Doç. Dr. Ahmet GÜNAY Balıkesir Üniversitesi Müh. Fak., Çevre Müh. Böl.

95 Pages·2017·3.65 MB·Turkish

Y
A
N
.
Ü
l
ö
4181 Anaerobik Arıtma Sistemlerinde
G
B
i
s

Proses Tasarımı
t e
.
e
h
t
m i
ü
s
8.-9. Dersler r M
h
e
A

v
e
i
UASB REAK.TÖRLERn r
r v
D Ü
e
Doç. D r. Ahmet GÜNAY Ç
. r
ç i
s
Balıokesir Üniversitesi, , [email protected]
e .
D k
Mühendislik kFakültesi [email protected]
a
ı
Çevre Mlüh. Böl. F
a [phone]

B
Çağış/Balıkesir .
h
ü
http://cevre.balikesir.edu.tr/index.php/doc-dr-ahmet-gunay-ders-notlari/anaerobik-
M
aritma-sistemleri-proses-tasarimi/
Y
A
N
.
Ü
l
ö
G
B
i
s

t e
.
e
YAÇY REAKTÖRLEh R
t
m i
ü
s
r M
h
e
A

v
Yukarı akışlı çamur yataklı anaerobik (YAÇYeA) reaktör
i
. n r
Upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor
r v
D Ü
YAÇYA reaktör tasarımı
e
Evsel atıks uların anaeroÇ bik arıtımı
. r
ç i
Endüstriyel atıksuların yukarı akışlı çamur yataklı anaerobik reaktörde arıtımı
s
o ,
Yukarı akışlı çame ur yataklı an.aerobik reaktör tasarım örneği
D k
k Savak formülü
a
ı
l F Savak hesabı
a

B
.
h
ü
2
M
Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]
Y
Biyogaz

Reaktörün alt kısmında homojen bir dağıtma yapısı
A
ile atıksu reaktöre girer ve savaklanarak çıkar.
N

Gaz toplama sistemi, çamuru, gazı ve. arıtılmış
Ü
l
ö
atıksuyu ayırır.
G
B
Evsel  i
Tasarımda temsel bir matematiksel model mevcut
atıksular için ●Gaz
t e
toplam Çıkış e değildir. .
●Sıvı h
t
reaktör m  i
yüksekliğinin ●Katı Hacismsel organik yüük, HBS ve yukarı akış
%25'i ayhırma hırzı temel tasarımM kriterleridir. KOİ 5 000-15 000
e
A mg/l mertebesinde olduğu zaman tasarımda
Sıcak v
e
su çıkış ı i organik yük kriteri uygulanır. Tasarım organik yükü
. n r
r Askıda 5-20 (v10) kg KOİ/m3-gün mertebesindedir.
D Ü
çamur  e
Devreye alırken organik yük;
Ç
. r
0,05-0,15 kg KOİ/kg UKM mertebesindedir.
ç i
s
Sıcak o , 
e . KOİ<5000 mg/l ise;
su girişi D Granül çapkı 1-3 mm Çamurk yatak ● yukarı akış hızı= 0,6-0,9 m/saat
(Graanül çamur)
mertebıesindedir
● hacimsel hidrolik yük <5 m3/m3-gün
Giriş l F
a
● θ =6-12 saat
B h
.

h Reaktörde mikroorganizma konsantrasyonu
Şekil YAÇYA reaktör
ü
seyreltik olsa ne olur?
3
M
Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]
Biyogaz
Y
Yukarı akışlı çamur yataklı anaerobik (YAÇYA) reaktörlerin tasarımı
A

