Arıtma çamurlarının süperkritik su oksidasyonu ile arıtılabilirliğinin araştırılması

Abstract

Bu tez çalışmasında, endüstriyel ve kentsel atıksuyun birlikte arıtıldığı bir tesiste oluşan çamurun pilot ölçekli süperkritik su oksidasyon (SKSO) sistemi ile bertarafı ve proses sonucu ortaya oluşan kalıntıdan fosfat geri kazanımı incelenmiştir. Süperkritik (SK) şartlardaki su, tehlikeli atıkları ve yüksek kirletici yüküne sahip organik atıkları yan ürün oluşturmadan tamamen parçalayabilen bir çözücü haline gelir. Deneysel çalışmalarda sürekli akışlı SKSO prosesinin, sıcaklık, reaksiyon zamanı, katı madde oranı ve oksidant oranı gibi proses parametrelerinin, Yanıt Yüzey Metot (YYM) kullanılarak optimum giderim verimi üzerine etkisi incelenmiştir. Deneylerde kullanılan karışık çamurun kimyasal oksijen ihtiyacı (KOİ) 62000 mg/L, toplam organik karbon (TOK) değeri 17416 mg/L, toplam azot (TN) değeri 1017 mg/L'dir. H2O2 ile zenginleştirilmiş ve H2O2'nun tamamen oksijene dönüştüğü iki farklı oksidant kaynağı kullanılarak deneysel çalışmalar yürütülmüş ve optimum arıtım verimleri sırasıyla TOK için % 99 ve % 86, TN için % 83 ve % 73 olduğu görülmüştür. H2O2 ile zenginleştirilmiş oksidantlı çalışmaların giderimin verimlerinin yüksek olduğu, aynı zamanda her iki çalışmada da sıcaklığın, reaksiyon süresinin, katı madde oranının ve oksidant oranının artmasının da giderim veriminin arttığı görülmüştür. Arıtım sonrasında oluşan reaktör altı kalıntı maddenin elektrokimyasal geri kazanım prosesini nasıl etkilediği araştırmak için Yanıt Yüzey Metodolojisi (YYM) çalışmaları yapılmış ve reaksiyon süresinin kısa, pH'ın yüksek olduğu durumda fosfat kazanım veriminin daha yüksek olduğu görülmüştür. Sonlu elemanlar metodu ile SKSO pilot reaktörünün mukavemet analizlerinin ve zayıf noktalarının tespiti sağlanmıştır. Yapılan yapısal analizler sonucu reaktör yukarı doğru yaklaşık 10 mm kadar uzadığı ortaya çıkmıştır. Model çalışmasında deneysel çalışmalar öncesi 125 dakika reaktör şartlanma sürecinin yeterli olacağını göstermiştir.In this thesis, sludge from an industrial wastewater treatment plant operated together with municipal wastewater, was treated using a pilot scale supercritical water oxidation (SCWO) system and phosphate recovery from the residue resulting from the SCWO process were investigated. Water at supercritical (SC) conditions can completely be destroyed contaminants in high concentration organic and hazardous wastes. In SCWO experimental studies, the optimum process parameters such as temperature, reaction time, solids ratio and oxidant ratio were investigated using response surface method (RSM). The values of chemical oxygen demand (COD), total organic carbon (TOC) and total nitrogen (TN) of the mixed sludge used in the experiments are 62000 mg/L, 17416 mg/L and 1017 mg/L, respectively. Experimental studies were carried out using two different oxidant sources such as enriched H2O2 and H2O2 completely converted to oxygen. The optimum treatment efficiencies were obtained as 99 % and 86 % for TOC and 83 % and 73 % for TN, using enriched H2O2 and oxygen as oxidant sources, respectively. The enriched oxidant was increased removal efficiency while the increase in temperature, reaction time, solids content and the oxidant ratio were also increased the removal efficiencies. RSM studies were conducted to investigate electrochemical recovery process from SCWO residue. The optimal removal rate was achieved at the short time and high pH value. The strength analysis and weak points of the SCWO pilot reactor were determined with the finite element method. The structural analysis was showed the reactor was stretched 10 mm. This study also shown that the reactor 125 minutes would be enough for conditioning process.