anaerob k aritim yrd do dr erkan ah nkaya harran nv m h fak evre m h b l n.
Download
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
ANAEROB?K ARITIM Yrd. Doç. Dr. Erkan ?AH?NKAYA Harran Ünv. Müh. Fak. Çevre Müh. Böl. PowerPoint Presentation
Download Presentation
ANAEROB?K ARITIM Yrd. Doç. Dr. Erkan ?AH?NKAYA Harran Ünv. Müh. Fak. Çevre Müh. Böl.

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 52

ANAEROB?K ARITIM Yrd. Doç. Dr. Erkan ?AH?NKAYA Harran Ünv. Müh. Fak. Çevre Müh. Böl. - PowerPoint PPT Presentation


  • 751 Views
  • Uploaded on

ANAEROBİK ARITIM Yrd. Doç. Dr. Erkan ŞAHİNKAYA Harran Ünv. Müh. Fak. Çevre Müh. Böl. İÇERİK ;. 1. Anaerobik Arıtımın tanıtımı. 2. Avantaj ve dezavantajları. 3 . Proses mikrobiyolojisi. 4 . Kullanılan reaktör tipleri. 5 . Uygulama örnekleri. Endüstriyel atıksu arıtımı amacıyla kurulan

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about 'ANAEROB?K ARITIM Yrd. Doç. Dr. Erkan ?AH?NKAYA Harran Ünv. Müh. Fak. Çevre Müh. Böl.' - fiorello


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
slide2

İÇERİK;

1.Anaerobik Arıtımın tanıtımı

2. Avantaj ve dezavantajları

3.Proses mikrobiyolojisi

4.Kullanılan reaktör tipleri

5.Uygulama örnekleri

slide4

Anaerobik Arıtım

  • En basit haliyle, organik maddelerin oksijensiz ortamda arıtımı şeklinde tanımlanabilir.
  • Anaerobik ortamda karbon, en düşük oksidasyon seviyesi (-4) olan CH4’a dönüştürülür.
  • Metan çok düşük çözünürlüğe sahip olup sudan kolayca ayrılır.
slide5

Metan üretimi

Metanın KOİ eşdeğeri

CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O

(O2 = 32 g/mole)

1 mol metan = 2 * 32 g O2/mol CH4 = 64 g KOİ/mol CH4

Standart şartlarda (0 oC ve atm), 1 mol metan = 22.414 L

Anaerobik şartlarda, metan üretim miktarı

= 22.414 L metan/ 64 g KOİ

= 0.35 L Metan/ g KOİ

(0 0C ve 1 atm)

5

slide6

Mesofilik Şartlarda Metan Üretimi

35 oC de Metan Üretimi

V =Gaz hacmi, L

n = Gazın mol değeri, mol

P = Basınç, atm

T = Sıcaklık, K (273.15 + oC)

R = Universalgaz sabiti, 0.082057 atm.L /mole.K

PV = nRT

V = (1 mole) (0.082057 atm.L/mol.K) {(273.15+35)K} / (1 atm)

V = 25.29 L/1mol gaz (35oC)

Anaerobik şartlarda, metan üretim miktarı

= 25.29 L of CH4 / 64 g KOİ

= 0.395 L CH4 / g KOİ

(35 oC ,1 atm)

6

slide7

Buswell ve Boruff Denklemi

Anaerobik Koşullarda;

7

slide8

ANAEROBIK ARITIMIN AVANTAJ VE DEZAVANTAJLARI

AVANTAJLAR

  • Düşük çamur üretimi
  • Düşük nütrient ihtiyacı
  • Düşük enerji gereksinimi
  • Enerji kaynağı olan metanın üretimi
  • Uçucu toksik organiklerin havaya karışmaması
  • Yüksek organik yüklemelere izin vermesi

(anaerobik: 3.2-32 kg KOİ/m3.gün,aerobik: 0.5-3.2 kg KOİ/m3.gün )

  • DEZAVANTAJLAR
  • Bakterin düşük büyüme hızı
  • Koku oluşabilmesi
  • pH kontrolü için kimyasal gerekebilir
  • Seyreltik sularda düşük verim
slide9

CO2 + H2O

0.5kg

Aerobik proses

Çözünmüş BOİ

1 kg

Biyokütle

0.5kg

CH4 gaz

> 0.9 kg

Çözünmüş BOİ

1 kg

biyokütle

< 0.1 kg

Düşük miktarda çamur üretimi

Anaeobik koşullarda daha az enerji üretilecek olup, oluşacak çamur miktarı aerobik koşullara göre 6-8 kat daha azdır.

