Arıtma çamurlarının kurutulması için yoğunlaştırmalı güneş kolektörünün üretilmesi

Abstract

Arıtma çamurları, su ile beraber organik ve inorganik katı maddeleri içeren konsantre atıklardır ve atıksu arıtma tesislerindeki ayırma işlemlerinden kaynaklanmaktadır. Susuzlaştırma işlemlerinden sonra bile çamur içerisinde çok miktarda su bulunur. Konya Atıksu Arıtma Tesisi'nde, santrifüj susuzlaştırma ünitesinden çıkan çamur kekinin su içeriği %78 ile %82 arasında değişmektedir. Çamurdaki bu yüksek su içeriği, nihai bertaraf veya faydalı kullanım alternatiflerinin uygulanmasında aşılması gereken bir sorundur. Yakmak, arazide depolamak veya gübre olarak kullanmak için çamurun katı madde içeriğini arttırmak gerekmektedir. Bu nedenle, kurutma bu faydalı kullanım veya bertaraf seçenekleri için gerekli bir işlemdir. Fosil yakıt ile çalışan termal kurutucular yüksek kurutma oranlarına ulaşabilir, ancak yüksek yatırım ve işletme maliyetleri bir dezavantajdır. Güneş enerjisinden faydalanmak için çamurun zemine ince bir tabaka halinde serildiği sera tipi kurutma tesisleri, nispeten düşük maliyetlidir ancak büyük alanlar gerektirir. Konsantre güneş enerjisi sistemleri bu sorunların üstesinden gelmek için umut vaat etmektedir. Parabolik oluk tipi kolektörler, yüksek sıcaklıklarda akışkanın ısıtılması, buhar gücü ile elektrik üretimi gibi endüstriyel uygulamalar için kullanılmaktadır. Bu çalışmada, yoğunlaşmış güneş enerjisi kullanılarak kurutmayı en az alanda yapabilmek amacıyla; parabolik kolektörün odak noktasında bulunan tüpten doğrudan çamur geçirilen bir düzenek kurulmuştur. Çamur metal boru içerisinde ısıtılırken, nem havalandırma yoluyla uzaklaştırılmıştır. Kurutma deneyleri sonbahar ve yaz aylarında Konya Atıksu Arıtma Tesisi'nde yapılmıştır. Sonbahar mevsiminde, ortalama güneş ışınımının 882 W/m2 ve çamur besleme hızının 33 g/dk olduğu bir günde; katı madde içeriği, %18'den %47'ye yükselmiştir. Radyasyon ve besleme hızının sırası ile 1047 W/m2 ve 28.6 g/dk olduğu başka bir günde, katı madde içeriği %21'den %64'e yükselmiştir. Yaz mevsiminde ortalama güneş radyasyonunun 946 W/m2 olduğu bir günde %20 KM içeren çamur, 5 saat sürede %96 KM içeriğine ulaşmıştır.

Treatment sludge are concentrated wastes including organic and inorganic solid matters with water and resulted from separation process of wastewater treatment plants. Although the sludge is separated from water by dewatering processes, it still contains a large amount of water. The water content of the sludge cake from the centrifugal dewatering unit varies between 82% and 78% in the Konya wastewater treatment plant. This high-water content in the sludge is a problem that needs to be overcome in the implementation of final disposal or reuse alternatives. It is necessary to increase the solid matter content of the sludge in order to burn, landfilling or to use as fertilizer. Therefore, drying is a mandatory process for these reuse or disposal options. Thermal dryers operated by fossil fuel could be achieve high drying rates, but its implementation and operational cost is disadvantage. Greenhouse type indoor or outdoor drying plants, where the sludge is laid on the floor in a thin layer to benefit from solar energy, have relatively low cost but requires large areas. Concentrated solar energy systems are promising alternative to overcome these problems. Parabolic trough types solar collectors where the heat generated at high temperatures is used for industrial application such as production of electricity by steam power. In this study, a mechanism of direct sludge passing through the tube located at the focal point of the parabolic collector was installed to concentrate solar energy on the lower area. The moisture was removed by means of ventilation while the sludge was heated in the metal tube. Drying experiment were carried out at Konya Wastewater Treatment Plant in autumn and summer season. The solid matter content increased from 18% to 47% on a day where the average solar radiation is 882 W/m2 and the sludge flow rate of 33 g/min. On another day when the radiation and the flow rate were 1047 W/m2 and 28.6 g/min, respectively, the solids content increased from 21% to 64%. In summer season, solid mater of raw sludge increased from 20% to 96% in 5 hours when the average solar radiation was 946 W/m2.