Dewatering characteristics of different type sludges in Turkey

Abstract

TÜRKİYE’DEKİ DEĞİŞİK TİPTE ÇAMURLARIN SUSUZLAŞMA KARAKTERİSTİKLERİ Arıtma ünitesinde iki faz (katı+sıvı) halinde olan arıtma çamuru belediyeler tarafından toplanır ve depolanır. Çamurun elde edilmesindeki ve de depolanmasındaki zorlukların yanı sıra süzüntü suyu miktarının artması ile depo sahalarında yerleştirilmiş olan çamur büyük sorun teşkil eder.Çöp süzüntü suyunun kirlilik oranı yüksek ve de arıtılması çok zordur. Süzüntü suyu yeraltı suyuna karışarak başka alanlara transfer olur ve birçok alanda su kirliliğine yol açar. Bu bağlamda Türkiye’de standartlar yeniden düzenlenmekte olup, tesisten çıkan çamurun katı yüzdesi yükseltilmektedir. İstenen katı yüzdesini sağlamak için elimizdeki çamurun özelliği, kullanılan kimyasalın özelliği, miktarı ve susuzlaştırma ekipmanı en önemli faktörler olarak ortaya çıkmaktadır. Bu çalışmada Biyolojik Nutriyent Giderimi prensibi ile çalışan Paşaköy Arıtma Tesisinin ve Konvensiyonel Aktif Çamur sistemi ile çalışan Tuzla Arıtma Tesislerinin havalandırma tankının geri devir hatlarından alınan numuneler kullanılmıştır. Ayrıeten üçüncü çamur çeşidi olarak laboratuvar ortamında yetiştirilmiş saf halde bulunan Nitrifier mikroorganizmaları kullanılmıştır. Bu çamurların en önemli farkı çamur yaşları ve mikrobiyolojik çeşitliliktir. Bunun yanısıra proses tipleri ve giriş suyu karakteristikleri de floklaşmayı etkileyen faktörler olarak bilinmektedir. Bu çamurlar bir adet anionik polimer, bir adet yüksek moleküler ağırlıklı kationik polimer ve çok yüksek moleküler ağırlıklı kationik polimer ile farklı dozlarda floklaştırılmış ve susuzlaşma üzerine etkileri gözlenmiştir. Floklaşma özelliği optik bir alet (Modifiye PDA) ile belirlenmiştir. Modifiye PDA aleti floğun büyüklüğünü belirlemez ama floklaşma hakkında fikir verecek olan çok önemli bir katsayıyı Floklaşma indeksi’ni (FI) belirler. Susuzlaşma özellikleri CST, SRF ve çamur katı yüzdesi deneyleri ile belirlenmiştir. Yüksek moleküler ağırlıklı kationik polimer ile koşullandırılan numulerde daha yüksek katı madde oranı ama anionik polimer ile koşullandırma da katı madde oranında azalma meydana gelmiştir. Mikroorganizmaların çamur susuzlaştırmaya etkisini gözlemlemek için FİSH deneyleri yapılmıştır. Amonyak oksitleyen b proteobakterileri dışından a grup, b grup ve g grup bakterilerde Nitrifier çamurunda bol miktarda görülmüştür. Buradan amonyağı oksiteleyen başka organizma yada organizmalarında olduğu anlaşılmaktadır. Tuzla tesisinde yaz aylarında amonyak giderimi görülse de çamurda Amonyak oksitleyen b proteobakterisi ve beklenilen gibi Nitrobakter ve Nitrospira görülmemiştir. Susuzlaşmaya askıda katı madde miktarının etkisinin de gözlenmesi için değişik AKM konsantrasyonlara getirilmiş çamurlarla deney yapılmıştır. Değişik AKM konsantrasyonlarında FI ve SRF değerleri arasında değişken eğilimli bağlantı görülmüştür. Düşük AKM değerlerinde yüksek FI değeri yüksek SRF sağlamış, yüksek AKM konsantrasyonlarında parametreler arasında ters orantı ortaya çıkmıştır. CST deneyinde hiçbir basınç uygulanmayıp, çamurun yerçekiminin etkisiyle suyunu bırakması prensibine dayandığından bazı yayınlar da bu deneyin susuzlaşma için bir fikir veremeyeceğine değinilmiştir. Kullanılan SRF aletinde gerçek filtre bezi ve değişik basınçlar uygulanabildiğinden sonuçlar daha tutarlı çıkmıştır. Ayrıeten SRF deneyi günümüzün susuzlaştırma yöntemlerine ve aletlerine temsili olarak yakındır. Nitrifierların kluster yapıda olduğundan dolayı floklaşmasının zor olduğu, filtrasyon süresinin uzunluğu ve gerekli olan basınçın yüksek olduğu gözlenmiştir. Tuzla Arıtma Tesisinin giriş hattına deniz suyunun sızması dolayısıyla genç çamurun tuz muhtevası yüksektir ve bu durum floklaşmayı sınırlandırır. Yüksek miktardaki b proteobakterisi küçük flok parçaları oluşmasına neden olmuştur. Küçük floklar filtre bezini tıkadığından kek resistansı yüksek çıkmıştır. FISH deneyleri sonucunda yaşlı çamurda filament organizmalarına rastlanmış ve floklaşmanın en iyi bu çamurda gerçekleştiği görülmüştür. Deneylerde kullanılan iki adet kationik polimer ile anionik polimere göre daha iyi susuzlaştırma sonuçları alınmıştır. Kırma ve tekrar flok oluşturma deneyleriyle çamurun su bırakma hızı azalmış olup, kek direnci artmış bu sonuçlara rağmen daha iyi katı madde yüzdesi elde edilmiştir. Çamur numulerinin hepsinde gerçekleştirilen kırılma deneylerinde tamamen geri dönüş gözlenmiştir. Anionik polimer ile floklaştırılan çamurların su bırakması süresi, kek direnci ve katı madde yüzdesi değerlerinde üç çamur içinde bir gelişme gösterememiş hatta çamurun orijinal halinden daha kötü sonuçlar elde edilmiştir.

