Müh. Fak., Çevre Müh. Böl.

4181 Anaerobik Arıtma Sistemlerinde Proses Tasarımı 8.-9. Dersler UASB REAKTÖRLER, Mühendislik Fakültesi Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir agunay@balikesir.edu.tr ahmetgunay2@gmail.com +90 505 529 4 17 http://cevre.balikesir.edu.tr/index.php/doc-dr-ahmet-gunay-ders-notlari/anaerobikaritma-sistemleri-proses-tasarimi/

YAÇYA REAKTÖRLER Yukarı akışlı çamur yataklı anaerobik (YAÇYA) reaktör Upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor YAÇYA reaktör tasarımı Evsel atıksuların anaerobik arıtımı Endüstriyel atıksuların yukarı akışlı çamur yataklı anaerobik reaktörde arıtımı Yukarı akışlı çamur yataklı anaerobik reaktör tasarım örneği Yukarı akışlı çamur yataklı anaerobik reaktörlerde yukarı akış hızı Savak formülü Savak hesabı Atıksuyun nütrient ihtiyacı Anaerobik proseslerde makro ve mikro nütrient hesabı,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com 2

Anaerobik Arıtma Sistemlerinde Proses Tasarımı 08.-09. Dersler: YAÇYA reaktörler DERSİN AMAÇLARI Atıksu: Atıksu karakterizasyonunun YAÇYA reaktör ile uyumu Tasarım: YAÇYA reaktörlerin temel tasarım prensiplerini öğrenme, Hidrolik: YAÇYA reaktör hidroliğini öğrenme, Organik yük: YAÇYA reaktör hacimsel organik yüküne göre reaktör hacmini hesaplama, Tasarım parametreleri: Anaerobik biyokimyasal reaksiyona göre KOİ giderme verimi, çamur oluşumu, çamur yaşı hesabını öğrenme, Metan üretimi: Anaerobik proseste biyogaz ve metan üretimini öğrenme, Giriş-çıkış sistemi: Anaerobik reaktörün giriş ve çıkış yapısını tasarlama, Savak :Anaerobik reaktörün çıkış savak sisteminin tasarımını öğrenme, Ayırma sistemi: YAÇYA reaktörde gaz-katı-sıvı ayırma sisteminin tasarımını öğrenme, Enerji dengesi: Anaerobik prosesin enerji dengesini hesabını öğrenme, Nütrientler: Anaerobik prosesin nütrient ihtiyacını hesaplama.,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com

Evsel atıksular için toplam reaktör yüksekliğinin %25'i Sıcak su girişi Giriş Şekil YAÇYA reaktör Biyogaz Çıkış Sıcak su çıkışı Granül çapı 1- mm mertebesindedir Gaz Sıvı Katı ayırma Askıda çamur Çamur yatak (Granül çamur) Reaktörün alt kısmında homojen bir dağıtma yapısı ile atıksu reaktöre girer ve savaklanarak çıkar. Gaz toplama sistemi, çamuru, gazı ve arıtılmış atıksuyu ayırır. Tasarımda temel bir matematiksel model mevcut değildir. Hacimsel organik yük, HBS ve yukarı akış hızı temel tasarım kriterleridir. KOİ 5 000-15 000 mg/l mertebesinde olduğu zaman tasarımda organik yük kriteri uygulanır. Tasarım organik yükü 5-20 (10) kg KOİ/m -gün mertebesindedir. Devreye alırken organik yük; 0,05-0,15 kg KOİ/kg UKM mertebesindedir. KOİ<5000 mg/l ise; yukarı akış hızı= 0,6-0,9 m/saat hacimsel hidrolik yük <5 m /m -gün θ h =6-12 saat Reaktörde mikroorganizma konsantrasyonu seyreltik olsa ne olur?,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com 4

Yukarı akışlı çamur yataklı anaerobik (YAÇYA) reaktörlerin tasarımı YAÇYA reaktörler için en temel tasarım parametreleri; (1) Organik yük (6-20 (10) kg/m -gün) ve, (2) Hidrolik bekletme süresidir (HBS, θ h = 6-48 saat, sıcaklığa bağlıdır). YAÇYA reaktörlerde yukarı akış hızı (V yah )<1,5-2 (1,0) m/saat, Ortalama debide 0,5 m/saat, Maksimum debide 1,0 m/saat olmalıdır (20-28 m³/m²-gün) V ( / ) yah m saat H h H: reaktör derinliği, m θ h =HBS, saat YAÇYA reaktörlerde atıksu reaktöre alttan girer ve üstten çıkar ve biyokütle flokları bu yukarı doğu akan su siteminde gelişir, aktif biyokütle arıtılmış atıksu ile birlikte reaktörü terketmemelidir. Çamur yaşı (θ c ), hidrolik bekletme süresi (HBS, θ h ) ile ayrıştırılmalıdır. HBS 6 saate kadar düşürülebilirken çamur yaşı 0-50 güne kadar artırılabilir. Reaktörün beslenmesi, hacimsel organik yük salınımı ve giriş-çıkış yapılarının hidroliği açısından olabildiğince homojen olmalıdır, reaktör içerisindeki akımda kanallanma olmamalıdır. YAÇYA reaktörler yüksek TKM içeren atıksular için uygun bir reaktör tipi değildir. Azami TKM konsantrasyonu 500 mg/l yi geçmemelidir. YAÇYA reaktörler KOİ konsantrasyonu 500-20 000 mg/l olan atıksular için uygun olmakla birlikte, UKM/KOİ oranı 1 den düşük olmalıdır.,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com Sıcak su girişi Giriş Biyogaz Çıkış Sıcak su çıkışı Granül çapı 1- mm mertebesindedir Gaz Sıvı Katı ayırma Askıda çamur Çamur yatak (Granül çamur) 5

Reaktör hacmi; ŞEKİL YAÇYA reaktörler için atıksudaki KOİ konsantrasyonu ile reaktör hacmi arasındaki ilişki (Kaynak: Chernicharo C. A. L. (2007). Biological Wastewater Treatment Series: vol. 4 Anaerobic Reactors. IWA Publishing, London, UK, p90; uyarlanmıştır). KOİ<5000 mg/l ise HBS ve V yah KOİ>5000 mg/l ise OLR A: HBS kriteri sağlanamaz. B: OLR ve HBS kriteri sağlanamaz. C: OLR kriteri sağlanamaz D: HBS ve OLR kriteri sağlanır,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com 6

Yukarı akışlı çamur yataklı anaerobik (YAÇYA) Reaktörler θ h -θ c : YAÇYA reaktörlerde çamur yaşı ile hidrolik bekletme süresi farklıdır: θ h /θ c = 10~100 Bu oran çoğalma hızı düşük olan metanojen mikroorganizmaların reaktör içerisinde uzun süre kalmasını sağlar. Reaktörde anaerobik bakterilerin uzun süre kalması nasıl sağlanabilir? θ h : YAÇYA reaktörlerde hidrolik bekletme süresi, θ h =6-48 (6-24) saat mertebesinde olabilir. Anaerobik reaktörlerin hacimsel organik yükü (L) aerobik proseslere göre 5-10 kat daha fazladır, dolayısıyla reaktör kompakttır ve alan ihtiyacı azdır. Devreye alma: Devreye alması uzun sürer. Aşı: Reaktörlerin aşılanmasında reaktör hacminin %0-50 si, en az %10 u kadar aşı temin etmek gerekir. Çevresel parametreler: Çevresel parametreler (ph, yeterli alkalinite, ORP, nütrientler, sıcaklık, toksik bileşenler) optimum olmalıdır. Granülleşme: 200 mg/l mertebesindeki Ca 2+ granülleşmeyi sağlar. 600 mg/l den fazla Ca 2+, CaCO kristalleşmesine sebep olur ve bu kristallere yapışan metanojenler CaCO kristalleri ile birlikte reaktörden yıkanarak reaktörü terkedebilirler. Granüllerin çökelme hızı 60 m/saat mertebesinde oldukça yüksektir. Metanojenik aktivite: Yüksek metanojenik aktivite 0,5-2,0 kg KOİ/kg UKM Verim: KOİ giderme verimi %70-80, patojenler %70-90, parazit yumurtaları %100 mertebesinde inaktif hale gelirler. Nütrientler giderilemez. 7 Çamur: çamur üretimi düşüktür ve çamurun susuzlaştırılması kolaydır.,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com

Evsel atıksuların YAÇYA reaktörde arıtılması; Evsel atıksuyun sıcaklığı 15 C den büyük ve yeterli alkalinite mevcut ise; Organik yük>1,5 kg KOİ/m -gün (2,5-,5 kg/m -gün; KOİ<1000 mg/l) Aşırı hacimsel organik yük proses stabilitesinin (ph, UYA) bozulmasına sebep olur. θ h >6 saat (16 saat) Seyreltik atıksularda (KOİ<1000 mg/l) yüksek organik yükler aşırı hidrolik yüke ve yüksek yukarı akış hızına sebep olur. TABLO Evsel atıksuların anaerobik arıtımında sıcaklığa bağlı HBS Atıksu sıcaklığı Ortalama debide HBS, θ h (saat) Pik debide 16-19 C 16-19 7-9 20-26 C 6-9 4-6 >26 C >6 >4 Anaerobik reaktörlerde sıcaklık 20 C nin üzerinde 25-0 C mertebesinde olmalıdır. Yüzeysel hidrolik yük (YHY) =Yukarı akış hızı Reaktörde granül çamur oluşmadığı zaman; Yukarı akış hızı 0,5 m/saat θ h =6 saat. Pik debide; Yukarı akış hızı 0,9-1,1 m/saat θ h >4 saat. Reaktörde granül çamur oluştuğu zaman yukarı akış hızı artırılabilir.,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com 8

Anaerobik reaktörlerde sıcaklık 5 C nin üzerinde olduğu zaman hidroliz hızına ve asit üretimine sıcaklık etkileri önemsizdir. Dolayısıyla, biyo-reaktör tasarımı, anaerobik proseste gerçekleşen kompleks biyokimyasal reaksiyonlarda hızı en düşük olan metan üreten bakterilerin mikrobiyal aktivitesine göre yapılır. Biyo-reaksiyon hızı 15 C nin altında çok yavaştır. Metanojenler için optimum ph 6,8-7,2 aralığında iken, asit üreten bakteriler için asidik şartlar favoridir. KOİ<5000 mg/l ise granül oluşumu yavaştır. Bu yüzden seyreltik atıksuların anaerobik arıtımında hacimsel organik yük kriterinden ziyade yukarı akış hızı (V yah ) ve hidrolik bekletme süresi esas alınır. KOİ>5000 mg/l ise tasarımda hacimsel organik yük (5-10 kg KOİ/m -gün) ve HBS (θ h =4-12 saat) esas alınır (KOİ=5 kg/m olduğu zaman, organik yükleme hızı da 5 kg KOİ/m -gün olursa V yah =1 m/saat olur).,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com 9

YAÇYA reaktörlerin yüksekliği; Çamur tipi, Organik yük Hacimsel hidrolik yük Reaktördeki çamur tabakasının derinliği; KOİ<000 mg/l ise 2-5 m KOİ>000 mg/l ise 5-7 m Evsel atıksuların anaerobik arıtılmasında; çamur yüksekliği 2,5-,5 m çöktürme bölmesindeki derinlik 1,5-2,0 m dir. Yukarı akış hızı, reaktör yüksekliği ve HBS birbiri ile ilişkilidir, yukarı akış hızı < 1,0 m/saat için; reaktör derinliği 4-6 m HBS (θ h ) 6-10 saattir. Reaktör hacmi (V); V = θ h Q θ h > 4 saat (ya da hidrolik yükleme hızı <6 m /m -gün) YAÇYA reaktörler kuvvetli atıksular için uygulanabilirdir ve doğru bir tasarım için uygun hidrolik ve organik yük şartlarının sağlanması gerekir.,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com 10

