Belediye atık çamurunun kurutma özelliklerine ilişkin çalışma
Almak çamurun susuzlaştırılmasıQingpu Bölgesi Belediye Başkanlığı Atıksu Arıtma Bu çalışma, bitkiyi hammadde olarak kullanarak, kurutma öncesi ve sonrası çamurun özelliklerindeki farklılıkları endüstriyel analiz, mikromorfoloji, temel bileşim ve kalori değeri açısından incelemekte ve çamurun kurutulması ve yakılması için temel veriler sunmaktadır.
Çamur, bir yan üründür. atıksu arıtma süreciYüksek su içeriği (genellikle yaklaşık %98), büyük hacmi, bertaraf edilmesinin zorluğu ve karmaşık bileşimi nedeniyle çamur, çok sayıda organik madde, ağır metal, tuz, bozunması zor madde ve patojen mikroorganizma, parazit yumurtası vb. içerir. Atıksu arıtımının derinleşmesiyle birlikte, çamurun makul bir şekilde arıtılması ve bertaraf edilmesi giderek daha önemli hale gelmekte olup, arıtılmamış çamur çevre için büyük bir tehdit oluşturmaktadır.
E20 Araştırma Enstitüsü verilerine göre, atıksu arıtma tesislerinde oluşan çamurun yarısından fazlası arıtılıp düzenli depolama alanlarına atılıyor ve çamurun %18'inden fazlası kayboluyor. Susuzlaştırılmış çamurun %80'inin su içeriğinin %50'sinden fazlası basit depolama yöntemiyle bertaraf ediliyor. Bu bertaraf yöntemi sadece ciddi çevresel ikincil kirliliğe yol açmakla kalmıyor, aynı zamanda geniş bir alanı işgal ediyor ve uzun vadede gömülecek yer kalmıyor. Önerimiz şudur: Çamur Arıtımı "Su On Yılı" ve "13. Beş Yıllık Plan"da yer alan atık su bertarafı gereklilikleri, elverişli politikalar çerçevesinde çamur arıtma ve bertaraf pazarının büyümesini teşvik etmiş ve ilgili arıtma teknolojisi ve ekipmanları da hızla gelişmiştir.
"Atık su arıtma tesislerinde çamur arıtımı ve bertarafı için en uygun teknik kılavuzlar", çamur kurutma ve yakmanın ülkemizin gelecekte savunduğu yön olduğuna inanmaktadır. Yüksek verimlilik ve düşük enerji tüketimiyle çamur kurutma ve yakma işlemini gerçekleştirmek için, çamurun kurutma öncesi ve sonrası özelliklerinin çok yönlü olarak sistematik bir şekilde incelenmesi gerekmektedir.
Bu çalışmada, susuzlaştırılmış çamurun kurutma öncesi ve sonrası özellikleri temel analiz, mikromorfoloji, temel bileşim ve kalori değeri yönlerinden incelenmiş olup, çamurun kurutulması ve yakılması için temel veriler sağlanmıştır.
Deneysel ekipman
belediye çamurun susuzlaştırılması İnce film kurutucu kullanılarak kurutulur ve ince film kurutucunun yapı şeması Şekil'de gösterilmiştir. İnce film kurutma makinesi gövde, rotor ve tahrik cihazından oluşur. Rotor, susuzlaştırılmış çamuru gövde ceketinin iç duvarına ince bir tabaka halinde yayar ve ceket içindeki yüksek sıcaklıktaki buhar veya ısı iletim yağı ile çamuru kurutur.
Çamur kurutma işleminden önce ve sonra yapılan temel analiz ve karşılaştırma
160℃ ve 0,6 MPa'lık aşırı ısıtılmış buhar, yaklaşık %80 nem içeriğine sahip susuzlaştırılmış çamuru %30'un altına düşürmek için ince film kurutucuya verildi. Kurutma öncesi ve sonrası çamurdan birçok kez örnek alındı ve analiz edildi. Sonuçlar, kurutma sonrasında çamurun uçucu madde içeriğinin azaldığını ve kurutma bazının uçucu madde içeriğinin %4,53~%8,66 oranında azaldığını gösterdi. Aynı zamanda, çamurun kül içeriği arttı ve kurutma bazının yüksek kalori değeri 0,335~1,15 MJ/kg azaldı. Bunun temel nedeni, termal kurutma işleminde, çamurdaki uçucu organik bileşiklerin ve bazı ince çamur parçacıklarının, kurutma suyu buharı ile birlikte kurutma kuyruk gazı haline gelmesi ve sonraki kuyruk gazı arıtma bölümüne girmesidir.