Anaerobik proses

9

slide10

Düşük nütrient ihtiyacı

  • Daha az çamur üretimi daha az nütriente ihtiyacı.
  • Bazı endüstriyel atıksuların arıtımı için avantajlıdır.
  • Düşük enerji gereksinimi
  • Oksijen gerekmez.
  • Metan yanıcı bir gaz olup, anaerobik arıtımda oluşan gazda %60-70 metan, %30-40 CO2 bulunur. Ayrıca, %2-5 H2S bulunabilir.
  • Metanın enerji değeri: 35,8 kJ/L

10

slide11

Anaerobik ve aerobik artımın kıyaslanması

Q= 100 m3/gün, KOİ= 10 kg/m3, sıcaklık = 20 0C

  • Atıksuda KOİ konsantrasyonu yaklaşık 1300 mg/L olması durumunda aerobik ve anaerobik arıtım için eşit miktarda enerji gerekir.
  • Anaerobik artım için KOİ>1500 mg/L olmalı.
slide12

Bakterin düşük büyüme hızı

  • Metanojenler, aerobik bakterilere göre 15-20 kat daha yavaştır.
  • Tesisin işletmeye alınmasında ciddi problem.
slide13

ANAEROBİK

  • ARITIM MİKROBİYOLOJİSİ
slide14

Kompleks organik bileşikler; Karbonhidratlar, proteinler, yağlar

  • Çözünmüş daha basit bileşikler (amino asitler, şekerler, yağ asitleri)
  • Uzun zincirli yağ asitleri (Valerik, bütrik, propiyonik asit vb.)
  • H2, CO2Asetat
  • CH4, CO2

1. Hidroliz

2. Fermentasyon (Acidogenesis)

3. Acetogenesis

3. Acetogenesis

4. Methanogenesis

4. Methanogenesis

1 g giderilen KOİ = 0.395 L CH4 (35 oC, 1 atm)

Anaerobik arıtım Basamakları

(Bakteriler arasındaki ilişkiler)

14

slide15

Organiklerin anaerobik arıtımı basit olarak;

Kompleks Organikler

Organik asitler + H2

CH4 + CO2

  • Birinci basamakta görev alan bakteriler metan bakterilerinden daha hızlı büyür. Çünkü daha fazla enerji üretilir.
  • Metan üretim basamağı çoğu zaman hız sınırlayıcıdır.
  • Bazı durumlarda hidroliz (selüloz içeren atıklarda) hız sınırlayıcı basamak olabilir.
slide16

1. Hidroliz bakterileri

  • Kompleks organik moleküllerin (protein, selüloz, lignin, yağ) amino asit, glikoz, yağ asidi ve gliserol gibi monomer moleküllere dönüştürülmesinde görev alırlar.
  • Kompleks moleküllerin hidrolizinde hücre dışı enzimler görev alırlar. En önemlileri; selülaz (cellulases), proteaz (proteases) ve lipaz (lipases).
  • Hidroliz basamağı oldukça yavaş olup, kompleks atıkların (özellikle selüloz ve lignin içeren atıkların) anaerobik çürütülmesinde hidroliz basamağı hız sınırlayan basamaktır.
slide17

2. Fermentatifasidojenik bakteriler

  • Asidojenik (asit üreten) bakteriler (Clostridium gibi) şeker, amino asit ve yağ asitlerini organik asitlere (asetik, formik, laktik, bütrik yada succinic asit), alkollere ve ketonlara (etanol, metanol, gliserol, aseton), asetat, CO2 ve H2’ye dönüştürür.
  • Oluşan ürün bakteri çeşidine ve işletme koşullarına bağlı olarak değişir.
slide18

3. Asetojenik bakteriler

  • Syntrobacterwolinii ve Syntrophomonaswolfeigibi asetojenik bakteriler, yağ asitlerini (propiyonik asit ve butrik asit gibi) ve alkolleri asetat, hidrojen ve CO2’e dönüştürür. Bu ürünler metanojenikarkeler tarafından kullanılır.
  • Yağ asitlerinin dönüşümü için düşük H2 konsantrasyonları gereklidir. Yüksek H2 basınçlarında, asetat üretimi azalarak substrat propiyonik asit, butrik asit ve etanole dönüşerek metan üretimi düşebilir.
  • Asetojenik bakteriler ile metanojenikarkeler arasında simbiyotik bir ilişki vardır. Metan üreten bakteriler, H2’ni kullanarak H2 basıncını azaltır. Böylece, asetat üretimini arttırır.
  • Online olarak, uçucu yağ asitleri ve H2 ölçülerek, anaerobik reaktörün performansı izlenebilir.
slide19

Aşağıdaki reaksiyonlarla; etanol, propiyonik asit ve butrik asit, asetojenik bakteriler tarafından asetata dönüştürülür.