YAÇYA reaktörlerde giriş-çıkış sistemi; Reaktör içerisinde ölü bölge ve hidrolik kısa devre akımları oluşmamalıdır. Reaktörün her tarafına üniform bir atıksu beslemesi için alt bölümüne dağıtma yapısı teşkil edilir. Reaktörün içerisine teşkil edilecek dağıtma sisteminin çapı tıkanıklık olmaması için asgari 75-100 mm mertebesinde olmalıdır ve iyi bir karışım sağlanması için atıksuyun reaktöre giriş hızı>0,4 m/sn olmalıdır. Her bir giriş ağızlığının etkili alanı 1-4 m 2 dir. KOİ si 400-600 mg/l mertebesinde olan evsel atıksular için bu alan 1,5-,0 (2-) m 2 dir. Birim metrekareye düşen giriş ağızlığı sayısı çamur tipine (floklaşmış çamurlar için granül haldeki çamura göre daha fazla olmalıdır) ve organik yüke (artan organik yük ile sayı artar) göre değişir. Giriş sistemindeki olası tıkanıklıkların temizlenmeye elverişli halde tasarlanması gerekir. Bu, biyogazın zaman zaman reaktör içerisine yüksek debide beslenerek aşırı türbülans oluşturulmasıyla sağlanabilir. Hava???,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com 11

YAÇYA reaktörlerde giriş-çıkış sistemi; Kısa devre akımları: Çamur yatak yüksekliğinin sığ olması, giriş dağıtma yapısındaki giriş ağızlıklarının yetersiz olması ve konsantre hale gelen çamurun yüksek çökelme hızına sahip olması hallerinde kısa devre akımları ortaya çıkabilir. Kısa devre akımları reaktör içerisindeki olması gereken homojenliği bozar. Etkili reaktör hacmi: Reaktör hacminin etkili olması için reaktör içerisinde ölü bölge oluşmaması ve atıksudaki organik maddelerin biyo-reaksiyon bölmesindeki aktif mikroorganizmalarla homojen şekilde buluşması gerekir. Yüksek biyogaz oluşum hızı reaktörün kısmen karışmasını sağlayarak kanallanmayı önler. Ancak, seyreltik atıksularda biyogaz üretim hızı düşük olacağından biyogaz kabarcıkları yeterli karışımı sağlayamaz. Reaktör içerisinde yukarı akış hızı ve biyogaz kabarcıklarının yukarı hareketi sebebiyle büyük ve yoğunluğu fazla olan granüller çamur yatak içerisinde askıda kalır. Ancak, içerisinde biyogazı fazla miktarda hapseden granüller yükselerek gaz/katı/sıvı ayıracına kadar gelebilir ve bu bölümde duvarlara çarparak granül içerisinde hapsolan biyogaz granülden ayrılır ve granül tekrar aktif reaktör bölmesine çökelebilir. FIGURE Upflow anaerobic sludge blanket reactor.,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com 12

YAÇYA reaktörlerde giriş-çıkış sistemi; Çökelme bölmesine giren atıksu biyogaz kabarcıkları içermemelidir. Bu, biyogaz toplama davlumbazlarıyla kaplanan deflektörlerle (saptırıcılar) sağlanır. Davlumbazlar: Biyogaz toplama davlumbazının içerisinde, biyogaz kabarcıklarının üstte oluşabilecek köpük tabakasını kırabilmesi için yeterli gaz-sıvı arayüzeyi sağlanmalıdır. Biyogazı toplayacak davlumbazların içerisinde köpük birikimi dikkate alınmalıdır. Biyogaz toplama davlumbazları arasındaki mesafe, çökelen çamurun tekrar reaktör içerisine girmesini sağlamaya elverişli olmalıdır. Savak uzunluğu: Reaktörü terk ederken arıtılmış atıksu için yeterli savak uzunluğu sağlanmalıdır. Savak yükü<5 m /saat-m ten düşük olmalıdır ve bu kriter genellikle kaşılanır. Savakların önünde köpük ve diğer yüzücü bileşenlerin atıksudan ayrılmasını sağlamak için engel bulunmalıdır. Bu engelin suya batma derinliği 20 cm civarında olmalıdır. FIGURE Upflow anaerobic sludge blanket reactor.,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com 1

ŞEKİL Üstten beslemeli YAÇYA reaktör Üstten beslemenin avantajları?,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com 14

Debi arttıkça reaktörün yüzey alanı artar. ŞEKİL YAÇYA reaktör (Shalu, Narsi R. Bishnoi2, (2016) A Review on Up flow Anaerobic Sludge Blanket Reactor used in Wastewater Treatment, International Journal of Research in Management, Science & Technology (E-ISSN: 221-264) Vol. 4, No., December 16,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com 15

FIGURE Upflow anaerobic sludge blanket reactor. YAÇYA reaktörlerde giriş-çıkış sistemi; Çökelme bölmesi: Çökelme bölmesinde yukarı akış hızı düşük olmalı, bu bölüm biyogaz kabarcığı içermemeli ve etkili çökelme verimi için 1,5-2,0 m derinliğe sahip olmalı, çökelme yüzeylerindeki eğim 45-60 (50-55 ) olmalıdır. Çökelme bölmesinde çökelen mikroorganizmaların tekrar rektör içerisine kayarak girmesi için biyogaz deflektörlerinin minimum açısı 50-55 derece olduğu zaman eğimli yüzeylerde katı maddeler birikmez. Çökelme bölmesinin derinliği ve bu bölümdeki yukarı akış hızı, verimli bir durulama (mikroorganizma çökelmesi-bulanıklık giderimi) sağlayacak şekilde tasarlanmalıdır. Bu bölme toplam yüzey alanının %75 i kadar olmalıdır. Çamurun tahliyesi: Reaktör tabanında biriken aşırı çamuru ve inorganik maddeleri reaktörden tahliye edecek borunun çapı minimum 100 mm olmalıdır. Bir seferde tahliye edilebilecek çamur 16 tüm reaktör hacminin azami %20-25 i kadardır.,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com

Konsantre aktif çamurun bulunduğu derinliğin aktif reaktör yüksekliğine oranı 0,40-0,50 civarındadır. ŞEKİL YAÇYA reaktör,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com 17

YAÇYA reaktörlerde giriş-çıkış sistemi; Biyogaz toplama davlumbazları arasındaki alan, toplam yüzey alanının %15-20 si kadar, üst üste binme payları 20-0 cm olmalıdır. Çökelme bölmesinde HBS; Ortalama debide θ h >1,5-2,0 saat (2-4 saat) 2-4 saatlik maksimum debide >1 saat Maksimum geçici pik debide θ h >0,6 saat olmalıdır. Çökelme bölmesinde hidrolik yüzey yükü; Ortalama debide 0,8 m /m 2 -saat 2-4 saatlik maksimum debide <1,2 m /m 2 -saat Maksimum geçici pik debide <1,6 m /m 2 -saat Olmalıdır. Biyogaz toplama davlumbazları arasındaki boşluklarda su hızı; Ortalama debide <2,0-2, m/saat 2-4 saatlik maksimum debide <4-4,2 m/saat Maksimum geçici pik debide <5,5-6,0 m/saat Olmalıdır.,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com 18

TABLO Evsel atıksuların YAÇYA reaktörde arıtımında reaktörün farklı bölgelerinde yukarı akış hızları (Kaynak: Chernicharo C. A. L. (2007). Biological Wastewater Treatment Series: vol. 4 Anaerobic Reactors. IWA Publishing, London, UK, p90). Parametre Ortalama Maksimum (günlük) Pik debi (2-4 saat) Aktif reaktör bölmesinde yukarı akış hızı 0,5-0,7 <1,0 <1,5 Açıklıklardaki su hızı <2,5 <,5 <5,5 Çökelme bölmesinde yukarı akış hızı <0,8 <1,2 <1,8 TABLO Evsel atıksuların YAÇYA reaktörde arıtımında giriş dağıtma sistemi yoğunluğu (Kaynak: Chernicharo C. A. L. (2007). Biological Wastewater Treatment Series: vol. 4 Anaerobic Reactors. IWA Publishing, London, UK, p90). Aktif reaktör bölmesinde çamur konsantrasyonu, kg TKM/m Hacimsel organik yükleme hızı, kg KOİ/m -gün Giriş dağıtma sistemi yoğunluğu (m 2 deki dağıtma sayısı) >40 <1 0,5-1,0 1,0-2,0 1,0-2,0 >2,0 2,0-,0 20-40 <2,0 1,0-2,0 >2,0 2,0-5,0,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com 19

,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com 20

ŞEKİL YAÇYA reaktörde köpük giderme sistemi (Kaynak: A.C. van Haandel and J.G.M. van der Lubbe (2012), Handbook of Biological Wastewater Treatment Design and Optimisation of Activated Sludge Systems, IWA Publishing Alliance House, 12 Caxton Street, London SW1H 0QS, UK, p49),, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com 21

TABLO YAÇYA reaktörlerin avantajları ve dezavantajları Avantajları Dezavantajları Yüksek organik yükleme kapasitesi Kısa HBS Yüksek KOİ giderme verimi Dolgu yatağa ihtiyaç yok Basit reaktör yapısı Düşük enerji ihtiyacı YUÇYA reaktörü karıştırma ihtiyacı yoktur TABLO Reaktörün işletme sıcaklığına bağlı olarak çamur yaşı Sıcaklık, C θ c, gün 15 140 20 100 25 60 0 0 5 20 Çamur granüllerinin oluşumunu kontrol etmek zordur. KOİ<5000 mg/l ise granül oluşumu zayıftır. Granülleşme atıksyun özelliklerine bağlıdır. Granüller yüzme eğilimine geçebilir. Arıtılmış atıksu yeterince durulanmayabilir. Şok organik yüklere karşı hassastır. Minimum çamur yaşı (θ cm ) metan üreten bakterilerin ikiye katlanma sürelerinin (Td: doubling time) üç katı olmalıdır. m Td,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com c 22

YAÇYA reaktörde çamurun çökelme özellikleri; Reaktör içerisindeki aktif mikroorganizmaların reaktörden yıkanmaması için çamurun çökelme özellikleri önemlidir. Aktif çamur granüllerinin çapı düşük olduğu zaman sıvı ile birlikte reaktörü terkedebililer ya da normal boyuttaki granüllerin içinde gaz kabarcıkları olduğu zaman granüller yüzme eğilime geçer ve reaktörden yıkanabilirler. Büyük granüllerin çökelme özellikleri küçük granüllere göre daha iyidir. Ortalama boyutu 1- mm den olan granüller daha da büyüdüğü zaman, büyük granüllerin iç kısımlarına sübstarat difüzyonu gerçekleşmez ve büyük granülün iç kısımlarında yer alan mikroorganizmalar içsel solunumla ölürler ve ayrışırlar. Bu ayrışma ile birlikte granülün iç kısmında biyogaz birikince yoğunluğu düşer ve bu granüller yüzme eğilimine geçer. Reaktöre giriş yapılarının tıkanması, inorganik çökeltiler ve aşırı yoğun granüller de işletme problemlerine sebep olur. Çamurların yoğunluğu 1,02-1,04 g/cm mertebesindedir. Bu çamurlar ilave işleme tabi tutmaksızın direk susuzlaştırılabilir. Numune alma; Reaktör yüksekliği boyunca her 50 cm yüksekliğinde bir numune alma vanaları planlanır. Bu numunelerde; Spesifik metanojenik aktivite, Çamurların karakteristik özellikleri, Proses kontrolü için UYA, ph ve alkalinite ölçümleri yapılır.,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com 2

