Proje Kapsamında Gerçekleştirilen Tam ölçekli tesis için ön fizibilite çalışması Özet EN li şehirler için önerilen EBMT Maliyet tahminleri %100 yenilenebilir enerji teşviği uygulanması halinde EN li EntegreBiyometan 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 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) EN li kentsel AAT enerji giderlerinin ~1,5 katı biyometan enerjisi geliri sağlanması mümkün görülmektedir. 19

20 PROJE 2 Organik Katı Atıkların Evsel Atıksu Arıtma Sistemlerinde Enerji Verimli Olarak Bertarafı (SAN-TEZ 0534.STZ ) Projesi (İTÜ/İSTAÇ/İSKİ-2016) Projenin amacı Organik katı atıkların evsel atıksular ile birlikte arıtılması yaklaşımı ile, hem organik atıkların alternatif bertaraf modelinin elde edilmesi hem de atıksu ön arıtma tesislerinin önerilen proses doğrultusunda iyileştirilmesi durumunda elde edilebilecek çevresel ve ekonomik kazanımların ortaya konulmasıdır. 20

21 Atıksu Arıtmada Enerji Maliyeti Klasik havalı aktif çamur prosesleri yüksek işletme maliyetleri gerektirir. Havasız arıtma prosesleri daha az enerji gereksinimi ve çamur oluşumu nedeniyle düşük maliyetli proseslerdir. Havasız arıtma sonucu elde edilen metan ekonomik değeri yüksek bir son üründür. 21

22 Atıksu Arıtmada Enerji Maliyeti Klasik aktif çamur sistemli bir AAT nin enerji kullanım dağılımı (Q = m 3 /gün) 22

23 Atıksu Arıtmada Enerji Maliyeti Enerji Bileşenleri P 1 (N ) P 2 (N ) Proses Tipleri P 3 (N ) P 4 (N 5.000) P 5 (N 5.000) Havalandırma Enerjisi İhtiyacı (kwh/n.gün) 24,3 46,4 26,5 56,2 72,0 Metan Üretimi (NL CH 4 /N.gün) Gaz Motorlarının Elektrik Enerjisi Üretim Verimi (kwh/m 3 CH 4 ) Enerji Dengesi=Havalandırma için Gerekli Enerji İhtiyacı- Gerikazanılan Biyometan Enerjisi, kwh/n.gün (W/N) 12,6 7,0 13,3 3,0 3,0 4,0 24,3(12,6x3) = -13,5 (-0,56) 46,4- (7x3) = +25,4 (1,06) 26,5(13,3x4) = -26,7(-1,1) +2,3 W/N +3,0 W/N P 1.Tek kademeli karbon giderimli aktif çamur (AÇ) sistemi, θ c 4 gün (Ön çökeltme ve anaerobik çürütücü mevcut) P 2.Tek kademeli azot, karbon giderimli AÇ sistemi, θ c 15 gün (Ön çökeltme ve anaerobik çürütücü mevcut) P 3.İki kademeli azot+karbon giderimli AÇ sistemi (AB prosesi), θ c 1,5/8 gün (Ön çökeltim ve anaerobik çürütücü, çamur üst akımında anommox ile azot giderimi) P 4.Tek kademeli C, N giderimli AÇ sistemi, θ c 25 gün (Kesikli havalandırma-ön çökeltme yok) P 5.Tek kademeli karbon giderimli AÇ sistemi, θ c 25 gün (Ön çökeltme yok, tam nitrifikasyon (denitrifikasyon yok)) 23

24 Arıtma Tesislerinde Elektrik Enerjisi Kullanımı Türkiye deki durum Tablo. İstanbul da bulunan ön arıtma tesislerinde 2009 yılı itibari ile enerji tüketimi (İSKİ, 2009) Tesis Bağlı Eşdeğer Ortalama Akım Enerji Tüketimi Enerji Tüketimi Nüfus(*) m 3 /gün kwh /m 3 kwh /EN.yıl Yenikapı Baltalimanı K. Çekmece B. Çekmece Kadıköy Küçüksu Paşabahçe Kumbaba Üsküdar (*) : EN başına atıksu debisi ~200 L/gün olarak alınmıştır.