DEWATERING CHARACTERISTICS OF DIFFERENT TYPE SLUDGES IN TURKEY Sludge, which is a two-phased (solid+liquid) waste of treatment facilities, is collected by Municipalities and landfilled. Besides the difficulties of sludge handling, as the amount of leachate increases, dumped sludges is a major problem for landfill sites. Leachate is a heavily polluted water type and very difficult to be treated. It may leak into the groundwater stream and be transported to other regions thus drastically affect a number of areas oppositely. In this respect, the landfill storage standards in the regulations are slowly restricted more in order to increase the recommended dry solid percentage of sludges. The characteristics of sludge prior to conditioning, the properties and amount of chemical aid and dewatering equipment used are the most important parameters to reach desired dry solid content. In this study, the sludge samples were taken from the recycle line of aeration tanks of Paşaköy WWTP, which is a Biological Nutrient Removal plant (BNR), and Tuzla WWTP, which was operated with Conventional Activated Sludge principle (Carbon removal only). Also a third sludge sample was taken from a laboratory scale reactor containing pure Nitrifier microorganisms. The most important differences between these sludge samples were the sludge age and microorganisms diversity. In addition to these, it is believed that process types and influent characteristics also affect the flocculation properties of these sludge samples. The samples were conditioned with an anionic polyelectrolyte, a high and very high molecular weight cationic polyelectrolyte at different dosages to find the optimum dosage and evaluate the effect of floc breakage on sludge dewatering. Floc formation was detected with an optical instrument (Modified PDA). The Modified PDA Instrument does not give the exact floc size, however it gives very useful information on the state of flocculation via a Flocculation Index (FI). CST and SRF tests and percent dry solids measurements applied to detect dewaterability of sludge. The sludge samples conditioned with very high molecular weight polyelectrolyte had high dry solids content whereas anionic polyelectrolyte gave inefficiently low dry solids content. Fluorescence In-Situ Hybridisation (FISH) experiments were performed to indicate the effect of microorganisms diversity on sludge dewatering. Besides the ammonia oxidizing b proteobacteria, a group, b group and g group bacteria were also identified in Nitrifier Sludge. From this point it was indicated that another type or types of ammonia oxidizing bacteria took place in Nitrifier Sludge. Although ammonia removal was seen in the Tuzla plant during the summer months, ammonia oxidizing b proteobacteria was not observed. As expected, Nitrobacter and Nitrospira were not detected due to the process of plant. Experiments were performed at different suspended solids (SS) concentration to investigate the effect of microorganism density. The relationship between FI and SRF values showed different trend at different SS values. At lower SS concentrations higher FI exhibited higher SRF, on the other hand at higher SS concentrations inverse relation between these parameters was detected. The principle of CST test depends on release of sludge water by gravity where no pressure is applied to the sludge during the experiment. In some publications it was indicated that, the result of CST would not give proper idea for dewatering. The results of SRF experiments were more consistent than those of CST because real filter leaf and variable pressures were used during the experiment. Also, SRF test better represents real life dewatering practices and equipments. The ammonia oxidizing microorganisms had cluster structure, which is why flocculation was not fully achieved; also the required pressure and filtration time for Nitrifier Sludge were higher than other samples. The seawater interference in Tuzla WWTP influent line, increases the salt concentration of young sludge and higher salt concentrations restrict the collision and coalescence of flocs. High amount of b proteobacteria in the sludge cause smaller flocs. Small particles clogged the filter leaf so the SRF values increased. During the FISH experiments filament organisms were observed in the sample with high sludge age and the best flocculation was observed with this sludge. Two different cationic polyelectrolytes were used and gave better dewatering results compared to the anionic polyelectrolyte. For broken and regrown sludge flocs, the water release rate of sludge was reduced due to increased cake resistance although the dry solids percentage was improved. The breakage of flocs was fully reversible for all sludge samples. The water release rate, cake resistance and dry solid content of sludge samples conditioned with anionic polyelectrolyte did not improve and even got worse than those of raw sludge.