Kurutma öncesi ve sonrası çamurun mikroyapısının karşılaştırılması
Aşağıdaki şekil, kurutma öncesi ve sonrası çamurun mikro yapısını göstermektedir. Şekilden de görülebileceği gibi, kurutma öncesi çamur yapısı nispeten gevşektir ve çok sayıda hücre dışı polimer, kolloidin dışında sarılıp toplanarak belirgin bir agregat yapısı oluşturur. Bu şekilde, çamurdaki bağlı su, ara boşluk suyu ve hücre içi su, çamur topaklarının içine sarılır, böylece fiziksel ve kimyasal etkilerle daha fazla susuzlaştırılması zorlaşır. Kurutma sonrası çamurla karşılaştırıldığında, kurutma öncesi çamur daha yüksek gözenekliliğe, daha büyük özgül yüzey alanına, güçlü sıkıştırılabilirliğe sahiptir ve çamur topakları daha düşük mekanik kuvvet uygulanarak veya ısı verilerek parçalanabilir. Çamurdaki suyun buharlaşmasıyla, çamur topak yapısı kademeli olarak çöker ve sağdaki şekilde görüldüğü gibi sıkı bir yüzey yapısına ve kademeli olarak küçülen boşluklara sahip bir agregat yapısı oluşturur. Bununla birlikte, çamur boşluk oranının azalmasıyla su buharlaşma verimliliği de azalacaktır.
Kurutma öncesi ve sonrası çamurun bileşim karşılaştırması
Şekil, çamur kurutma işleminden önce ve sonra yapılan kızılötesi spektral tarama analizinin sonuçlarını göstermektedir. Kurutulmuş çamur grubunun temsili fonksiyonel grupları esas olarak serbest H2O, -OH, -CH2, -CH3, aromatik halka, C=C, CO, halojenli hidrokarbon vb.'dir. Bu, çamurdaki organik madde içeriğinin yüksek olduğunu ve organik madde türlerinin protein, lipit, nişasta ve selüloz olabileceğini göstermektedir. Çalışmalar, çamur organik maddesinin protein içeriğinin %60'ın üzerinde, lipit içeriğinin yaklaşık %20, nişasta ve selüloz içeriğinin ise yaklaşık %15 olduğunu göstermiştir; bu organik maddelerin ayrışması NH3, H2S ve VOC'ler ile diğer koku gazlarını üretecektir.
EPS, protein, polisakkarit ve az miktarda lipit, nükleik asit ve humustan oluşan yüksek polimerli bir maddedir. EPS'ye özgü bileşiklerin tespiti, çamurda büyük miktarda EPS bulunduğunu gösterir. Çamurun önemli bir organik bileşeni olarak EPS içeriği, çamurun karakteristik fonksiyonel gruplarının kızılötesi soğurma yoğunluğunu belirler. Kurutma öncesi ve sonrası çamurun kızılötesi spektrumları karşılaştırıldığında ve analiz sürecinde çamurdaki safsızlıkların ince girişimleri dışlandığında, kurutma öncesi çamurun kızılötesi soğurma yoğunluğunun kurutma sonrası çamurunkinden önemli ölçüde daha yüksek olduğu görülmektedir. Kurutma öncesi çamurla karşılaştırıldığında, kurutma sonrası çamurun spektrumlarında 1654 ve 1543 cm-1 (C=C), 2924 cm-1 (CH) ve 1076 cm-1 (CO)'daki omuz piklerinin daha küçük olduğu görülmüştür; bu da çamur kurutma işlemi sırasında protein benzeri maddelerin ayrışmasını göstermektedir. Bu durum, çamur kurutulduktan sonra organik madde içeriğinde ve uçucu madde içeriğinde meydana gelen azalmayı da açıklamaktadır.
Kurutma öncesi ve sonrası çamurun nem içeriği, organik madde ve kalori değerinin karşılaştırılması
Çamurdaki organik madde, çamurun kalori değerinin ana kaynağıdır; ayrıca çamurun nem içeriği de kalori değeri üzerinde büyük etkiye sahiptir. Çamurun yüksek nem içeriği, düşük kalori değerine yol açar ve bu da çamurun yakılmasını kaçınılmaz olarak etkiler. Dahası, çamur kurutma işlemindeki sistem enerji tüketiminin büyük kısmı çamurdaki suyun buharlaştırılmasına harcanır.
