Anaerobic digestion of waste activated sludge : influence of co- substrate in the bioleaching of heavy metals - Molaey, Rahim (My University, 2021)
Nüfus artışı ve daha katı mevzuatların gereği olarak kapsamlı atık su arıtma sistemlerine olan ihtiyaç biyolojik atıksu arıtma tesislerinde fazla arıtma çamuru üretilmesine neden olmaktadır. Bu bağlamda, stabil biyolojik arıtma çamurlarının tarım arazilerine uzun süre uygulanması sonucu topraktaki ağır metal miktarının artma olasılığı endişe vericidir. Amacı bu soruna çözüm üretmek olan bu tez çalışmasında, biyolojik ve fiziko-kimyasal arıtma proseslerinin kombinasyonundan oluşan hibrit bir teknoloji geliştirilmiş ve potansiyel toksik ağır metallerin stabil biyolojik arıtma çamurundan uzaklaştırılmasına çalışılmıştır. Bu amaçla, metallerin anaerobik olarak biyo- sızdırılması işlemini test etmek için çamur yaşı 4 gün ve 16 gün olan asidojenik ve metanojenik iki ayrı reaktör işletilmiştir. Asidojenik reaktörlerde, KOİ eş değeri olarak 67,200 mg/ L toplam uçucu yağ asidi (UYA) üretimi sonucunda arıtma çamurunun katı fraksiyonundan %26 Ni giderilmiştir. Kromun çözünmüş organik maddeler ile kompleks oluşturduğu düşünülmekte olup nötr pH’da toplam Cr’un sadece %24’ü sıvı fraksiyona sızmıştır. Çalışmanın son bölümünde, fermente çamura havalandırma (0,875 L/ L-fermente ürün.dk) ile desteklenen ultrases (9kJ/ g katı madde) uygulanmış ve en az %83 Ni, %82 Cu ve %80 Zn biyo-sızma verimi elde edilmiştir. Bu sonuçlar, önerilen hibrit sistemin, CH4 formunda eşzamanlı enerji geri kazanımı ile stabilize biyokatı ürettiğini ortaya koymuştur. Bu sonuçlar, önerilen hibrit sistemin biyolojik atıksu arıtma çamurlarından anaerobik çürütme ile eş zamanlı metan formunda enerji geri kazanımı ve ağır metal miktarı ciddi şekilde azaltılmış stabil çamur üretiminin başarıyla gerçekleştirilebileceğini göstermiştir.

Biological wastewater treatment, generates considerable amounts of sludge as a by-product; that is mainly correlated to the growth of population, and extensive wastewater purification as required by stricter legislations. In this regard, recurring application of stabilized sewage sludge to agricultural lands, is of great concern due to possibility of increasing metal content of soil. To overcome this problem, in the current thesis study, a hybrid technology; combination of biological, and physical-chemical treatment processes, was developed to remove potentially toxic metals from stabilized sewage sludge. In this respect, anaerobic bioleaching process was carried out in anaerobic acidogenic fermenters with sludge retention time (SRT) of 4 days and anaerobic methanogenic reactors with SRT of 16 days. Accumulation of volatile fatty acids (VFAs) up to 67,200 mg VFA-COD eq/ L in acidogenic reactors along with 26% removal of Ni from the solid state of sewage sludge was observed. Presumably due to complexation of Cr with dissolved organic matters (DOM), 24% of the total concentration of Cr was leached into the liquid fraction at neutral pH. In the last part of the study, application of air-assisted ultrasonication technique with specific energy input greater than 9 kJ/ g total solid (TS) through ultrasonication and supplying air with constant flow rate of 0.875 L of air/ (L of digestate·min), resulted in leaching of more than 83% of Ni, 82% of Cu and 80% of Zn. These results revealed that the proposed hybrid system, generates stabilized biosolid with simultaneous energy recovery in the form of CH4.
Keywords: Ağır Metal; Anaerobik Biyo-sızma; Atık Çamuru; Çevre mühendisliği; Digestate; Environmental engineering; Fermente ürün; Nihai Arıtma Anaerobic Bioleaching; Post-treatment; Potentially Toxic Metals; Sewage Sludge; Uçucu Yağ Asidi; Volatile Fatty Acids