Biyolojik atıksu arıtma tesisi çamurlarının süperkritik su gazifikasyonu ile gazlaştırılarak enerji eldesinin araştırılması

Abstract

Nüfusun, sanayinin ve teknolojinin hızla artmasına bağlı olarak atıksu arıtma tesislerinin sayısı ve arıtım sonucu oluşan arıtma çamuru miktarı da hızla artmaktadır. Arıtma çamurları %95 gibi yüksek oranlarda su içeriğine ve yaklaşık %70-80 gibi oranlarda organik madde içeriğine sahip olup bertarafları hızla küçülen deponi alanı, artan çevre bilinci, çamur bertarafını yöneten daha sıkı çevresel standartlar ve susuzlaştırma zorlukları dahil olmak üzere birçok sebepten dolayı dünya çapında önemli bir sorun haline gelmiştir. Türkiye’de ve Dünya’da enerji ihtiyacının artması ve mevcut kaynakların azlığı sebebiyle enerji üretiminde alternatif arayışlar sürmektedir. Gerek konvansiyonel arıtım metotlarından kaynaklanan endişeler (ağır metallerin toprakta birikimi, koku oluşumu, yeraltına sızma vs.) gerekse yüksek organik madde ve enerji potansiyeli sebebiyle arıtma çamurlarından enerji geri kazanımına ilgi her geçen gün artmaktadır. Ancak çamurun yüksek su içeriği alternatif bir enerji kaynağı olarak kullanılmasının önündeki en büyük engellerden biridir. Süperkritik su gazifikasyonu ıslak biyokütleden enerji eldesinde kullanılabilirliği araştırılan yeni ve gelişmekte olan bir teknoloji olup, arıtma çamurlarının herhangi bir ön işleme gerek duyulmadan değerlendirilmesinde özellikle son yıllarda çok sayıda araştırmaya konu olmuştur. Bu çalışmanın amacı, evsel/kentsel atıksu arıtma tesisi çamurlarının süperkritik su gazifikasyonu (SKSG) prosesi ile arıtılmasının yanısıra gazlaştırılarak H2 ve CH4 içeriği bakımından zengin bir gaz üretilerek enerji elde edilebilirliğinin araştırılmasıdır. Çalışma kapsamında evsel/kentsel atıksu arıtma tesisi çamurlarının SKSG prosesi ile gazlaştırılmasında sıcaklığın, katı madde içeriğinin, katalizörün ve hammadde özelliklerinin (temel bileşenler, protein ve inorganik bileşikler) etkileri pilot ölçekli sürekli akışlı reaktörle gerçekleştirilmiş çalışmalarla belirlenmiştir. Bu bağlamda, bu çalışmanın gerçekleştirilmesi ile ülkemizde ilk defa arıtma çamurunun süperkritik şartlarda gazifikasyonu sürekli akışlı ve pilot ölçekli çalışmalarla araştırılmıştır. Çalışma sonucunda sıcaklık artışı ve katalizör ilavesi ile gazlaştırma veriminin ve gaz ürünün H2 içeriğinin arttığı belirlenmiş, katı madde konsantrasyonunun artması ile katalizör ilave edilmediğinde ise H2 içeriğinin azaldığı gözlenmiştir. 650 ˚C sıcaklık, %2 katı madde konsantrasyonu ve %2 KOH katalizör ilavesinde, H2 miktarı %60’ın üzerinde elde edilmiştir. Bu şartlarda oluşan gazın ısıl değeri 7,5 MJ/kg arıtma çamuru olarak belirlenmiştir. Bu şartlarda %99 üzerinde TOK giderim verimi elde edilmiş ve oluşan sıvı ürünlerde azot hariç tüm parametreler deşarj standartlarını sağladığı belirlenmiştir. Çalışmadan elde edilen veriler ile, süperkritik gazifikasyon prosesinin arıtma çamurundan enerji elde edilmesinde ve bertarafında kullanılabilecek verimli ve alternatif bir yöntem olduğu belirlenmiştir. Ancak, sistem performansının ve ekonomik dezavantajlarının iyileştirilmesi için endüstriyel ölçekli uygulamalardan önce uzun süreli arazi ölçekli çalışmaların yapılması gerekmektedir.