  • Asetojenik bakteriler, metanojenik bakterilerden çok daha hızlı çalışır. Asetojenik bakterilerin µmax değeri 1 saat–1 iken, metanojenik bakterilerin µmax değeri 0,04 saat–1 dir.
slide20

Metanojenler

  • Organik asitleri kullanarak metan gazı üretir.
  • Yavaş büyüyen arkelerdir. Generation zamanı (ikilenme zamanı) 35oC’de 3 gün, 10oC’de ise 50 gündür.
  • Sadece bazı substratları kullanabilirler: asetat, H2,CO2, format, metanol ve metilamin.
  • Bütün bu substratlar mthylCoM (CH3-S-CoM)’e indirgenir ve bu madde MthylCoM redüktaz enzimi ile metan (CH4) gazına dönüştürülür.
  • Metanojenler iki alt gruba ayrılırlar.
    • Hidrojen kullanan kemolitotrofik metanojenler:
    • Asetat kullanan metanojenik bakteriler
slide21

1. Hidrojen kullanan kemolitotrofikmetanojenler

  • Bu grup bakteriler hidrojen ve karbondioksit kullanarak metan üretirler.
  • Bunlar ototrofik olup, karbon kaynağı olarak CO2’i, enerji kaynağı olarak da hidrojeni (H2) kullanırlar.
slide22

H2 kısmi basıncının serbest enerji değişimine etkisi

  • Asetojenik bakterilerin asetat üretebilmesi için H2<10-4atm olmalı.
  • H2 kullanan metanojenler için ise H2>10-6 atm olmalı.
  • Anaerobik arıtımda 10-6 atm<H2<10-4atm.
  • Dolayısıyla metanojenler potansiyellerinin çok altında çalışmaktadır.
slide23

Asetojenik bakteriler ile metanojenik bakteriler arasındaki ilişki syntrophy (beraber yaşama) olarak bilinir.

  • H2 üreten asetojenlerin fonksiyonu için H2 kullanan metanojenler gereklidir.
slide24

2. Asetotrofikmetanojenler

  • Methanosarcina ve Methanosaeta bu gruba giren önemli metanojenlerdir.
  • Methanosarcina (µmax = 0.3 gün-1; Ks=200 mg/L) ve Methanosaeta (µmax = 0.1 gün-1; Ks=30 mg/L) arasında aynı substrat için rekabet olup; Ks değeri düşük olan Methanosaeta düşük substrat konsantrasyonlarında, µmax değeri büyük olan Methanosarcina ise yüksek µmax değerine sahip olup yüksek substrat konsantrasyonlarında ortamda dominant olur.
  • Genellikle üretilen metanın 2/3’ü asetatın substrat olarak kullanılması sonucu üretilir. Kalan 1/3’ü ise CO2 ve hidrojenin kullanılması sonucu üretilir.
slide25

Methanosaeta

Methanosarcina

slide26

Metanojenler, arke adı verilen ayrı bir alem içersinde sınıflandırılmakta olup; arkeler bakterilerden aşağıdaki özellikleriyle ayrılır;

  • Arkelerin hücre duvar yapısı bakterilerden farklıdır. Örneğin, metanojenlerin hücre duvarında peptoglikan tabakası bulunmaz.
  • Metanojenler özel bir ko-enzim olan F420’ye sahip olup metabolizimde bu ko-enzim elektron taşıyıcı olarak davranır. Metanojenler ayrıca, nikel içeren özel bir koenzim olan F430’a da sahiptir.
  • Metan üretiminde anahtar bir rolü olan metil ko-enzim M (methyl coenzyme M) görev alır.
  • Metanojenlerinribozama ait RNA baz dizisi bakteri ve ökaryotlardan farklıdır.
slide27

Anaerobik Tesislerin işletilmesi ve işletmeye alınması

  • İyi bir anaerobik arıtım için hidroliz ve fermentasyon basamağı ile metan üretim basamağı dengede olmalıdır. Aksi halde uçucu yağ asitleri birikerek pH düşebilir.
  • Dolayısıyla bir reaktörün işletmeye alınmasında aşı çamuru yeterli miktarda metanojen bulundurmalıdır. Aksi halde işletmeye alma süresi uzar.
  • Sistemde günlük VFA ve pH ölçümü önemlidir.
  • Aşırı yüklemede VFA artar bu durum pH nın düşebileceğini gösterir.
  • Dolayısıyla dışarıdan bikarbonat (tampon) ilavesi gerekebilir.
slide28