25 Arıtma Tesislerinde Elektrik Enerjisi Kullanımı Tablo. İstanbul da bulunan ileri biyolojik atıksu arıtma tesislerinde enerji tüketimi (İSKİ (2009), Nuhoğlu (2012)) Tesis Bağlı Eşdeğer Ortalama Akım Enerji Tüketimi Enerji Tüketimi Nüfus* m 3 /gün kwh /m 3 kwh /EN.yıl Ataköy Tuzla Paşaköy Akalan Belgrat Örencik Kömürlük Sahilköy Yeniköy Terkos Ortalama±std ± ±29.54 Sapma(N<2000) Ortalama±std. Sapma(N>2000) ± ±8.49 (*): EN başına atıksu debisi ~200 L/gün olarak alınmıştır.

26 Arıtma Tesislerinde Elektrik Enerjisi Kullanımı İstanbul da ön arıtma tesislerine ait özgül enerji tüketimleri 0,08-0,20 kwh/ aralığında EN > olan ileri biyolojik arıtma tesisleri için özgül enerji tüketimi kwh/ (19-31 kwh/en.yıl) aralığında değişmektedir. İl Tablo. Farklı şehirlerde bulunan AAT lerinde enerji tüketimi Eşdeğer Özgül Enerji Debi (m 3 Nüfus Tüketimi /gün) (EN) (kwh/m 3 ) Özgül Enerji Tüketimi (kwh/(en).yıl) N/KOİ oranı Balıkesir Bursa Fethiye Siirt Sivas Ortalama±std. Sapma ± ±5.89 -

27 İstanbul da Bazı Büyük AAT ler için Alan Sorunu İstanbul Boğazı ve Karadeniz kıyısındaki mekanik AAT ler projede öngörülen sistem ile modifiye edilerek derin deniz deşarjı ile alıcı ortamlara deşarj edilen kirlilik yükleri (KOI, AKM, TKN) önemli oranda azaltılacaktır. 27

28 Proje Kapsamında Gerçekleştirilen Ön Fizibilite Çalışması Özeti (2016) Kişilik (Eşdeğer Nüfus-EN) bir şehir için Yüksek Hızlı Aktif Çamur Sistemi Ön Fizibilite Çalışması Fizibilite çalışmasında EN lu bir şehrin atıksularını arıtacak tam ölçekli bir AAT ye ait ünitelerin ve ekipmanların kapasiteleri belirlenmiştir. Ön tasarım çalışması yapılan AAT de enerji geri kazanımı sağlamak için oluşan fazla çamurun bir anaerobik çürütücüde arıtılması öngörülmüştür. AAT nin enerji dengesi çıkarılmıştır. AAT tasarımına esas konsantrasyon ve yükler: Yüksek yüklü AAT Tasarım Özeti: 28

29 Proje Kapsamında Gerçekleştirilen Ön Fizibilite Çalışması Özeti (2016) AAT ye ait üniteler ile tesise ait kütle dengesi 29

30 Proje Kapsamında Gerçekleştirilen Ön Fizibilite Çalışması Özeti (2016) Ekipmanlar ve enerji sarfiyatı Pompalar, karıştırıcılar, blowerlar ve diğer ekipmanlardan kaynaklı sarfıyat Yalnızca çürütücün ısıtılmasından kaynaklı sarfiyat 30

31 Proje Kapsamında Gerçekleştirilen Ön Fizibilite Çalışması Özeti (2016) Anaerobik çürütücüden elde edilen biyogazın CHP (kombine ısı ve elektrik santrali) ile değerlendirilmesi halinde, kwh/gün elektrik kwh/gün ısı Enerjisi geri kazanımı mümkündür. CHP ile geri kazanılacak elektrik ve ısı enerjisinin tesisi tüm enerji ihtiyacını karşılayacağı görülmektedir. Geri kazanılacak elektrik enerjisinin tesis ihtiyacını karşılama oranı %257 olurken, ısı enerjisi için bu oran %123 olmaktadır. 31

