Su ve Çevre Teknolojileri Dergisi 143. Sayı (Haziran 2020)

Su ve Çevre Teknolojileri / Haziran 2020 49 suvecevre.com Yanma, piroliz ve gazlaştırma teknolojileri, enerji yoğun kurutma, pahalı emisyon kontrolü, külün uzaklaştırılması veya yeniden kullanımı ve gaz içeriğindeki kirletici maddelerin azaltılması için ileri arıtım işlemleri gerektirir. Bu dezavantajlar yatırım maliyetlerini arttırmakta ve bu teknolojilerin enerji dönüşüm verimliliğini azaltmaktadır. Bu proseslerde maliyet ve emisyonları azaltırken geri kazanılan enerjiyi en üst düzeye çıkarmak için, işletme koşullarının optimizasyonu ve etkin teknoloji ölçeklendirmesinin birlikte kullanılması konusunda daha fazla araştırma ve geliştirmeye ihtiyaç vardır. MATERYAL GERI KAZANIMI Arıtma çamurunda teknik olarak ve ekonomik olarak geri dönüşüme elverişli olan iki bileşen nütrientler-besi maddeleri (öncelikle azot (N) ve fosfor (P)) ve enerjidir (karbon (C)) (Tyagi, V.K. ve Lo, S.L., 2013). Arıtma çamuru organik madde içerdiğinden, arıtılırken enerji geri kazanılabilir; özellikle N (% 2.4–5.0 KM) ve P (% 0.5-0.7 KM) gibi besi elementleri önemli miktarda bulunur. Çamurdaki azot içeren bileşenlerin miktarı, atıksudaki mevcut bileşenleri ile karşılaştırıldığında oldukça küçük miktarlardadır. Çamurdaki fosforun miktarı ise uygulanan atıksu arıtma prosesinin tipine bağlıdır. Mevcut fosforun hemen hemen tamamını çamur bünyesinde tutmak mümkündür. Atıksu arıtma prosesinde su hattından doğrudan fosfor geri kazanımı da sağlanabilmektedir. Bununla birlikte, P hızla tüketilen fosfor kaynakları nede- niyle en önemli besin maddesi haline gelmiştir. Bu değerli kay- nağı geri kazanmak için geliştirilen yeni teknolojiler (KREPO, Aqua- Reci, Kemicond, BioCon, SEPHOS ve SUSAN gibi) ile arıtma çamuru içeriğindeki fosforun fiziksel-kimyasal ve ısıl işlemlere dayalı teknikler ile çözünür hale getirilmesi ve kristal yapı olarak çökeltilerek nihai geri kazanımı sağlan- maktadır. Fosfor, çamurdan demir fosfat, kalsiyum fosfat, fosforik asit ve struvit (magnezyum amonyum fosfat) olarak geri kazanılabilir. Anaerobik çürütücülerde oluşan üst sıvı yüksek konsantrasyonda fosfor içermektedir. Çürütücüler sonrasında yer alan son yoğunlaştırmada ayrılan akımlar ve çamur susuzlaştırma sırasında oluşan filtratta bulunan çözün- müş haldeki fosforun geri kazanımı mümkündür. Çamur kuru maddesi içinde biriken fosfor ise, biyokütlenin parçalanması ve çözünmesi ve daha sonra amonyak ve fosfatlara dönüş- türülmesi ile potansiyel olarak doğrudan toprak uygulaması için kullanılabilen magnezyum amonyum fosfat (struvit) gibi bitki gübrelerini üretmek için kullanılabilir. Katı madde içindeki fosforun çözünür hale getirilmesi için uygulanan teknikler (ileri oksidasyon, termal hidroliz, mikrodalga, vb.) işlemin maliyetini artıran unsurlardır. Diğer bir fosfor kaynağı ise yanma tesisinde oluşan küllerdir. Yanma küllerinden fosfor enerji eldesi ve biyokütle atıklarından biyoenerji üretimiyle ön plana çıkmaktadır. İşletme sıcaklığı, yanma hızı ve alıkonma süresi, ürün dağılımı ve pirolitik ürünlerin enerji içeriği üze- rinde önemli etkiye sahiptir. Biyo-yağ zenginleştirilebilir ve sıvı yakıt olarak kullanılabilir veya kimyasal üretim için sentez gazı (CO ve H 2 ) üretilebilir. Sıvı (biyo-yağ olarak adlandırılan), yoğuşmayan gaz ürünler ve katı (biochar) kısımlar dahil olmak üzere tüm proses ürünleri, ısı ve elektrik üretimi için potansiyel kaynaklardır. Katı ürün olarak elde edilen biochar, adsorpsiyon ve katalitik uygulamalarda kullanılabilir (Oladejo,J.,vd., 2019). Ancak, kullanım öncesinde enerji içeriği, ağır metaller ve besin içeriği bakımından uygulanabilirliği test edilmelidir. Arıtma çamurlarının pirolizinde, kullanılan reaktör tipi (kesikli, akışkan yataklı, yatay fırın, vb.), işletme koşulları (sıcaklık, alıkonma zamanı, katalist kullanımı, vb.) ve beslenen yakıt (ön çökeltim çamuru, çürük çamur, yaş çamur ve şartlandırıcılar) ve çeşitli inorganik bileşenler ile ağır metallerin varlığı elde edilen nihai ürün kalitesinin ve dağılımını etkileyen unsurlardır. Piroliz işlemi sıfır atık yaklaşımına çok uygun olmakla birlikte, arıtma çamurlarının pirolizinde işletme koşullarının optimizasyonu, sıvı ve gaz fazlardaki ağır metallerin azaltılmasına yönelik araştırmalara ihtiyaç duyulmaktadır. GAZLAŞTIRMA Kısmi oksidasyon ile organik maddelerin termokimyasal dönüşümü olan gazlaştırma işlemi, gaz üretimini (CO, H 2 , CO2 ve hidrokarbonlar) maksimize etmek ve özellikle sentez gazı (CO ve H 2 ) üretimi için 650-1000°C yüksek sıcaklıklarda gerçekleşir. Üretilen gazın enerji içeriği, gazlaştırma ortamı ve sıcaklığa bağlı olarak 4-28 MJ/Nm 3 aralığında değişir. Elde edilen gaz, kombine çevrim türbini kullanılarak ısı ve elektrik üretimi için veya sentez gazının sıvı yakıtlara veya kimyasal- lara dönüştürülmesi işlemleri için doğrudan son kullanımlara yönlendirilebilir. Prosesin çıktıları gaz ve küldür. Elde edilen kül ağır metal içeriği, fiziksel ve kimyasal özelliklerine bağlı olarak ya düzenli depolama alanlarında depolanır veya zirai amaçlı olarak veya yapı malzemesi üretiminde kullanılabilir. Oluşan gazlar temizleme işlemlerinden geçirilerek ısı ve elekt- rik üretiminde veya sıvı yakıt ve kimyasal üretimi için sentez gazı olarak zenginleştirilir (Oladejo,J.,vd., 2019). Gazlaştırma için kullanılan reaktör tipleri, son ürünün kalitesinde önemli bir etkendir, tar ve kirletici konsantrasyonlarını etkilemek- tedir. Proseste sabit yataklı aşağı akımlı, sabit yataklı yukarı akımlı ve akışkan yataklı olmak üzere üç farklı reaktör tipi kullanılmaktadır. Arıtma çamurlarının gazlaştırılmasındaki ana zorluklar, yüksek içerikte inorganik bileşenlerin varlığı, katran minimizasyonu ve çamur içeriğindeki nem, ağır metaller, azot ve kükürt nedeniyle kül ile ilgili sorunlardır.