Anaerobik Arıtım İçin Gerekli Koşullar

  • Hava ve oksijen olmamalı
  • Atıksuda toksik/inhibisyon yapan bileşikler olmamalı
  • pH: 6.8 –7.2
  • Gaz fazdaki yüksek CO2 (%30-50), nedeniyle alkalinite 2000-5000 mg/L CaCO3alkalinite gereklidir.
  • Mesofilik koşullarda sıcaklık: 30-38 oC
  • Yeterli nütrient(N & P) ve iz elementler, özellikle, Fe, Co, Ni, olmalı.
  • KOİ:N:P = 350:7:1 (Yüksek yüklemeli sistemlerde) 1000:7:1 (Düşük yüklemeli sistemlerde)
  • SRT/HRT >>1 (Yüksek hızlı anaerobik biyofilm reaktörler kullanılmalı)
slide32

Anaerobik Arıtım Dizaynında Önemli Faktörler

  • Atıksu Karakteristiği (KOİ> 1500 mg/L ve toksik madde bulundurmamalı)
  • Beklenen gaz üretim miktarı
  • SRT
  • Sülfür üretimi
  • Amonyak toksisitesi
  • Sıvı-katı ayırımı

32

slide34

Amonyak toksisitesi

Sülfür toksisitesi

  • Protein içeren atıksular.
  • NH3-N>100 mg/L toksik etki yapar
  • Aklimasyon ile bu sınırın üstüne çıkılabilir.
  • SO42- H2S (veya HS-)
  • (sülfat indirgeyen bakteriler)
  • H2S korozif ve kötü kokuludur.
  • 50 -250 mg/L H2S metanojenik aktiviteyi %50 azaltır.
  • H2S, HS-den daha toksiktir.

SRT

  • Bütün anaerobik proseslerde SRT önemli bir dizayn faktörüdür.
    • Sıcaklık > 30 oC, SRT 20 gün yeterli
    • Daha düşük sıcaklıklar için, daha yüksek SRT ler gerekir.
slide35

ANAEROBİK BİYOTEKNOLOJİNİN UYGULAMA ALANLARI

  • Evsel ve endütriyel tesislerde oluşan arıtma çamurlarının arıtımı
  • Katı atıkların arıtımı ve biyogaz elde edilmesi
  • Organik atıkların stabilizasyonu
  • Endüstriyel atıksuların arıtımı
slide36

Evsel Atıksu

(100)

Anaerobik Çürütücü

(60)

Ön Arıtım

(100)

Ön Çökeltme

Çamuru

(35)

Ön Çöktürme

(65)

Aerobik Arıtım

%30 CO2’e oksidasyon

C%35 Çamur üretimi

İkincil Çamur

(25)

Son Çöktürme

Çıkış (10)

ARITMA ÇAMURLARININ ANAEROBİK ÇÜRÜTÜLMESİ

slide37

Tek aşamalı (single-stage) Çürütme

  • Karıştırılmaz.
  • Çamur arıtımı ve çökelmesi aynı tankta gerçekleşir.
  • Çeşitli fazlar oluşur; çürümüş çamur, aktif olarak çürümekte olan çamur, üs duru faz, köpük tabakası ve gaz.
  • Çamurun sürekli olarak karıştırıldığı ve ısıtıldığı iki aşamalı sistemlerin verimi daha yüksektir.
slide38

İki Aşamalı (Kademeli) Çürütücü

  • iki tank arka arkaya kullanılır. İlk çürütücü, sürekli olarak karıştırılır ve ısıtılır. İkinci tankta ise, çamurun çökmesi ve çekilerek sistemden uzaklaştırılmadan önce depolanması amaçlanır.
  • İki kademeli sistemler, daha etkili olup, daha yüksek çamur yüklemeleri ve düşük hidrolik bekletme zamanlarında sistemin çalıştırılması mümkündür.
slide39

Anaerobik Reaktör Çeşitleri

Yüksek Hızlı Sistemler

Düşük hızlı sistemler

Anaerobikkontak proses

Anaerobik pond

Anaerobik filtre (AF)

Septik tank

Yukarı akışlı çamur yataklı

anaerobik reaktör (UASB)

Imhoff tank

Akışkan Yataklı Reaktör

Hybrid reaktör: UASB/AF

Standard hızlı

anaerobikçürütücü

Anaerobik ardışık kesikli reaktör

(ASBR)

ENDÜSTRİYEL ATIKSULARIN ANAEROBİK ARITIMI

Sıcaklık, pH, karıştırma, SRT ve diğer çevresel koşullar kontrol edilmez. Yükleme hızı:

1-2 kg COD/m3-day.