TABLO YAÇYA reaktörlerde atıksuyun kuvvetliliğine göre yükleme hızları ve HBS KOİ, mg/l Org. yük kg KOİ/m -gün Çamur yükü kg KOİ/kg UKM-gün HBS θ h, saat Yukarı akış hızı V yah, m/saat Beklenen Verim % <750 1-0,1-0, 6-18 0,25-0,70 70-75 750-00 2-5 0,2-0,5 6-24 0,25-0,70 80-90 000-10 000 5-10 0,2-0,6 6-24 0,15-0,70 75-80 >10 000 >10 0,2-1,0 >24 0,15-0,70 75-80 Yüksek organik yük: OLR>10 kg KOİ/m -gün Düşük organik yük: OLR<10 kg KOİ/m -gün Islak fermentasyon: KKM< %15-20 (sulu çamur formu) Kuru fermentasyon: %50>KKM> %0 (çamur keki formu) Aerobik veya anaerobik mikrobiyal aktivite için minimum nem muhtevası %50 dir. KKM muhtevası %50 yi geçerse mikrobiyal aktivite düşer 24

ÖZET: YAÇYA reaktör tasarımı; L=5-20 (10) kg KOİ/m -gün (atıksu tipine bağlı) θ h = 4-48 saat (8-10 saat) (işletme sıcaklığına bağlı) H=4,5-5 m (aktif reaktör derinliği) Reaktör çapı ya da genişliği 10-25 m Çamur yatak derinliği 2-2,5 m (evsel atıksular için) (V yah )<2 m/saat (0,5-0,9 m/saat), Ortalama debide 0,5 m/saat, Maksimum debide 1,0 m/saat olmalıdır (20-28 m³/m²-gün) Reaktörde UKM (aktif mikroorganizma) konsantrasyonu; Reaktörün alt bölümünde 100 000-150 000 mg/l Reaktörün üst bölümünde 4 000-5 000 mg/l Reaktörün ortalaması 20-70 g/l (40-50 g/l) (65-70 kg TKM/m ) Reaktör derinliği; -5 m (evsel atıksular için) -10 m (çözünmüş KOİ ye bağlı) Biyogaz üretimi 0,2-0,5 m /kg KOİ gid.,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com 25

TABLO YAÇYA reaktörler YAÇYA Reaktör Parametreleri Değer Devreye alma süresi, gün 50-100 Granülleşme süresi, gün 60-100 Granüllerin boyutu, mm 1- (1,) Çökelme hızı, m/saat 50-60 Granülleşme yüzdesi 40 Y χ/s, gün -1 0,075 Verim, % 75 Spesifik substrat kullanım hızı, kg KOİ/kg UKM-gün 0,75-1,5 Biyokütle üretimi Y χ/s, kgukm/kgkoi 0,05-0,15 YAÇYA reaktörler için en önemli tasarım parametreleri; 1-Hacimsel organik yük 2-HBS - V yah (0,5 m/saat) YAÇYA reaktörlerde organik yük 1-15 kg KOİ/m -gün mertebesinde değişir. HBS atıksu tipine bağlı olarak minimum 6 saatten bazı endüstriyel atıksular için 4-5 güne kadar çıkabilir. Hacimsel hidrolik yük <6 m /m -gün 26

TABLO Anaerobik reaktörlerin şekli (Kaynak: http://saleemindia.blogspot.com.tr/2015/12/design-of-uasb-units.html) Reaktör yapısı Derinlik Genişlik ya da çap Uzunluk Besleme Çamur yatak derinliği Deflektör (gaz, sıvı, katı ayırma) Dikdörtgen ya da dairesel, dikdörtgen tercih edilir. 4,5-5 m (evsel atıksular için) Üniform bir besleme ve reaktörde biriken çamuru tahliye edebilmek için genişliği 10-12 m civarındadır. Gerektiği kadar. Çökelme bölmesi Derinlik 2-2,5 m. Evsel atıksuların anaerobik arıtılmasında üstten besleme tercih edilir. Çözünmüş organik madde içeren endüstriyel atıksuların anaerobik arıtımında alttan besle tercih edilir. Evsel atıksular için 2-2,5 m. Kuvvetli atıksularda yatak derinliği artar. Çökelme bölmesindeki akım hızı pik debide 5 m/saat i geçmemelidir. 27

Reaktör hacmi ve boyutları Reaktör hacminin ve boyutlarının belirlenmesinde, 1-hacimsel organik yük, 2- yukarı akış hızı, ve - etkili arıtma hacmi esas alınır. Etkili arıtma hacmi aktif biyo-kütle konsantrasyonu ve çamur yatak yüksekliğine göre reaktör hacminin 0,8-0,90 ı kadardır. 1. Hacimsel organik yük; Q 0 Lorg Vn V n = etkili (nominal/çamur yatak) reaktör hacmi, m Q = debi, m /gün S S o = giriş KOI, kg KOİ/m L org = Organik yükleme hızı, kg KOİ/ m -gün 2. Reaktörün toplam hacmi; V L V L V E n V n = Reaktörün etkili sıvı hacmi, m E f = Etkinlik faktörü (0,8 0,9) f,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com 28

. Reaktörün yüzey alanı; Yüzey alanı; A A Q V yah 4. Reaktörün derinliği; H L H L VL A Bu reaktör derinliğine ilave olarak 2- m çökelme ve gaz toplama bölmesi ilave edilir. H T = H L + H Ç/G 5. Reaktörün HBS h V L Q,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com 29

ANAEROBİK REAKTÖRLERİN İNŞAATI Reaktör korozyona karşı dayanıklı malzemeden imal edilmeli ya da yüzeyleri uygun malzeme ile kaplanmalıdır. Biyogaz korozif H 2 S içerebileceğinden betonarme ya da çelik reaktörlerin iç yüzeyleri epoksi ile ya da plastik takviyeli kontrplak (plywood) kaplanmalıdır. Betonarme reakörlerde korozyon kontrolüne karşı alınabilecek tedbirler; Uygun çimento seçimi Su oranı düşük çimento Betonun vibrasyon kalitesini iyileştirme Yeterli sertleştirme Özel beton katkıları kullanma Asitlere karşı dirençli malzeme ile kaplama Klorlanmış kauçuk veya bitümlü epoksi ile boyama PVC, elyaf cam (fiber glass) ve paslanmaz çelik malzemeler korozyona maruz kalabilirler.,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com 0

ÖRNEK-1 YAÇYA REAKTÖR TASARIMI,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com 1

ÖRNEK: YAÇYA reaktör tasarımı Debisi 1000 m /gün ve KOİ si 25 g/l olan endüstriyel atıksular YAÇYA reaktörde arıtılacaktır. Pilot çalışmalar hacimsel organik yükün 10 kg KOİ/m -gün alınabileceğini ortaya koymuştur. Biyokütle üretimi, Y X/S = 0, 11 kg UKM/kg KOİ Biyogazın CH 4 oranı=%70 KOİ giderimi=%80 YAÇYA reaktörün hacmini hesaplayınız. Metan üretim debisini hesaplayınız. Metanın enerjisi kaç kwh tir? Reaktörün sıcaklığını 15 C den 5 C ye getirmek için ne kadar enerji gerekir. Reaktörden üretilen enerji reaktörü ısıtmak için yeterli midir? ÇÖZÜM (1) YAÇY reaktörün hacmi ve boyutları: V 25kg/m 1 000 m /gün 10kg/m gün r V 0,5 m / sn için A; yuh 2500m 1000 m / gün A 8,m2 85m 0,5 m / saat 24 saat / gün,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com 2 Silindirik reaktörün çapı; D 10,4 m 2500m h 1000 m / gün 2, 5 gün 2

(2) Biyogaz-metan üretimi: Giderilen KOİ=25 kg/m 1 000 m /gün %80=20 000 kg KOİ/gün Biyokütle üretimi (KOİ nin %11 i biyokütle üretiminde kullanılır) =0,11 x 20,000 = 2 200 kg UKM/gün CH 4 üretimi için giderilen KOİ= 20 000 kg KOİ/gün -1,42 kg KOİ/kg UKM x 2 200 kg/gün = 16 876 kg/gün CH 4 üretimi (STP)=0,5 x 17 600= 5 906 m /gün 5 906 m /gün x 5,8 MJ/m =211,4 x 10 MJ/gün CH 4 üretimi (20 C)=5 906 m /gün x [(27,15+20)/27,15)]=6 9 m /gün (20 C) Biyogaz üretimi (%70 metan) =6 9/0,7=9 055 m /gün (20 C) () Enerji üretimi Metandan üretilen enerji, 1 kg KOİ 0,5 m CH 4 12,5 MJ,481 kwh Metan üretimine tekabül eden KOİ= 16 876 kg/gün Enerji üretimi=16 876 x,481= 58 745 kwh/gün 211,4 x 10 MJ/gün 1 kwh=,6 MJ=600 kj (4) Reaktörü ısıtmak için gerekli enerji o o Gerekli ısı enerjisi 1000000 kg / gün [(5 15 ) C] (4 200 J / kg C) (100 /75) 9 112 10 J / gün 11210 MJ / gün 1 111 kwh / gün Fazla enerji=(211,4-112) x 10 MJ/gün=99,4 x 10 MJ/gün ya da 27 611 kwh/gün,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com

(5) Arıtma verimi: YAÇYA reaktörlerde beklenen arıtma verimi; E 0,5 100 (1 0,87 t ) ampirik formülü ile hesaplanabilir (Chernicharo C. A. L. (2007). Biological Wastewater Treatment Series: vol. 4 Anaerobic Reactors, IWA Publishing, London, UK, p79). E KOİ 0 = 25 kg/m KOİ e = 5 kg/m Projelendirme verimi=%80 0,5 100 (1 0,87 t ) 100 (1 0,87 (2,5 / 24 %88,7 %80 0,5 ) ) E: arıtma verimi t: HBS (saat) 0,87: sistemin ampirik sabiti 0,5: çamur yatağın ampirik sabiti,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com 4

TABLO Elektrik ücretinin bileşenleri Ürcet Adı 1 kw elektrik birim fiyatı 0,14096 Perakende Satış Hizmet Bedeli 0,0072 İletim Sistemleri Kullanım Bedeli 0,009501 Dağıtım Bedeli 0,040051 TOPLAM (1 kw) elektrik bedeli masraflar dahil 0,70881 1 kw başına düşen birim fiyat %18 KDV 44 kuruş 27611 kwh/gün x 0,5 (verim) x 0,44 4250 TL/gün 1,4 milyon TL/yıl??? Biyogaz depolama-temizleme ve yakma sistemlerinin ilk yatırım maliyeti dikkate alındığında bu yatırım ekonomik olur mu? Geri ödeme süresi kaç yıla kadar olan yatırımlar fizibildir? KOİ si 25 g/l olan atıksu %90 verimle YAÇYA reaktörde mezofilik şartlarda (5 C) arıtıldığında açığa çıkan biyogazın enerjisi reaktörün ısıtılması için yeterlidir. Prosesten çıkan atıksuyun sıcaklığı yüksek olduğunda ekonomik fizibilte daha da öne çıkmaktadır. Atıksuyun KOİ si daha düşük olsaydı daha ekonomik nasıl bir anaerobik reaktör tasarlanabilirdi? 0 gün/yıl,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com 5