YAÇYA reaktörler için en temel tasarım parametreleri;
N
(1) Organik yük (6-20 (10) kg/m3-gün) ve, ●Gaz
Çıkı.ş
Ü ●Sıvı
l
ö ●Katı
(2) Hidrolik bekletme süresidir (HBS, θ = 6-48 saat, sıcaklığa bağlıdır).
h G ayırma
B
 i Sıcak
YAÇYA reaktörlerde yukarı akış hızı (V )<1,5-2 (1,0) m/saat, s
yah su çıkışı
t e Askıda
.
● Ortalama debide 0,5 m/saat, e h çamur
t
m i
● Maksimum debide 1,0 m/saat olmalıdır (20-28 m³/m²-gsün) ü
Sıcak
h r suM girişi Granül çapı 1-3 mm Çamur yatak
e mertebesindedir (Granül çamur)
H H: reaktör derinliği, m Giriş
A

V (m / saat)  v
e
θ =HBS, saat
yah  h i
. n r
h r v
D Ü
 e
YAÇYA reaktörlerde atıksu reaktöre alttan girer ve üstten çıkar ve biyokütle flokları bu yukarı doğu akan su
Ç
siteminde gelişir, aktif biyo.kütle arıtılmış atrıksu ile birlikte reaktörü terketmemelidir.
ç i
s

Çamur yaşı (θ ), hidroolik bekletme süresi (HBS, θ ) ile, ayrıştırılmalıdır. HBS 6 saate kadar düşürülebilirken
c e h .
D k
çamur yaşı 200 güne kadar artıkrılabilir.
a
 ı
Reaktörün beslenmesi, hacilmsel organik yüFk salınımı ve giriş-çıkış yapılarının hidroliği açısından olabildiğince
a
homojen olmalıdır, reaktör içerisindeki akımda kanallanma olmalıdır.

B
.
 h
YAÇYA reaktörler yüksek TKM içeren atıksular için uygun bir reaktör tipi değildir. Azami TKM konsantrasyonu
ü
500 mg/l’yi geçmemelidir. YAÇYA reaktörler KOİ konsantrasyonu 500-20 000 mg/l olan atıksular için
4
M
uygun olmakla birlikte, UKM/KOİ oranı 1’den düşük olmalıdır.
Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]
Y
A
N
.
Ü
l
ö
G
B
i
s

t e
.
e
h
t
m i
ü
s Reaktör hacmi;
r M
h
e ●KOİ<5000 mg/L ise HBS ve V
A yuah

v
e
●KOİ>5000 mg/L ise OLR
i
. n r
r v A: HBS kriteri sağlanamaz.
D Ü
e
B: OLR ve HBS kriteri sağlanamaz.
Ç
. r
ç i C: OLR kriteri sağlanamaz
s
o ,
e .
D: HBS ve OLR kriteri sağlanır
D k
k
a
ı
l F
a

ŞEKİL YAÇYA reaktörleBr için atıksudaki KOİ konsantrasyonu ile reaktör hacmi
.
h
arasındaki ilişki (Kaynak: Chernicharo C. A. L. (2007). Biological Wastewater Treatment
ü
Series: vol. 4 – Anaerobic Reactors. IWA Publishing, London, UK, p90; uyarlanmıştır).
5
M
Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]
Y
Yukarı akışlı çamur yataklı anaerobik (YAÇYA) Reaktörler
A

θ -θ : YAÇYA reaktörlerde çamur yaşı ile hidrolik bekletme süresi farklıdır:
h c N
𝜽 /𝜽 = 𝟏𝟎~𝟏𝟎𝟎 .
𝒉 𝒄 Ü
l
ö
Bu oran çoğalma hızı düşük olan metanojen mikroorganizmaların reaktör içerisinde uzun süre kalmasını
G
B
i
sağlar. Reaktörde anaerobik bakterilerin uzun süre kalması nasıl sağlanabilirs?

 t e .
θ : YAÇYA reaktörlerde hidrolik bekletme süresi, θ =e6-48 (6-24) saat mertebesinde olabilir. Anaerobik
h
h h t
reaktörlerin hacimsel organik yükü (L) aerobik promseslere göre 5-10i kat daha fazlaüdır, dolayısıyla reaktör
s
kompakttır ve alan ihtiyacı azdır. r M
h
e