Yüksek konsantrasyonda bakteri mevcuttur. Yüksek SRT lerde çalışır. Çevresel koşullar kontrol edilir. Yükleme hızı: 5-20 kg KOİ/m3-gün

KOİ giderim verimi: 80-90%

slide40

Mikroorganizmaların süspanse halde ve biyofilm halde bulundukları anaerobik reaktörler

  • Bakterilerin süspanse halde bulundukları anaerobik reaktörler
    • Tam karışımlı proses
    • Anaerobikkontak proses
    • Anaerobik ardışık kesikli reaktör
  • Yukarı akışlı çamur yataklı anaerobik reaktör (UASB)
  • Mikroorganizmaların biyofilm halde bulundukları reaktörler
    • Yukarı ve aşağı akışlı anaerobik biyofilm reaktörler
    • Akışkan yataklı reaktörler
  • Anaerobik lagünler

40

slide41

Tam karışımlı anaerobik reaktörler

  • Geri devir yok, HRT=SRT = 15-30 gün
  • Hacimsel organik yükleme: 1 – 5 kg COD/m3.gün
  • Özellikle yüksek AKM içeren atıksular için uygundur.

41

slide42

Biyogaz

Biyogaz

Çöktürme

Giriş

Çıkış

Degassifier

Tam karışımlı

reaktör

Geri Devir

atık Çamur

Anaerobikkontak proses

  • Geri-devirli sistem
  • HRT = 0.5 – 5 gün,
  • MLVSS = 4000-8000 mg/L
  • Hacimsel organik yükleme: 1 – 8 kg COD/m3.d
  • Gaz oluşumu nedeniyle kötü çökelme problem olabilir.

42

slide43

AnaerobikArdışık kesikli reaktörler (ASBR)

  • Reaksiyon ve katı-sıvı ayrımı aynı tankta gerçekleşir
  • HRT = 0.25 – 0.5 gün,
  • Hacimsel organik yükleme: 1.2 – 2.4 kg COD/m3.gün
  • UASB ye benzer olarak iyi çökebilen çamur üretilir.

43

slide44

Yukarı akışlı Çamur Yataklı anaerobik Reaktör

  • Endüstriyel atıksu arıtımında en çok kullanılan sistemdir.
  • Bakteriler granül oluşturur, iyi çöker, çıkış suyunda AKM düşük dür.
  • Bir çok modifikasyonu mevcuttur.

44

slide45

Yukarı akışlı Çamur Yataklı anaerobik Reaktör

  • Avantajları:
  • Yüksek yükleme
  • Düşük bekleme zamanlarında kullanılabilir.
  • Pahalı olan taşıyıcı malzeme gerektirmez
  • Dezavantajları:
  • Yüksek AKM içeren atıksular için uygun değildir.
  • Atıksudaki yüksek AKM granül gelişimini engelleyebilir.

45

slide46

UASB

  • Çap= 1-3 mm
  • İyi çökelme
  • SVI < 20 mL/g
  • Reaktör dibinde UAKM konsatrasyonu 50-100 g/L
  • İşletmeye alma süreci uzun (6 ay civarı)

Kağıt endistrisi atıksularının artımında kullanılan UASB den granüller (Roermond, The Netherlands). Kırmızı oklar biyogazın çıktığı kısımları göstermektedir.

46

slide47

Anaerobik Biyofilm Reaktörler

Akışkan yataklı reaktör

Yüksek yukarı akış hızı, yüksek geri devir, %100 yatak genişlemesi, ince ve hafif malzme

Genişletilmiş yataklı reaktör

Su geri devri ile 20% Yatak genişlemesi sağlanır. Yüksek yüzey alanlı, hafif ve ince malzeme kullanılır.

Yukarı Akışlı paket yataklı reaktör

47

slide48

Anaerobik Perdeli Reaktörler

  • Ardarda dizilmiş UASB reaktörler şeklinde davranır.
  • Granül oluşur.
  • Seri bağlı reaktörlerden olup, yüksek performans sergiler.
  • Yüksek organik yüklemeler mümkündür.