ÖRNEK: YAÇYA reaktör tasarımı Kaynak: Türker, M., Anaerobik Biyoteknoloji ve Biyoenerji Üretimi, Dünya da ve Türkiye de eğilimler, ÇEVKOR Yayınları, 2008, İzmir (uyarlanmıştır). Debisi 000 m /gün olan atıksular 5000 mg KOİ/l konsantrasyonunda ağırlıklı olarak setik asit içermektedir. KOİ giderme verimi %90 olacaktır. Reaktördeki anaerobik çamur konsantrasyonu 25 000 mg UKM/l dir. Bu atıksu için minimum çamur yaşı 6,9 gün dür. Reaktörün tasarımında minimum çamur yaşı 10 gün olarak alınacaktır. Bu durumda spesifik üreme hızı μ = 1/θ c = 1/10=0,1 gün -1 ve biyokütle dönüşüm oranı Y χ/koi = 0, 022 g UKM / g KOİ dir. Reaktörü tasarlayınız. Biyogazın metan oranı %50 ve atıksu için T=18 C dir. ÇÖZÜM 1. Reaktör hacmi; OLR: hacimsel organik yük=15,0 kg KOİ/m -gün seçelim. Q S V 0 OLR 2. Reaktörün alanı; V 000 / 5 / 15 kgkoi / m gün m gün kg m YAÇYA reaktörlerde atıksuyun yukarı akış hızı (V yah ) atıksuyun TKM konsantrasyonuna bağlı olarak 0,5-2 m/saat mertebesindedir. 0,75 m/saat seçelim. Q 000 m / gün,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com 1000m A 166,67 m V 0, 75 m / saat 24 saat / gün yah 2 Ağırlıklı olarak asetik asit içeren atıksuların arıtıldığı anaerobik reaktörde metanojenlerin yoğun şekilde bulunması beklenir. Bu durumda hacimsel organik yük yüksek (15 kg KOİ/m -gün) seçilebilir. 7

ÇÖZÜM (devamı). Reaktörün ebatları; YAÇYA reaktör dikdörtgen tasarlanırsa; 2 A 1214 168 m 4. Reaktörün yüksekliği; V 1008m H 6,0 m A 2 168 m 5. Reaktörün HBS; V 1008m h 0,6 gün 8, 06 saat Q 000m / gün 6. Reaktörün gaz/sıvı/katı ayırma bölmesi; V yah V 6168 1008 m Q 000 m / gün 17,86 m / gün 2 A 168m 0,744 m / saat c 10 gün 29,76 0,6 gün Çamur yaşı 0 katıdır. Bu bölmenin yüksekliği 2,5 m kabul edilebilir. Bu durumda toplam reaktör yüksekliği 6+2,5=8,5 m olur.,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com h HBS nin yaklaşık 8

7. Reaktör; Biyogaz 2,5 m,5 m ÖZET: 1) Q=000 m /gün, KOİ=5 kg/m 2) V=1008 m (OLR=15 kg KOİ/m -gün) ) H=6 m 4) A=168 m 2 (12 14 m) 5) V yah = Q/A = 0, 744m/saat 6) θ h = V/Q = 8, 06 saat 7) P x = 297 kg UKM/gün 8) KOİ gid. = 1 078 kg KOİ/gün i. Q biyogaz =9154 m (STP) ii. Q biyogaz =9824 m (20 C) a) Q CH4 =4577 m (STP) b) Q CH4 =4912 m (20 C) 2,5 m T 11-12 C 12 m Savak yükü=000/(6 14)=1,49 m /saat-m Hafif alum yumakları için savak yükü 6-7 m /saat-m mertebesindedir (Eroğlu, 2008, Su Tasfiyesi).,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com 9

8. Savak; Atıksuyun reaktörden çıkışı, reaktör çıkışındaki oluklara savaklanan arıtılmış atıksuyun toplama kanalında tekrar toplanmasıyla gerçekleşir. Bu oluk üzerinde savak dişleri (çentikler) yer alır. Bu savak dişlerinin açıları 45-90 o arasında değişir. Üçgen savaklarda debi; q: herbir savaktan akan debi, m /sn C d : akış katsayısı=0,584 h: savak dişinin su yükü, m g: 9,81 m/sn 2 8 1 2 q Cd 2 g tan h 15 2 Dikdörtgen savaklarda debi; q 1,8 b h b: savak genişliği, m 2 o 5 2 Yaklaşık olarak, 60 ve 90 o lik açılar için aşağıdaki eşitlikler de kullanılabilir (David L. Russell, (2006) Practical wastewater treatment, John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, p68). o Açı :60 Q 1, 4h o Açı :90 Q 2, 49h 8 1 2 Açı :90 q Cd 2 g tan h 15 2 5/2 q1,8h,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com 5 2 2,5 2,48 40

8. Savak formülü; ŞEKİL Üçgen savak h y θ δy Kendi kendini temizler. y derinliğindeki bir savak dişi için; 5 2 2,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com Hız 2gy Alan 2( h y) tan y 2 2 q gy 2( h y) tan y 2 yh 1 q 2 2gy tan ( h y) y 2 dy 2 y0 yh 1 2 2gy tan ( hy 2 y 2 ) dy 2 y0 2 2 2 2gy tan hy y 2 5 C d : akış katsayısı=0,584 yh y0 8 1 5 2 2 q 2 g tan h 15 2 8 1 2 q 0,5842 g tan h 15 2 5 2 41

8-a. Savak hesabı (Diş genişliği, 5 cm, 45 o, aralık 5cm); I. Savak adedi; 1400 cm - 2 5 cm=190 cm 190 cm / (5 cm + 5 cm)=19 adet Bir adet savak plakasında 19 adet savak dişi bulunmalıdır. II. Savak dişi sayısı; 6 adet savak plakası bulunacağından; n=6 19=84 adet III: Bir savak dişinin debisi; q=q/84=000/84=,597 m /gün-diş =41,6 10-6 m /sn-diş 0 cm 5 cm,2 cm 5 cm 5 cm 5 cm 5 cm 5 cm 5 cm 5 cm 2,21 cm 45o Montaj ayar boşlukları 8 1 2 q Cd 2 g tan h 15 2 14 m lik savak plakasında 19 adet savak dişi bulunacaktır. 5 2 1400 cm 5 cm 6 2 41, 6 10 0,584 2 9,81 t Maksimum savak yüksekliği= 6,06 cm 000 m /gün debi için savak yükü; h=2,21 cm 4000 m /gün debi için savak yükü; h=2,48 cm,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com h 6,06 cm Savaktaki azami su yüksekliği 6,00 cm Savak dişleri genişliği 5 cm ve açısı 45 o olan ve üçgen şeklinde olacaktır. Bu durumda savağın azami derinliği 2,5/[Cos(67,5)]=6,5 cm olur. 8 1 45 an h 15 2 0, 0221m 2,21cm 2,5 cm 67,5 o 6,5 cm h 0,02m, 2cm için q; 8 1 45 2 q 0,584 29,81 tan (0,0,2) 15 2 6 q 104, 6810 m / sn 9, 044 / m 84 9, 044 / 7542,9 / n 000 m / m gün Q m gün gü gün 5 2 42 5 2

8-b. Savak hesabı (Diş genişliği, 4 cm, 0 o, aralık 4cm); I. Savak adedi; 1400 cm (4+4) cm=192 cm 192 cm / (4 cm + 4 cm)=174 adet Bir adet savak plakasında 174 adet savak dişi bulunmalıdır. II. Savak dişi sayısı; 6 adet savak plakası bulunacağından; n=6 174=1044 adet III: Bir savak dişinin debisi; q=q/84=000/1044=2,876 m /gün-diş =,259 10-6 m /sn-diş 0 cm 4 cm 4,0 cm 4 cm 4 cm 4 cm 4 cm 4 cm 4 cm 4 cm 2,41 cm 0o Montaj ayar boşlukları 8 1 2 q Cd 2 g tan h 15 2 14 m lik savak plakasında 174 adet savak dişi bulunacaktır. 5 2 1400 cm 4 cm 6 2, 259 10 0,584 2 9,81 tan Maksimum savak yüksekliği= 7,46 cm 000 m /gün debi için savak yükü; h=2,41 cm 4000 m /gün debi için savak yükü; h=2,70 cm,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com h 7,46 cm Savaktaki azami su yüksekliği7,00 cm Savak dişleri genişliği 4 cm ve açısı 0 o olan ve üçgen şeklinde olacaktır. Bu durumda savağın azami derinliği 2,0/[Cos(75)]=7,7 cm olur. 8 1 0 h 15 2 0,0241m 2,41cm 2,0 cm 75 o 7,72 cm h 0,04m 4,0cm için 8 1 45 2 q 0,584 29,81 tan (0, 04) 15 2 6 q 118,10 m / sn 10, 22 m / gün Q 1044 9, 044 m / gü q; 10 670 m gün 00 n / 0 / m gün 5 2 4 5 2

8-c. Savak hesabı (Diş genişliği, 4 cm, derinlik 6 cm X o, aralık 4cm); I. Savak adedi; 1400 cm (4+4) cm=192 cm 192 cm / (4 cm + 4 cm)=174 adet Bir adet savak plakasında 174 adet savak dişi bulunmalıdır. II. Savak dişi sayısı; 6 adet savak plakası bulunacağından; n=6 174=1044 adet III: Bir savak dişinin debisi; q=q/1044=000/1044=2,876 m /gün-diş =,259 10-6 m /sn-diş 0 cm 4 cm 4,0 cm 4 cm 4 cm 4 cm 4 cm 4 cm 4 cm 4 cm 4 6,9 o cm 2,206 cm Montaj ayar boşlukları 8 1 2 q Cd 2 g tan h 15 2 14 m lik savak plakasında 174 adet savak dişi bulunacaktır. 5 2 1400 cm 6 2,259 10 0,584 2 9,81 ta 6, h Savaktaki azami su yüksekliği 5,506,00 cm Savak dişleri genişliği 4 cm ve derinliği 6 cm olan üçgen şeklinde olacaktır. Bu durumda savağın açısı 2,0/[Cos(θ)]=6,00 cm olur. θ=70,5 o 8 1 9 n h 15 2 0, 02206 m2, 206cm 6,00 cm Savak yüksekliği, h= 6,00 cm 000 m /gün debi için savak yükü; h=2,206 cm 4000 m /gün debi için savak yükü; h=2,475 cm h 0,04m 4,00 cm için q; 8 1 6,9 2 q 0,58429,81 tan (0, 04) 15 2 6 q 147, 2910 m / sn 12, 7 m / 1044 12, 7 / 1285, 7 m / gün 0 m /,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com 2,0 cm 71,55 o 6,25 cm gün Q m gün 00 gün 5 2 5 2 44

8-d. Savağın imalatı; Savak ölçüleri verilirken imalat aşaması ve imal edilmiş olan savak plakasını teslim alırken yapılacak kontroller de göz önüne alındığında, savak dişinin genişliğini ve savak derinliğini sabitleyip, savak açısını hesaplamak daha uygun olur. Diğer bir ifade ile, imalata konu olan ölçüleri sabitlemek daha doğrudur. 4 cm 6 cm 4 cm 4 cm h=2,878 cm (Q= 000 m /gün) 8 cm h=4,00 cm (Q=1 717 m /gün) Çalışılan senaryolar; Q=000 m /gün için h=2,206 cm Q=4000 m /gün için h=2,475 cm Savak yükü, h=4,00 cm için Q=1 285 m /gün Savak yükü, h=5,00 cm için Q=2 209 m /gün 2 cm 71,55 o 18,45 o 6,9 o 6 cm,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com 6,2 cm 45