32 Proje Kapsamında Gerçekleştirilen Ön Fizibilite Çalışması Özeti (2016) Önerilen proses ile kurulacak AAT deki anaerobik çürütücünün termofilik koşullarda işletilmesi halinde daha fazla enerji geri kazanımı sağlanması beklenmektedir. Elektrik enerjisinin kwh/gün olması, Isı enerjisinin ise kwh/gün olması öngörülmektedir. Ancak çürütücünün termofilik işletilmesi halinde AAT genelinde harcanacak toplam elektrik enerjisi miktarı değişmezken, çürütücünün ısıtma ihtiyacının artışından dolayı gerekli ısı enerjisi miktarı kwh/gün civarına yükselecektir. Geri kazanılacak elektrik enerjisi artacağı için bu enerjinin tesis ihtiyaçlarını karşılama oranı %282 ye yükselecektir. Ancak gerekli ısı enerjisinde görülecek yüksek artış sebebiyle geri kazanılacak ısı enerjisinin tesis ihtiyacını karşılama oranı %76 ya düşecektir. Bununla birlikte termofilik çamur çürütmesi ile çamurun daha yüksek biyobozunurluğu sağlanacağı için susuzlaştırmaya iletilecek ve nihai bertarafı yapılması gereken çamur miktarında da azalma sağlanacaktır. Bu durum ise AAT içindeki pompaj maliyetleri ile nihai bertaraf için gereken maliyetlerin azalmasını sağlayacaktır. 32

33 Proje Kapsamında Gerçekleştirilen Ön Fizibilite Çalışması Özeti (2016) Fiziksel ön arıtmadan geçirilen atıksuyun düşük dozda FeCl 3 ile kimyasal destekli olarak çöktürülmesi halinde AAT nin enerji fazlası veren bir tesis haline dönüşebileceği belirlenmiştir. A prosesine göre daha düşük miktarda biyogaz oluşmasına rağmen CHP yolu ile geri kazanılabilecek elektrik enerjisi tesis ihtiyacının %191 ini karşılayabilecektir. Geri kazanılacak ısı enerjisi oranı ise %92 olarak hesaplanmıştır. Geri kazanılan elektrik enerjisinin bir kısmının ısı enerjisi üretiminde kullanılması halinde AAT nin ihtiyaç duyacağı ısı enerjisinin tamamının CHP den sağlanabilmesi mümkün olacaktır. 33

34 İstanbul da Alan Bulma Sorunu Yaşayan Bazı Büyük Mekanik Ön Arıtma Tesisleri için Proses Önerisi A-Prosesinde: Pilot Tesis Deneyi Sonuçları Q h 1 saat Q c 1 gün E KOI %60 O 3 ile oksidasyon: Laboratuvar ölçekli Çalışma Sonuçları Q h 15 dk O 3, uygulanan ( 5 ppm) KOI ÇIKIŞ 125 mg/l 34

35 5. Sonuç ve Öneriler 35

36 5. Sonuç ve Öneriler Kentsel atıksu AAT Çamurlarının organik atıklarla birlikte arıtımı ile enerji yeterliliği yüksek (enerji pozitif) arıtma uygulamaları mümkündür. Kentsel atıksu arıtma çamurları ve organik katı atıkların birlikte arıtımı biyobozunur atık yönetimi bakımından sürdürülebilir bir seçenektir. Kaynağında ayrılmış (ayrı toplanmış) organik atıkların büyük kentsel AAT çamur çürütücülerinde birlikte arıtımı ile atık toplama ve bertaraf hizmetlerinde ekonomi sağlanabilir. Susuzlaştırılmış AAT çamurlarının diğer organik atıklarla birlikte kompostlaştırılması ve probiyotik organik tarımda değerlendirilmesi teşvik edilmeli Arıtma çamurlarının araziye uygulanması, peyzaj ve tarımda kullanım konusunda daha cesur olunmalı ve ziraat mühendisleri ile daha yakın işbirliğine gidilmeli Çamur yönetimi ile ilgili sorunların çözümü için ÇŞB, Gıda Tarım ve Hayvancılık ve OSİB arasında daha etkin bir işbirliği sağlanmalı Endüstriyel kaynaklı tehlikeli ve öncelikli kirleticiler, kaynağında kontrol edilerek arıtma çamurlarının tehlikeli atık sınıfına 36 geçmeleri önlenmeli

37 İLGİ ve SABRINIZ İÇİN TEŞEKKÜRLER