Devreye alma: Devreye alması uzun süreA r.
v
e
 i
Aşı: Reaktörlerin aşılanmasında reak.tör hacminin %n30-50’si, en arz %10’u kadar aşı temin etmek gerekir.
r v
 D Ü
Çevresel parametreler: Çevresel parametreler (pH, yeterli aelkalinite, ORP, nütrientler, sıcaklık, toksik
bileşenler) optimum olmalıd ır. Ç
. r
 ç i
Granülleşme: 200 mg/l mertebesindeski Ca2+ granülle şmeyi sağlar. 600 mg/l’den fazla Ca2+, CaCO
o , 3
e .
kristalleşmesine sebep olur ve bu kristallere yapışan metanojenler CaCO kristalleri ile birlikte reaktörden
D k
3
k
yıkanarak reaktörü terkedebilirler. Granüllerin çaökelme hızı 60 m/saat mertebesinde oldukça yüksektir.
ı
 l F
Metanojenik aktivite: Yaüksek metanojenik aktivite 0,5-2,0 kg KOİ/kg UKM

B
 .
Verim: KOİ giderme verimi %70-80, patojenler %70-90, parazit yumurtaları %100 mertebesinde inaktif
h
hale gelirler. Nütrientler giderilemüez.
6
 M
Çamur: çamur üretimi düşüktür ve susuzlaştırılması kolaydır.
Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]
Y
Evsel atıksuların YAÇYA reaktörde arıtılması; A
N
Evsel atıksuyun sıcaklığı 15 °C’den büyük ve yeterli alkalinite mevcut ise;
.
● Organik yük>1,5 kg KOİ/m3-gün (2,5-3,5 kg/m3-gün; Ü KOİ<1000 mg/l)
l
ö
● Aşırı hacimsel organik yük proses stabilitesinin (pH, UG YA) bozulmasın a sebep olur.
B
i
● θ >6 saat (16 saat) s
h
t e
.
Seyreltik atıksularda (KOİ<1000 mg/l) yüksek organik yüekler aşırı hidrolik yüke ve yüh ksek yukarı akış
t
m i
hızına sebep olur. ü
s
r M
h
e Yüzeysel hidrolik yük (YHY) =Yukarı akış hızı
A
TABLO Evsel atıksuların anaerobik arıtımında sıcaklığa v
e
bağlı HBS i
. n Rearktörde granül çamur oluşmadığı zaman;
r v
HDBS, θ (saat) Ü ● Yukarı akış hızı 0,5 m/saat
e
h
Atıksu sıcaklığı
Ç ● θ =6 saat.
Ortala.ma debide Prik debide h
ç i
s Pik debide;
16-19 °C o 16-19 7-9 ,
e . ● Yukarı akış hızı 0,9-1,1 m/saat
D k
20-26 °C 6-9 k 4-6
a ● θ >4 saat.
ı h
l F
>26 °C a >6 >4 Reaktörde granül çamur oluştuğu zaman

B . yukarı akış hızı artırılabilir.
h
ü
Anaerobik reaktörlerde sıcaklık 20 °C’nin üzerinde 25-30 °C mertebesinde olmalıdır.
7
M
Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]
Y
Anaerobik reaktörlerde sıcaklık 5 °C‘nin üzerinde olduğu zaman hidroliz hızınaA ve asit üretimine sıcaklık etkileri
önemsizdir. Dolayısıyla, biyo-reaktör tasarımı, anaerobik proseste gerçekleN şen kompleks biyokimyasal
reaksiyonlarda hızı en düşük olan metan üreten bakterilerin mikrobiyal aktivitesine göre yapılır. .
Ü
l
ö
Biyo-reaksiyon hızı 15 °C’nin altında çok yavaştır. G
B
i
s
Metanojenler için optimum pH 6,8-7,2 aralığında iken, asit ü reten bakteriler için asidik şartlar favoridir.