9. Savak kanalı ve ana kanal hesabı; SAVAK KANALI h=6,61 cm 0,15 m h 0,0661 m 2 1 2 0,15 m Islak Alan 0,0099 m 2 Islak çevre 0,2822 m R 0,051 m V 1 R n J V 0,586 m/sn A 0,0099 m 2 Q 0,005788 m /sn Q= 000 m³/gün Q= 0,04722 m³/sn 4 q= 0,005787 m³/sn J= 0,005 m/m n= 0,01 - b= 0,15 m h= 0,15 m ANA KANAL h=0,15 m 0,25 m 6 adet savak kanalı 15 cm 15 cm olmalıdır (h=6,61 cm). 1 adet savak ana kanalı 25 cm 25 cm olmalıdır (h=0,152 cm).,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com 0,0 m 6 adet savak kanalının debisi ana kanalda toplanmalıdır. Ana toplama kanalının su kotu, savak kanalının taban kotu ile aynı olabilir. 46

10. Gaz-sıvı-KM ayırımı; 60 cm 265,00 55 o 1400 cm 110 50 60,00 172,11 cm 5 o 225,95 60 cm 404,21 cm 172,11,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com 275,95 5,95 1242,64 cm 47

10. Gaz-sıvı-KM ayırımı; 21,2 cm 265,00 55 o 110 172,11 cm 5 o 225,95 50 60,00 60 cm 60 cm 404,21 cm 172,11 275,95 5,95 265,00 55 o 110 172,11 cm 5 o 225,95 50 60,00 60 cm 15 cm 15 cm 5 cm 60 cm 404,21 cm 1200 cm,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com 172,11 275,95 5,95 172,11 cm 5 cm 1242,64 cm 265,00 55 o 110 5 o 225,95 50 60,00 60 cm 60 cm 404,21 cm 172,11 275,95 5,95 21,2 cm 48

ŞEKİL Savak ve engel yapısı 49

ÇÖZÜM (devamı) 11. Günlük çamur üretimi; P Q( S S ) Y 0 e / S 000 (5 0,5) 0, 022 297 kgukm / gün 12. Biyogaz üretimi; Q Q CH 4 biyogaz 10780,5 4577 m / gün(stp) 4577 / 0,5 9154 m / gün(stp) 1. Reaktör sıcaklığını 18 C den 5 C ye getirmek için gerekli enerji; o o Gerekli ısıenerjisi 000000 kg/gün ((5 18) C) (4 200 J/kg C) 9 214,2 10 J/gün Boilerde ve reaktördeki ısı kaçakları ile enerjinin %25'i kayıp olsa; 100 6 6 Isı enerjisi= 214, 210 kj / gün 285,6 10 kj / gün 75 KOİ gid. =000 m /gün 4,5 kg KOİ/m =1500 kg/gün Çamur oluşumu (Y χ/koi ) =1500 0,022=297 kg UKM/gün Çamur oluşumu (Y KOİ/S ) =297 1,42=422 kg KOİ/gün Giderilen KOİ=1500-422=1078 kg KOİ/gün CH 4 üretimi=0,5 m /kg KOİ gid. (STP) Asetik asit için KOOB=0 ve CH 4 : %50,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com 50

14. Metanın enerji değeri; Metanın net enerji muhtevası 5 846 kj/m (at STP) Metanın günlük toplam enerji muhtevası 5 846 kj/m 4577 m 15. Enerji açığı; Enerji dengesi 164,07 6 6 164,07 10 kj/gün 285,6 10 kj/g Üretilen 6 = 121,5 10 kj/gün 750 kwh/gü 6 10 kj/g,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com ün Reaktörü ısıtmak için harcanan n ün CH 4 / gün 1 kwh=,6 MJ=600 kj Atıksuyun içerdiği 5000 mg KOİ/l mertebesindeki organik maddelerin sahip olduğu kimyasal enerji, bu atıksuyun sıcaklığını 18 C den 5 C ye çıkarmaya yeterli değildir. Ancak, reaktörün sıcaklığını 5 C ye getirmek için ihtiyaç duyulan enerjinin %67 sini karşılayabilir. 5000 mg KOİ/l atıksuyun sıcaklığını kaç C artırabilir? 51

16. SENARYO Debisi 000 m /gün, KOİ si 5000 mg/l ve 18 C olan bu atıksu, ilave enerji vermeksizin üretilen biyogaz ile ısıtılarak anaerobik olarak arıtılsa reaktör kaç C lik işletme sıcaklığına göre tasarlanmalıdır? Reaktörün daha düşük işletme sıcaklığında mikrobiyal dönüşüm oranı düşer; Y χ/s = 0, 017 g UKM / g KOİ olsun. Anaerobik reaktörün verimi %80 olsun (KOİ 0 =5 kg/m ve KOİ e =1 kg/m ) (daha düşük sıcaklıkta verim düşer). Giderilen KOİ= 000 m gün 5 g l 1 g l =12 000 kg KOİ/gün Biyokütle oluşumu χ=12 000 kg KOİ/gün x 0,017 g UKM / g KOİ=204 kg UKM/gün CH 4 üretimine esas KOİ gid. = [12 000 kg KOİ/gün] [1,42 kg KOİ/kg UKM] x [204 kg UKM/gün] = 11 710 kg KOİ gid. /gün CH 4 üretimi (STP) =11 710 kg KOİ/gün x 0,5 m /KOİ gid. =4098 m CH 4 /gün Enerji üretimi=4 908 m /gün x 5,8 MJ/m =146 708 MJ/gün 146 708 MJ/gün (146,71x10 9 J/gün) enerji ile 000 m /gün debideki atıksuyun sıcaklığı kaç C ye çıkarılabilir?,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com 52

9 o o 146, 7110 J 000 000 kg/gün ((T 18) C) (4 200 J/kg C) 15. Yorumlar T o 29,64 C ya da o T=11,6 C Atıksuyun kimyasal enerjisi: Atıksuyun içerdiği 5000 mg/koi, harici bir enerji kaynağı kullanmaksızın 18 C deki ham atıksuyu 29-0 C ye çıkarabilir, ancak 5 C ye çıkaramaz. İşletme sıcaklığı: Anaerobik reaktör, 5 C de işletilecek şekilde tasarlanmak yerine, 29-0 C de işletilecek şekilde tasarlanabilir. Reaktörün 29-0 C de işletilmesi durumunda kinetik katsayılar değişir, aynı reaktör hacmi için verim düşer. Reaktör hacmi: 5 C ye göre nisbeten düşük sıcaklık olan 29-0 C de hacimsel organik yük düşeceğinden tasarım reaktör hacmi artacaktır. Proses seçimi: Burada enerji verimi %75 olarak öngörülmüştür. Reaktörün inşaat ve mekanik işleri, ısı izolasyonu, biyogaz sistemleri ve enerji sistemleri için yapılacak yatırımların teknik ve ekonomik analizi birlikte değerlendirilerek prosese karar verilir. Debisi az ve KOİ konsantrasyonu düşük olan atıksuların anaerobik arıtımı yerine aerobik arıtımı da tercih edilebilir. Arıtma: Arıtmanın amacı deşarj standartlarını sağlamaktır. Deşarjın kanalizasyona ya da başka alıcı ortamlara yapılması halinde standartlar değişir. Debisi düşük, kuvvetliliği az olan atıksularda arıtma odaklı bir tasarım öne çıkarken, debisi fazla ve kuvvetli atıksularda arıtmanın yanında enerji üretimi de önemli bir husustur. 5,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com

ÖRNEK- YAÇYA REAKTÖR TASARIMI,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com 54

ÖRNEK: YAÇYA reaktör tasarımı (Kaynak: Karina G. L. Christian R. A., Wastewater Treatment: Concepts And Design Approach, New Delhi, 2006, p02) Ortalama debisi 5000 m /gün olan evsel atıksuları arıtan bir yukarı akışlı anaerobik çamur yataklı reaktörü tasarlayınız. V yah =0,5 m/saat Giriş BOİ 0 =20 mg/l Giriş KOİ 0 =850 mg/l Giriş TKM 0 =400 mg/l Giriş UKM 0 =00 mg/l Çıkış BOİ e <100 mg/l ÇÖZÜM BOİ giderme verimi %80 kabul ederek; Çıkış BOİ e =(1-0,8) 20 mg/l=64 mg/l <100 mg/l (a) Giderilen BOİ; Giderilen BOİ gid. konsantrasyonu; 0,8 20=256 mg/l Giderilen BOİ gid. yükü; 0,256 kg/m 5 000 m /gün=1280 kg/gün (b) KOİ yükü; KOİ yükü; 0,850 kg/m 5 000 m /gün=4250 kg/gün,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com 55

(c) Çamur üretimi; Çamur üretimi=y χ/s BOİ gid. + Giriş İnert UKM (0,50 UKM 0 ) + Giriş SKM 0 Kabuller; i) Biyokütle dönüşüm oranı Y χ/s =0,15 kg UKM/kg BOİ gid. (0,15 256 mg/l=8,4 mg UKM/l) ii) Ham atıksudaki UKM nin %50 si biyo-arışabilir, kalan %50 si inertttir (0,50 00=150 mg UKM/l) iii) Toplam sabit katı maddeler (SKM); SKM=TKM-UKM (400-00=100 mg SKM/l) Çamur üretimi=[c 5 H 7 NO 2 ]+[UKM inert ]+[SKM 0 ] (d) HBS; =8,4+150+100 mg/l=288,4 mg KM/l = 0,2884 kg/m 5000 m /gün=1442 kg/gün Reaktörün aktif derinliğini 5 m ve bunun da 2,5 m sinin çamur yatak olduğunu ve 0,5 m/s yukarı akış hızı kabul ederek; Reaktör yüksekliği, H 5m h 10 saat 0, 417 gü Yukarı akış hızı, V n 0,5 m / saat yah,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com 56

(e) Çamur yaşı; c Reaktördeki çamur miktarı Günlük atılan çamur miktarı Reaktörün çamur yatak bölümündeki çamur konsantrasyonunu 50 kg/m ve efektif faktörü 0,8 kabul ederek; 2,5 m 50 kg / m 0,80 5000 m / gün 0, 417 gün 5,0 m c 28,9 1442 kg / gün (f) Reaktörün boyutları; Reaktörün yüzey alanı; Q 5000 m / gün A= 417 m V 0,5 / 24 / yah Reaktörün 25 m 17 m olarak tasarlanırsa yüzey alanı 425 m 2 olur. Reaktörün üst bölümünde 2 m çökelme bölmesi+ 50 cm hava payı planlandığında toplam reaktör derinliği; 5,0 m+2,0 m + 0,5 m=7,5 m olur. m saat saat gün 0 gün,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com 2??? 57

(g) Reaktör hacmi; V =17 255 2125 m (h) Hacimsel organik yük kontrolü; KOİ yükü 4250 kg / gün Hacimsel organik yük= = = Reaktör hacmi 2125 m 2,0 kg KOİ/m - Hacimsel organik yük 1- kg KOİ/m -gün mertebesinde olduğundan kabul edilebilirdir. Tasarımın özeti; Reaktör hacmi =2125m Reaktörün uzunluğu =25m Reaktörün genişliği =17 m Reaktörün kenar derinliği=7,0 m Reaktörün derinliği =7,5 m Çamur üretimi =1442 kg/gün HBS Arıtma verimi; =10 saat 0,5 100 (1 0,87 t ) 100 (1 0,87 %72,5 %80 0,5 10 ) gün,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com E 58

