Atık aktif çamurun hidrodinamik kavitasyon destekli yöntemlerle dezentegrasyonu

Abstract

Bu çalışmada bir gıda işleme fabrikasındaki atıksu arıtma tesisinden kaynaklanan atık aktif çamur, orifis bazlı bir hidrodinamik kavitasyon cihazı ile laboratuvar ölçeğinde mekanik olarak dezentegre edilmiştir. Çamur dezentegrasyonu için uygun değer işletme şartlarının belirlenmesi amacıyla farklı delik çaplarına (3, 4 ve 5 mm) sahip orifis plakaları kullanılmış ve kavitasyon sistemi üç farklı kavitasyon sayısını (0.2, 0.5 ve 0.8) sağlayacak şekilde işletilmiştir. Hidrodinamik kavitasyonun NaOH, Ca(OH)2 ve H2O2 kimyasalları ile birlikte kullanılması ve uygun değer koşullarda dezentegre edilen çamurun biyogaz oluşturma potasiyeli değerlendirilmiştir. Çalışma sonuçları, 150 dakikalık kavitasyonun ardından %32 ile %60 arasında işletme koşullarına bağlı olarak değişen dezentegrasyon derecelerine ulaşıldığını göstermektedir. Çamur dezentegrasyonu için optimum kavitasyon sayısı 0.2 olarak belirlenirken, optimum orifis delik çapı 3 mm olarak tespit edilmiştir. Hidrodinamik kavitasyonun NaOH, Ca(OH)2 ve H2O2 ilavesiyle birlikte kullanıldığı denemelerde çamurun çözünebilirliğinin daha fazla arttığı görülmüştür. Kimyasal ilaveli denemeler içinde en iyi sonuç 20 mg/l H2O2 ilavesi + hidrodinamik kavitasyon kombinasyonunda elde edilmiştir. Diğer taraftan, 60 gün boyunca devam eden BMP sonuçları, dezentegre edilen çamurların metan oluşturma potansiyellerinin ham çamura nazaran daha yüksek olduğunu açıkça göstermiştir. BMP testleri sonucunda en yüksek metan gazı oluşumu NaOH (pH=11) ilaveli hidrodinamik kavitasyon ile ön işlemden geçirilen çamurda gözlenmiştir. Kullanılan yöntemler bütün yönleri ile kıyaslandığında (DD, biyogaz oluşumunu arttırma yüzdesi, enerji verimliliği) önerilen "Hidrodinamik kavitasyon+NaOH ilavesi (pH:11)" yöntemidir.

In this study, waste activated sludge that originated from a food processing facility was disintegrated mechanically on a laboratory scale using an orifice-based hydrodynamic cavitator. To determine optimum operation conditions for sludge disintegration, orifice plates with varying vent hole diameters (3, 4, and 5 mm) were used, and the cavitation setup was operated at three different cavitation numbers (0.2, 0.5 and 0.8). The use of NaOH, Ca(OH)2 and H2O2 together with hydrodynamic cavitation was also evaluated. Moreover biogas production potential of waste activated sludge which disintegrated in optimum conditions was investigated. The results of the study showed that after 150 minutes of cavitation, disintegration degrees of 32 % to 60 % were obtained. Based on the results, optimum cavitation number and orifice vent hole diameter selected for disintegration of waste activated sludge were 0.2 and 3 mm, respectively. Enhanced solubilization was achieved in the case of hydrodynamic cavitation combined with NaOH, Ca(OH)2 and H2O2 addition. The best results for the disintegration of solids and organic carbon release in terms of soluble chemical oxygen demand (SCOD) were obtained for the combined system of H2O2 addition with a dose of 20 mg/l and hydrodynamic cavitation. On the other hand, the results of BMP tests lasting 60 days apparently indicated that methane production potentials of all disintegrated sludges were higher in comparison to that of raw sludge. Highest production of methane was observed in sludge sample pretreated with NaOH (pH=11) addition + hydrodynamic cavitation. "Hydrodynamic cavitation + with NaOH addition (pH: 11)" is the recommended method when the methods used are compared with all aspects (DD, increase the percentage of biogas production, energy efficiency).