t e
.
e
h
KOİ<5000 mg/l ise granül oluşumu yavaştır. Bu yüzden seyreltik atıktsuların anaerobik arıtımında hacimsel
m i
ü
organik yük kriterinden ziyade yukarı akış hızı (𝑽 ) ve hidroliks bekletme süresi esas alınır.
𝒚𝒂𝒉
r M
h
KOİ>5000 mg/l ise tasarımda hacimsel organik yük (5-10 keg KOİ/m3-gün) ve HBS (𝜽 =4-12 saat) esas
𝒉
A
alınır (KOİ=5 kg/m3 olduğu zaman, organik yükleme hızıv da 5 kg KOİ/m3- gün olursa 𝑽 =1 m/saat olur).
e 𝒚𝒂𝒉
i
. n r
r v
D Ü
e
Ç
. r
ç i
s
o ,
e .
D k
k
a
ı
l F
a

B
.
h
ü
8
M
Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]
Y
YAÇYA reaktörlerin yüksekliği;
A

Çamur tipi,
N

Organik yük
.
Ü
l
 ö
Hacimsel hidrolik yük
G
B
i
Reaktördeki çamur tabakasının derinliği; s

t e
● KOİ<3000 mg/l ise 2-5 m .
e
h
t
● KOİ>3000 mg/l ise 5-7 m m i
ü
s
Evsel atıksuların anaerobik arıtılmasında; h r M
e
● çamur yüksekliği 2,5-3,5 m A
v
e
● çöktürme bölmesindeki derin lik 1,5-2,0 m’diir.
. n r
r v
Yukarı akış hızı, reaktör yükseDkliği ve HBS biÜrbiri ile ilişkilidir, yukarı akış hızı < 1,0 m/saat için;
e
● reaktör derinliği 4-6 m
Ç
. r
● HBS (θ ) 6-10 saattir.
ç i
h s
o ,
Reaktör hacmi (V); e .
D k
k
𝑉 = 𝜃 × 𝑄
ℎ a
ı
θ > 4 saat (ya da hidrolik yülkleme hızı <6 mF 3/m3-gün)
a
h

B
.
h
YAÇYA reaktörler kuvvetli atıksularüiçin uygulanabilirdir ve doğru bir tasarım için uygun hidrolik ve organik
9
yük şartlarının sağlanması gerMekir.
Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]
Y
YAÇYA reaktörlerde giriş-çıkış sistemi;
A
Reaktör içerisinde ölü bölge ve hidrolik kısa devre
N
akımları oluşmamalıdır. Reaktörün her tarafına üniform .
Ü
l
bir atıksu beslemesi için alt bölümüne dağıtma yapısı teşkil ö
G
B
edilir. Reaktörün içerisine teşkil edilecek dağıtma sisteminin i
s

çapı tıkanıklık olmaması için asgari 75-100 mm mertebesinde
t e
.
e
h
olmalıdır ve iyi bir karışım sağlanması için atıksuyun reaktöre t
m i
ü
s
giriş hızı>0,4 m/sn olmalıdır. Her bir giriş ağızlığının etkili
r M
h
alanı 1-4 m2’dir. KOİ’si 400-600 mg/l mertebesinde olan
e
A
evsel atıksular için bu alan 1,5-3,0 (2-3) m2’dir. Birim v
e
i
metrekareye düşen giriş ağızlığı sayısı çamur tipine
. n r
r v
(floklaşmış çamurlar için granül haldD eki çamura göreÜ daha
e
fazla olmalıdır) ve organik yüke (artan organik yük ile sayı
Ç
. r
artar) göre değişir.
ç i
s
o ,
Giriş sistemindeki olası tıkanıklıkların teme izlenmeye elve.rişli
D k
halde tasarlanması gerekir. Bu, biyokgazın zaman zaman
a
ı
reaktör içerisine yüksek debide beslenerek aşırı türbülans
l F
a
oluşturulmasıyla sağlanabilir. Hava???

B
.
h
ü
10
M
Doç. Dr. Ahmet GÜNAY, Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Böl. Çağış/Balıkesir, [email protected], [email protected]