Evsel atıksular yüksek konsantrasyonlarda TKM içerdiği için 0, günlük çamur yaşı düşük reaktör sıcaklığına fizibil olmayabilir. Sıcaklık 5 C olduğunda metan üreten bakterilerin ikiye katlanma süresi T d =10 gün mertebesindedir. Minimum çamur yaşı θ c m = T d olması gerektiğinden, evsel atıksuların anaerobik arıtılması sadece ılıman iklimlerde fizibil olabilir. Reaktörün düşük sıcaklıkta işletilebilmesi için çamur yaşının 60-100 gün mertebesinde tutulması gerekir. Bu ancak membran biyoraektörlerle sağlanabilir. TABLO Reaktörün işletme sıcaklığına bağlı olarak çamur yaşı Sıcaklık, C θ c, gün 15 140 20 100 25 60 0 0 5 20 Bu örnekte biyogaz debisi niçin hesaplanmamıştır?,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com 59

ÖRNEK: YAÇYA reaktör tasarımı (Kaynak: Sudhir Kumar Gupta and Sunil Kumar Gupta, Yung-Tse Hung, (2010) Chapter: Treatment of Pharmaceutical Wastes, In Lawrence K. Wang, Yung-Tse Hung, Howard H. Lo, Constantine Yapijakis (Eds.), Handbook of Industrial and Hazardous Wastes Treatment, 2nd Ed., CRC Press, Taylor & Francis Group 6000 Broken Sound Parkway NW, Suite 00, Boca Raton, FL 487-2742). Bir ilaç endüstrisi atıksularının YAÇYA reaktörde arıtımı için yapılan ön pilot tesis çalışmalarında; HBS, θ h =2 gün ve Hacimsel organik yük=,52 kg KOİ/m -gün için %94 verimle arıtılabileceği ortaya konmuştur. Aşağıdaki tasarım kriterleri uygulanacaktır: KOİ 0 =7000 mg/l Y x/koi =0,027 kg UKM / kg KOİ Çamur yatakta mikroorganizma konsantrasyonu=70 kg/m Askıda çamur bölmesinde mikroorganizma konsantrasyonu = 4 kg/m Çamur yatak derinliği = 1,5 m Askıda çamur bölmesinin yüksekliği =,5 m Bu atıksuyun debisi Q= 45 m /gün olduğuna göre reaktörü tasarlayınız.,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com 61

ÇÖZÜM (A) Reaktörün boyutları; ( i) Reatörün hacmi; Q V h 45( / ) 870m ( ii) Reatörün derinliği; H 1,5, 5 m gün 2( gün) 5m ( iii) Reatörün yüzey alanı; A V / H 872( m ) / 174 m ( iv) Reatörün çapı; D[(4 A) / ] 12 [(4174) / ] 2 12 14,88 m, (14,9 m) 5( m),, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com 62

(B) Hacimsel organik yükleme hızı; ( i) Organik yük; L QS E ( ii KOİ 0 45( m / gün) 7( kgkoi / m ) 0 2862, kgkoi / gün ) KOİ KOİ Hacimsel organik yükleme hızı; OLR L / V (C) Yukarı akış hızı (V yah ); Vyah H / 5( m) / [2( gün) 24( saat / 0,1m / saat gün)],, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com, 94 2862,( kgkoi / gün ) / 870( m ),29 / 2 / kg m gün,5 kg m gü n 6

(D) Çamur yaşı; () i ( ii) ( iii) ( iv) Giderilen KOİ; KOİ Q S E gid. 0 Üretilen biyokütle; Y KOİ /KOİ 45( m / gün) 7( kgkoi / m ) 0,94 2862, kgkoi / gün Reaktördeki biyokütle; Yataktaki çamur(70kg/ m ) askıdaki çamur (4 kg / m ) Çamur yaşı gid. 0, 027(kg UKM/ kgkoi) 2862,(kg KOİ/ gün) 77, 28 kgukm / gün 2 2 2 2 70( kg / m ) 14,9 ( m ) / 4 1,5( m) 4( kg / m ) 14,9 ( m ) / 4,5( m) 20 749,58kgUKM Reaktördeki toplam biyokütle / günlük üretilen biyokütle 20749,58( kg) / 77, 28(kg/ gün) 268,5 gün,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com 64

(E) F/M oranı (besleme oranı); (F) Metan üretimi; F m gün kgkoi m M 20749,58( kg) 45( / ) 7( / ) 0,147 gün Üretilen metan hacmi; KOİ 0,5( m / kg KOİ ) (G) Spesifik gaz üretimi; 1 gid. gid. 2862,( gid. / ) 0,5( / 100 1,15 / / kgkoi gün m kg KOİ 1,8 m / gün ( STP) () i Birim reaktör hacmi başına spesifik CH üretimi; 1001,8( m / gün) / 870( m ) m m gün ( ii) Birim atıksu miktarıbaşına spesifik CH üretimi; 1001,8( m / g ) / 45( / gün) 2, m / m ün,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com 4 m 4 gid. ) 65

(G) Spesifik gaz üretimi (devamı); ( iii) Birim aktif çamur başına spesifik CH üretimi; (H) Biyogazın enerji eşdeğeri; 5,9 MJ / gün 1001,8( mch4/ gün) 20749, 58kgUKM 1001,8 m / gün5846 kj / m,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com 4 0,18m 9975 kwh / gün %5verim 491 kwh / gün (I) Atıksuyun sıcaklığını 20 C den 5 C ye çıkarmak için gerekli enerji; CH 4 / kgukm () i Gerekli ısı enerjisi 45000 kg / gün [(5 20) o C] (4 200 J / kg o C) ( ii) %25 enerji kaybı; 1 kwh=,6 MJ=600 kj 9 27,4 10 ( J / gün) 27,410 ( MJ / gün) 7617 ( kwh / gün) 27,410 ( MJ / gün) 100 / 75 6,510 MJ 66

(J) Enerji dengesi; Enerji dengesi 5,9 MJ/gün 6,5 MJ/ gün Üretilen = 0, 6MJ/gün Reaktörü ısıtmak için harcanan Reaktörün enerjisi kendine ancak yeterli olmaktadır.,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com 67

ÖRNEK YAÇYA reaktör tasarımı Bir gıda-meşrubat endüstrisi atıksularının YAÇYA reaktörde arıtımı için yapılan ön pilot tesis çalışmalarında; HBS, θ h =1,5 gün ve hacimsel organik yük (OLR)= 10 kg KOİ/m -gün için %85 verimle arıtılabileceği ortaya konmuştur. Bu atıksuyun ampirik formülü C 7 H 1 O 4 N şeklinde tesbit edilmiştir. Aşağıdaki tasarım kriterleri uygulanacaktır: Q=1250 m /gün KOİ 0 =17 000 mg/l Çamur yatakta mikroorganizma konsantrasyonu=65 kg/m Askıda çamur bölmesinde mikroorganizma konsantrasyonu = 6 000 kg/m fs=0,12 ve fe=0,88 T=20 C YAÇYA reaktörü tasarlayınız. Metan üretimini Buswell eşitliğine ve biyokimyasal dönüşüm modeline göre belirleyiniz. YAÇYA reaktörü 5 C de işletmek için gerekli ısı enerjisi ihtiyacını ve enerji bilançosunu hesaplayınız.,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com 69

ÇÖZÜM (1) Giderilen KOİ, KOİ gid. ; () i Reaktör çıkışında KOİ konsantrasyonu ( ii) KOİ 17 000 mg / l 17 kg / m 0 KOİ 0,1517( kg / m ) 2,55 kg / m e Gid. KOİ kons. 14450 mg / l 14, 45 kg / m Giderilen KOİ; KOİ Q( S Se) gid. 0,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com 1250( m / gün) ( 17 %1517)( kgkoi / m 18062,5( kgkoi / gün) ) 70

(2) Busswell reaksiyonuna göre; C n H n 7 a 1 O 4 N 1 a 4n a 2b c 4n a 2b c 4n a 2b c Ob Nc H O CH CO c NH 4 8 8 2 4 2 C H O N 2,50H O, 75CH, 25CO 1, 00NH 7 1 4 2 4 2 175 45 60 14 17 220 220 C H O N 7,5O 7CO NH 5H O 7 1 4 2 2 2 175 415 240 240 g KOİ, 75mol CH 18062,5 kg KOİ / gün 282, 22 molch / gün 4 08 17 90 mol l m m CH gün 282, 22 22,4 / ol 621,87 4 / 415 4,75 % CH4 100,75,25 % 54,7 Buswell eşitliğinde biyokütle oluşumu yer almaz,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com 71

() Biyokimyasal reaksiyon; Organik maddelerin anaerobik femantasyonundaki yarı reaksiyonlara göre biyokütle oluşumunu da içeren biyokimyasal reaksiyon şu şekildedir: C H O N A H O BC H O N C CH DCO E NH F HCO n a b c C H O N n a b c 2 5 7 2 4 2 4 9d fs d fe A 2n c b 20 4 dfs B 20 d fe C 8 (2 n c b 0.45 d fs 0.25 d d fs d fe D n c 5 8 d fs E c 20 dfs F c 20 (0.05 d fs) C H O N (0.125 d fe) CH ( n c 0.20 d fs0,125 d fe) CO 2 5 7 2 4 2 ( c 0.05 d fs) NH ( c 0.05 d fs) HCO 4 fe) H O d 4n a 2b c,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com fs fe 1 72

() Biyokimyasal reaksiyon (devamı); C : n 7 H : a 1 O : b 4 N : c 1 d 0 fe fs 0,88 0,12 fs fe 1 n a b c C H O N 7 1 4 2 9d fs d fe A 2n c b 2,78 20 4 d fs B 0,18 20 d fe C, 8 d 4n a 2b c 2,78 H O dfs d fe D n c 5 8 d fs E c 0,82 20 d fs F c 0,82 20 C H O N A H O BC H O N C CH DCO E NH F HCO 2 5 7 2 4 2 4 1,98 0,18C H O N,CH 1,98 CO 0,82 NH 0, 82 HCO 5 7 2 4 2 4,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com 7

() Biyokimyasal reaksiyon (devamı); C H O N 2, 78 H O 0, 18C H O N,CH 1, 98CO 0,82 NH 0, 82 HCO 7 1 4 2 5 7 2 4 2 4 Org. madde175 50,04 20,4 225,04 C H O N 7,5O 7CO NH 5H O Y Y 7 1 4 2 2 2 / S CH / S 4 175 240 0,116 kg 08 17 90 415 415 (4) Dönüşüm oranları; () i Giderilen organik maddebaşına ( ii) Giderilen KOİ başına biyokütleve CH oluşumu; biyokütle ve CH oluşumu; 4 UKM / kg C H ON 7 14 gid. /KOİ 225,04 0,422 LCH 4 / kg C7H14O N gid. CH 4 /KOİ 4 gid. ( iv) Giderilen organik maddecinsinden biyokütle oluşumu; 0,1161170, 61528 kgukm / gün S Y Y,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com 4 KOİ 0,085 kg UKM / kg KOİ g id 18062,5 kgkoi / gün. 1170, 6kg C H O N i gid. ( iii) GiderilenTOK başına biyokütle ve CH oluşumu; Y /TOK 7 14 gd. 0,242kg UKM 0, 08 LCH / kg KOİ YCH 4 /TOK 0, 88LCH / kg TOK () v Giderilen KOİ cinsinden biyokütle oluşumu; 0, 08518062,5 155,8 kgukm / gün KOİ 4 / kg TOK 4 gid. 74 gid.