Kurutma işleminden sonra çamurun organik madde içeriği hafifçe azalmış ve kuru bazın yüksek kalori değeri de buna bağlı olarak hafifçe düşmüştür. Çamur nem içeriği ile kalori değeri arasındaki ilişki ve çamur organik madde içeriği ile kalori değeri arasındaki ilişki sırasıyla incelenmiş, değişkenler arasındaki korelasyon katsayısı doğrusal regresyon yöntemiyle elde edilmiş ve korelasyon analizi yapılmıştır.
Kuru çamurun nem içeriği ile düşük kalori değeri arasında negatif bir korelasyon vardır ve nem içeriği arttıkça düşük kalori değeri azalır. Bununla birlikte, kuru çamur nem içeriği ile düşük kalori değeri arasındaki korelasyon katsayısı 0,882'dir ve %95 güven aralığında F testinin P değeri 0,061'dir. F testinin P değeri 0,05'ten büyük olduğundan, kuru çamurun nem içeriği ile düşük kalori değeri arasında anlamlı bir doğrusal korelasyon bulunmamaktadır.
Ham çamurun organik madde içeriği ile kuru bazda yüksek kalori değeri arasındaki korelasyon katsayısı 0,997, F testinin P değeri ise %95 güven seviyesinde 0,0033 olarak bulunmuştur. F testinin P değeri 0,05'ten küçük olduğundan, ham çamurun organik madde içeriği ile kuru bazda yüksek kalori değeri arasında anlamlı bir korelasyon vardır.
Kuru çamurun organik madde içeriği, kuru bazın yüksek kalori değeri ile pozitif korelasyon göstermiş ve kuru bazın yüksek kalori değeri, organik madde içeriğinin artmasıyla birlikte artmıştır. Dahası, kuru çamurun organik madde içeriği ile kuru substratın yüksek kalori değeri arasındaki korelasyon katsayısı 0,973 ve %95 güven seviyesinde F testinin P değeri 0,014 olmuştur. F testinin p değeri 0,05'ten küçük olduğundan, kuru çamurun organik madde içeriği ile kuru bazın yüksek kalori değeri arasında anlamlı bir korelasyon olduğu görülmektedir.
Yukarıdaki analizden, çamurun kalori değerinin nem içeriği ve organik madde içeriğiyle yakından ilişkili olduğu ve çamurun organik madde içeriği ile kuru bazda çamurun kalori değeri arasında önemli bir pozitif korelasyon olduğu görülmektedir. Bu aynı zamanda, atıksu arıtma tesisinden çıkan çamurun şartlandırılması ve susuzlaştırılması için çok sayıda inorganik katkı maddesi kullanılması durumunda, önemli bir susuzlaştırma etkisi gösterebilse de, çok sayıda inorganik maddenin eklenmesinin sadece çamur kurutma işleminin sistem yükünü artırmakla kalmayıp, aynı zamanda çamurun organik madde içeriğini de önemli ölçüde azaltacağını ve bunun da sonraki çamur kurutma ve yakma işlemlerini olumsuz etkileyeceğini göstermektedir.
Çözüm
Bu çalışmada, Şanghay'ın Qingpu Bölgesi'nden elde edilen susuzlaştırılmış çamur hammadde olarak kullanılarak, kurutma öncesi ve sonrası susuzlaştırılmış çamurun özellikleri analiz edilmiştir.
(1) Kurutma işlemi ilerledikçe çamurun yüzey yapısı giderek kapanır, boşluk giderek azalır ve kurutma verimliliği giderek azalır.
(2) Çamurun kurutma işlemi sırasında az miktarda organik madde ayrışması meydana gelir, bu nedenle kurutmadan sonra çamurun organik madde ve uçucu madde içeriği biraz azalır.
(3) Çamurun düşük kalori değeri, nem içeriğiyle negatif korelasyona sahiptir, ancak belirgin bir doğrusal ilişki yoktur; çamurun yüksek kalori değeri ile organik madde içeriği arasında pozitif bir doğrusal korelasyon vardır. Bu nedenle, çamurun kalori değerini sağlamak için çamurun nem içeriğini azaltmak ve çamurdaki organik madde içeriğinin kaybını azaltmak gereklidir.