(5) Biyogaz üretimi; KOİ 18062,5 kgkoi / gün gid. 1170, 6 kg CH ON ( organik madde) 7 14 gid. C H O N 2, 78 H O 0, 18C H O N,CH 1, 98CO 0,82 NH 0, 82 HCO 7 1 4 2 5 7 2 4 2 4 Org. madde175 50,04 20,4 225,04 225,04 C H O N 7,5O 7CO NH 5H O 7 1 4 2 2 2 175 240 08 17 90 415 415 ( i) CH debisi; 4 QCH L CH kg KOİ kg KOİ gü m gün ( ii) Q 0,08( 4 4 / gid. ) 18062,5 / n 556 / (STP) Biyogaz debisi; Biyogaz ( 18062,5 240 9 ( i 1 ) CH debisi; 597, 1,98) 22,4 8901 m / gün (STP) Q CH 4 o 55 m / gün (20 4 o 0 m / gün (20 C),, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com C) 1( m ) 18062,5( kg KOİ / gün),( mol) 22,4( LCH 4 / mol) 1000( L) 240( gkoi) /1000( g / kg) 556 m / gün (S, ( iii) % CH 4 % 62, 5, 1,98 TP) 75

(6) Reaktörün tasarım parametreleri; Debi; Q=1250 m /gün KOİ 0 =17 000 mg/l Hacimsel organik yük; OLR= 10 kg KOİ/m -gün HBS; θ h =1,5 gün Biyokütle üretimi; Y χ/koi =0,085 kg UKM/kg KOİ gid. KOİ Gid. =18 062,5 kg KOİ Gid. /gün Q CH4 =5 56 m /gün (STP) 5970 m /gün (20 C) Q Biyogaz = 8 901 m /gün (STP) 9 55 m /gün (20 C) %CH 4 =% 62,5 Y χ KOİ = 0, 085 kg UK M k g KOİ gid. Her iki şartı da sağlayan asgari hacim esas alınır. Üretilen biyokütle ; χ = Y χ KOİ KOİ gid. = 1625, 6 kg UK M g ün Reaktörde beklenen biyokütle miktarı (θ c 60 gün); 75 1625,6= 97 56 kg UKM Reaktörde beklenen UKM konsantrasyonu=97 56 kg UKM / 2000 m 48 786 kg/m,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com 76

ÇÖZÜM (7) Reaktörün boyutları; () i Reatörün hacmi; V Q ya da V Q S / OLR h 1250( m / gün) 1,5( gün) V 1875( m ) 2125( m ) V 1875( m ) ( iii) Reaktörün yüzey alanı; A 288, 5m H 6,5( m) ( iv) Reatörün boyutları; B L 16 20 20 m,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com 2 2 0 1250( m / gün) 17( kg / m ) 10 kg KOİ / m gün ( ii) Reatörün derinliği; H granül çamur (,5 m) askıda çamur ( m) çökelmebölmesi(2,5m) 6,5( m) 2,5( m) V B L H 16 20 6,5 2 080m h 2080( m ) /1250( m / gün) 1,66 gün 9,94 saat KOİ=17 000 mg/l mertebesinde yüksek olduğu için granül yatak yüksekliği,5 m ye kadar çıkabilir. 77

(8) Hacimsel organik yükleme hızı; OLR L / V KOİ KOİ Q S kg m S kg m V m 125 0 ( / ) e( / ) / ( ) (9) Yukarı akış hızı (V yah ); V yah 0 17( kg / m ) 0,1517( kg / m ) / 2080( 8,684 kg KOİ / m gün 10, 0 kg / m Q/A 2 1250( m / gün) / 20( m ),, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com gün,91( m / gün) 0,16( m / saat) 0,5 m / saat m ) 78

(10) Çamur yaşı; () i ( ii) Giderilen KOİ; KOİ Q S E Üretilen biyokütle; gid. 0 m gün kgkoi m Y 1250( / ) 17( / ) 0 19125 kgkoi / gün / KOİ KOİ 0,085( kg UKM / kgkoi) 19125( kg KOİ / gün ) 1625,6 kgukm / gün ( iii) Reaktördeki biyokütle; Yataka t ki çamur(65 kg / m ) askıdaki çamur (4 kg / m ) ( iv) Çamur yaşı gid. 65( kg / m ) 16( m) 20( m),5( m) 6( kg / m ) 16( m) 20( m) 2,5( m) 77600kgUKM 77600( kg) /1625,6( kg / gün),, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com,90 Reaktördeki toplam biyokütle / günlük üretilen biyokütle 47,75 gün 79

(11) F/M oranı (besleme oranı); (12) Spesifik gaz üretimi; F m gün kgkoi m M 77600( kg) 1250( / ) 17( / ) 0,274 gün 1 () i Birim reaktör hacmi başına spesifik CH üretimi; 556( m / gün) / 2080( m ) 2,68 m CH / m gün 4 ( ii) Birim atıksu miktarıbaşına spesifik CH üretimi; 556( m / gün) /1250( m / gün) 4,45 m CH / m 4 gün ( iii) Birim aktif çamur başına spesifik CH üretimi; 556( m CH 4 / gün) 77600kgUKM,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com 4 4 4 0, 072 m CH 4 / kgukm 80

(1) Biyogazın enerji eşdeğeri; 556 mc 4 / 5846 199,4 10 MJ / 5588kWh / gün H gün kj / m gün (14) Atıksuyun sıcaklığını 20 C den 5 C ye çıkarmak için gerekli enerji; 1 kwh=,6 MJ=600 kj ( i) Gerekli ısı enerjisi 1250000 ( kg / gün) [(5 20) o C] (4 200 J / kg o C) 9 78,75 10 ( J / gün) 78,7510 ( MJ / gün) ( ii) %25 enerji kaybı; (15) Enerji dengesi; Enerji dengesi 78,7510 ( MJ / gün) 100 / 75 10510,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com 194, 4 10 MJ/gün 105 10 M Üretilen =+89 400 MJ/gün J/gün Reaktörü ısıtmak için harcanan MJ 81

(16) Fazla enerjini elektrik enerjisi karşılığı; Enerjinin kwh eşdeğeri=89400 (MJ/gün) /,6 (MJ/kWh)= 24 8 kwh/gün Elektrik enerjisi= 24 8 (kwh/gün) x 0,5 (verim) = 8691 kwh Mali karşılık= 8691 kwh x 0,44 824 TL/gün 824 TL/gün x 0=1,26 milyon TL/yıl??? ÖZET-1 1) Q=1250 m /gün, KOİ=17 kg/m 2) V=2080 m (OLR=10 kg KOİ/m -gün) ) H=6,5 m 4) A=20 m 2 (16 20 m) 5) V yah = Q/A = 0, 16m/saat 6) θ h = V/Q = 9, 94 saat 7) P x = 155 kg UKM/gün 8) KOİ gid. = 18 062 kg KOİ/gün i. Q biyogaz =8901 m (STP) ii. Q biyogaz =955 m (20 C) a) Q CH4 =556 m (STP) b) Q CH4 =5970 m (20 C) Fazla enerji=89 400 MJ/gün 1 kwh=,6 MJ=600 kj 0 gün/yıl,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com 82

17-NÜTRİENT İHTİYACI Atıksuyun anaerobik arıtılmasında nütrient ihtiyacı ham atıksudaki makro ve mikronürtientlerin konsantrasyonları göz önüne alınarak hesaplanabilir. İçsel sonulum sebebiyle ölen mikroorganizmalardaki bileşenler makro ve mikro besi elementleri olarak tekrar kullanılabilir. Besi elementi ihtiyacının %10 unun içsel solunumla karşılanabileceğini varsayalım ve atıksuyun analiz sonuçları için makro ve mikronütrient ihtiyacını hesaplayalım. Biyokütle Üretimi 1625 kg/gün Atıksu Debisi 1250 m /gün Elementler Atıksuda Biyokütledeki ölçülen oran kons. Makronütrientler g/kgc 5 H 7 NO 2 mg/l Azot, N 65 75,0 Fosfor, P 15 25,0 Potasyum, K 10 8,0 Kükürt, S 10 16,7 Kalsiyum, Ca 4 7,0 Magnezyum, Mg 7,0 Mikronütrientler mg/kg UKM μg/l Demir, Fe 1800 950 Nikel, Ni 100 27 Kobalt, Co 75 40 Molibden, Mo 60 15 Çinko, Zn 60 16 Mangan, Mn 20 165 Bakur, Cu 10 5,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com 8

TABLO Atıksuyun nütrient dengesi, fazlalık ve noksanlık Biyokütle Üretimi 1625 kg/gün Atıksu Debisi 1250 m /gün KOİ 17000 mg/l Biyokütle Atıksuda Atıksuda Biyokütledeki Biyokütledeki Atıksudaki Elementler için gerekli ölçülen ölçülen Fazlalık Noksanlık oran oranın %90'ni Miktar miktar kons. kons. Makronütrientler g/kgc 5 H 7 NO 2 g/kgc 5 H 7 NO 2 kg/gün mg/l kg/m kg/gün kg/gün kg/gün Azot, N 65 58,5 95,1 75,0 0,075 9,8-1, 1, Fosfor, P 15 1,5 21,9 25,0 0,025 1, 9, -9, Potasyum, K 10 9,0 14,6 8,0 0,008 10,0-4,6 4,6 Kükürt, S 10 9,0 14,6 16,7 0,017 20,8 6,2-6,2 Kalsiyum, Ca 4,6 5,9 7,0 0,07 46, 40,4-40,4 Magnezyum, Mg 2,7 4,4 7,0 0,007 8,8 4,4-4,4 Mikronütrientler mg/kg UKM mg/kg UKM g/gün μg/l g/m g/gün g/gün g/gün Demir, Fe 1800 1620,0 262,5 950 0,950 1187,5-1445,0 1445,0 Nikel, Ni 100 90,0 146, 27 0,027,8-112,5 112,5 Kobalt, Co 75 67,5 109,7 40 0,040 50,0-59,7 59,7 Molibden, Mo 60 54,0 87,8 15 0,015 18,8-69,0 69,0 Çinko, Zn 60 54,0 87,8 16 0,016 20,0-67,8 67,8 Mangan, Mn 20 18,0 29, 165 0,165 206, 177,0-177,0 Bakır, Cu 10 9,0 14,6 5 0,005 6, -8,4 8,4,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com 84

ÖRNEK-6 YAÇYA REAKTÖR,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com 85

ÖRNEK Debisi 2500 m /gün olan süt endüstrisi atıksuları YAÇYA reaktörde arıtılacaktır. Reaktörü tasarlayınız. Atıksuyun sıcaklığı T=18 C KOİ 0 : 6500 mg/l (çözünmüş KOİ) Askıda çamur bölmesi aktif reaktör hacminin %75 ini ve %25 ini granül çamur yatak oluşturmaktadır. Gaz toplama bölmesinin yüksekliği=2,5 m Hacimsel organik yük (OLR) =16 kg KOİ/m -gün Mikrobiyal dönüşüm oranı, Y = 0,08 kg UKM/kg KOİ İçsel solunum hızı, k d = 0,06 gün 1 Maksimum spesifik çoğalma hızı, µ max = 0,20 gün 1 Yarı doygunluk sabiti, (afinite) K s = 500 mg KOİ/L,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com 86

(1) Ön değerlendirme-analiz Anaerobik proseslerde birinci öncelikli husus reaktörün işletme sıcaklığıdır. Süt endüstrisi atıksularının debisi ve KOİ konsantrasyonu yüksek olup, aerobik arıtılması halinde fazla miktarda çamur oluşacağından ön anerobik arıtma uygun olur. Ancak atıksuyun KOİ si aşırı yüksek olmadığından, atıksuyu 5 C ye getirmek için ilave enerjiye gerek olup olmadığını ve reaktörün işletme sıcaklığı konusunda ön değerlendirme yaparak işletme sıcaklığı belirlenebilir. Ham atıksuyun () i Birim miktar atıksuyun enerjisi; sıcaklığı 18 C olduğundan, 0,5( m CH 4 / kg KOİgid. ) 6,5( kg KOİ / L) 0,85( KOİ giderme verimi) atıksuya ilave enerji vermeksizin 1,9 m CH 4 / L Atıksu 6,5 kg KOİ/m 1,9( m CH 4 / L Atıksu) 5,846 ( kj / m CH 4) atıksu ile işletme sıcaklığı 12 C lik 69, 1 kj / L Atıksu (%85verimiçin1, 0 Latıksudan üretilebilecek azami enerji) artışla 0 C ye çıkarılabilir ve reaktör o ( ii) 1kg suyun sıcaklığını1 C artırmak için 4, 2 kj enerji gerekir. 0 C de işletilecek o şekilde tasarım %25 kayıp olsa;4,2100 / 25 5,6 kj / C parametreleri o o geliştirilebilir. 68,62 kj enerji ile; T 68,62( kj ) / 5,6( kj / C) 12, o 6500 mg / l KOİ ile 1, 0 L atıksuyun sıcaklığıilave enerji harcamaksızn ı 12, C artırılabilir.,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com C 87

ÇÖZÜM (2) Reaktörün boyutları; YAÇYA reaktörlerin en temel tasarım parametresi hacimsel organik yüktür. Reaktörün hacmi hacimsel organik yüke göre hesaplanır. ( i) ( ii) Reatörün hacmi; V Q S / OLR V Reaktörün yüzey alanı; A V / H 0 2500( m / gün) 6,5( kg / m ) 16 kg KOİ / m gün Reaktörün derinliği(8 10 m) 8molsun(KABUL); V 1015, 62( m ) A 126,95m 1212 144m H 8( m) 2 2 Bu büyüklükteki bir reaktörü silindirik tasarlamak yerine dikdörtgen/kare tasarlamak daha uygundur. Gaz toplama sisteminin yapısından dolayı reaktör çapı -4 m den sonra dikdörtgen planlama daha uygun olur. 1015, 6( m,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com ( vi) V H ) Reaktörün ebatları; 12128 1152m 8m 2, 5m10,5 m A 144m L 12m B 12m ( iii) Reatörün çökelme bölmesi dahil yüksekliği; H 8( m) 2,5( m) 10, 50m 2 88

() Yukarı akış hızı (V yah ); Yukarı akış hızı; V Q / A yuh (4) Hidrolik bekletme süresi (HBS); V / Q h 1152( m ) 2500( m / 2500( m / gün) 17,86 m / gün 0, 72 m / saat 2 144( m ) 0,46 gün 11,1 saat gün) (5-1) Arıtma verimi; Reaktör çıkışında KOİ, S e KS (1 kdc ) k 1 c max d formülü ile hesaplanabilir. Ancak, bunun için çamur yaşını ve verimi bilmek gerekir. Çamur yaşı da arıtma verimine bağlı olduğundan, bir kabul yapmak gerekir. %85 arıtma verimi tahmin edilerek çamur yaşı hesaplanıp, verim doğrulaması yapılabilir.,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com 89

(6-1) Çamur yaşı; (%85 arıtma verimi kabulü için) () i Organik yük; L QS E ( ii) KOİ Üretilen biyokütle; Y KOİ 0 2500( / ) 6,5( / ) /KOİ ( iii) Hacimsel organik yükleme hızı; ( iv) m gün kgkoi m gid. 0, 08(kg UKM/ kgkoi) 1812(kg KOİ/ OLR KOİ 0,85 1812,5 kgkoi / gün gün) 1105kgUKM / gün kg m %25(70kg/ m ) (%75)(6 / ),, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com / V 1812,5( kgkoi / gün) 1152( m ) 12 kg KOİ / m gün Reaktördeki biyokütle; Yataktaki çamur askıdaki çamur kg m 70( kg / m ) 0,251152 7( kg / m ) 0,751152 2544kgUKM ( v) Çamur yaşı Reaktördeki toplam biyokütle / günlük üretilen biyokütle 2544( kg) /1105(kg/ gün) 22, 9gün L KOİ 16 / gün 90

(7-1) Reaktör çıkışı KOİ konsantrasyonu; S e KS (1 kdc ) k 1 c max d 1 0,5( kg / m ) 1 0,06( gün ) 22,9( gün) 0,5 1 1 22,9( gün) 0,20( gün ) 0,06( gün ) 1 (8-1) Arıtma verimi; Arıtma verimi, E KOİ0 KOİ e KOİ 0 6500( mg / l) 57( mg / l) 6500( mg / l) %91,7 7 kg / m 57 mg / l Hesaplanan %91,7 arıtma verimi, kabul edilen %85 arıtma verimini doğrulanmadığından, (6-1) Çamur yaşı, (7-1) Reaktör çıkışı KOİ konsantrasyonu ve (8-1) Arıtma verimi adımları tekrar hesaplanır. Bu sefer kabul edilen arıtma verimi %91,0 olsun.,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com 91

(6-2) Çamur yaşı; (%91 arıtma verimi kabulü için) () i Organik yük; L QS E KOİ ( ii) Üretilen biyokütle; Y KOİ 0 2500( / ) 6,5( / ) /KOİ ( ii i ) Hacimsel organik yükleme hızı; ( iv) m gün kgkoi m gid. 0, 08(kg UKM/ kgkoi) 14787,5(kg KOİ/ OLR L / V 14787,5( kgkoi / gün) 1152( m ) 12,8 kg KOİ m gün Reaktördeki biyokütle; KOİ 09, 1 14 787,5 kgkoi / gün gün) 118 kgukm / gün / 16 / %25(70 / ) (%75)(6 / ) Yataktaki çamur kg m askıdaki çamur kg m,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com KOİ kg m 70( kg / m ) 0,251152( m ) 7( kg / m ) 0,751152( m ) 2544kgUKM () v Çamur yaşı Reaktördeki toplam biyokütle / günlük üretilen biyokütle 2544( kg) /118( kg / gün) 21,4 gün gün 92

(7-2) Reaktör çıkışı KOİ konsantrasyonu; GÜNAY KS (1 kdc ) Se cmax kd 1 1 0,5( kg / m ) 1 0,06( gün ) 21,4( gün) Ahmet kg m 1 1 21,4( gün) 0,20( gün ) 0,06( gün ) 1 KOİ0 KOİ Arıtma verimi, E Dr. e KOİ0 gündoç. 6500( mg / l) 571,6( mg / l) %91, 2 6500( mg / l) E=%91,2 θ c =21,4 (8-2) Arıtma verimi; 0,5716 / 571, 6 mg/ l Hesaplanan %91,2 arıtma verimi, kabul (tahmin) edilen %91 arıtma verimini doğruladığından; KOİ e =572 mg/l,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com 9

(9) F/M oranı (besleme oranı); F M 2500( m / gün) 6,5( kgkoi / m ) 0,58 kgkoi / kgukm gün 2544( kg) (10) Metan üretimi; Üretilen metan hacmi m kg KOİ KOİ (11) Biyogaz üretimi; ; 0,5( / gid. ) 4587,5 m / gün ( STP) o 492, 7 m / gün (20 C) Üretilen biyogaz hacmi; Q / 0,55,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com gid. m kg KOİ kg KOİ / gün) 1,42118( kgukm / gün) 0,5( / gid. ) 14787,5( gid. CH 4 4587,5 / ( ) / 0,55 m gün 841,2 / ( ) m gün STP o 8952 / (20 STP m gün C) 94

(12) Spesifik gaz üretimi; () i Birim reaktör hacmi başına spesifik CH üretimi; 4587,5( m / gün) /1152( m ),982 m CH / m reaktör gün 4 ( ii) Birim atıksu miktarıbaşına spesifik CH üretimi; 4587( m CH / gün) / 2500( m / gün) 4 1,82 m CH / m atıksu 4 ( iii) Birim aktif çamur başına spesifik CH üretimi; (1) Biyogazın enerji eşdeğeri; 4587( m CH 4 / gün) 2544 kgukm 4,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com 4 4 0,181 m CH 4 6 4587 m / gün5846 kj / m 164, 4510 kj / gün 45680 kwh / gün %5verim 15988kWh / gün / kgukm 1 kwh=,6 MJ=600 kj 95

(14) Atıksuyun sıcaklığını 18 C den 0 C ye çıkarmak için gerekli enerji; o o ( i) Gerekli ısı enerjisi 2500000 kg / gün [(0 18) C] (4 200 J / kg C) ( ii) %25 enerji kaybı; (15) Enerji dengesi; J gün MJ gün kwh gün 9 126 10 ( / ) 126 12610 ( MJ / gün) 100 / 75 6 6 Enerji dengesi 164, 4510 kj / gün 1261 kj 5,48kJ Üretilen 10 6 kj / gün,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com 10 ( / ) 5000 ( / ) 0 / Reaktörü ısıtmak için harcanan 16810 gün Arıtma verimi %91 e verime göre hesaplandığından reaktörün 0 C de işletilmesi halinde bir miktar enerji artmaktadır. Ekonomik ve teknik fizibiliteye bağlı olarak enerji çevrim yatırımı yapılabilir ya da reaktörün işletme sıcaklığı optimize edilebilir. MJ 96

(16) Savak hesabı-1; 1,5 cm 7, o 16,70 o,4 o 5 cm Sıra 6 adet Uzunluk 12 m Uzunluk 72 m Savak derinliği 0,05 m Savak ağız genişliği 0,0 m Savak aralığı 0,0 m Savak adedi 1199 adet Diş debisi 2,085071 m /gün 2,41E-05 Tan (θ/2) 0, (θ/2) 16,699 θ,98 Savak yüksekliği, h 0,020244 m m /sn Savak yüksekliği, h 2,024 cm Diş debisi, q 2,41E-05 m /sn SENARYO 2.500 m /gün Savak yüksekliği, h 0,0 m Diş debisi, q 6,452E-05 m /sn 6.684 m /gün Savak yükü; 2500/72=1,45m /saat-m<5m /saat-m 8 1 2 q 0,5842 g tan h 15 2,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com 5 2 97

(16) Savak hesabı-2; 1,5 cm 14,04 o Sıra 6 adet Uzunluk 12 m Uzunluk 72 m Savak derinliği 0,06 m Savak ağız genişliği 0,0 m Savak aralığı 0,05 m Savak adedi 899 adet 61,9 o 28,07 o Diş debisi 2,780095 m /gün,218e-05 m /sn 6 cm Tan (θ/2) 0,25 (θ/2) 14,06 θ 28,072 θ' 61,928 Savak yüksekliği, h 0,02441 m Savak yüksekliği, h 2,44 cm Diş debisi, q,218e-05 m /sn 2.500 m /gün Savak yüksekliği, h 0,04 m Diş debisi, q 1,104E-04 m /sn 8 1 2 q 0,5842 g tan h 15 2 8.575 m /gün,, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, agunay@balikesir.edu.tr, ahmetgunay2@gmail.com 5 2 98