Atıksu arıtma tesislerinin sera gazı emisyonlarının minimizasyonu / Greenhouse gases emissions minimization of wastewater treatment plants

Abstract

Atıksu arıtma tesislerinde, karbon dioksit (CO2) ve metan (CH4) emisyonları başlıca sera gazı emisyonlarıdır. Bu çalışmada; öncelikle, biri evsel diğeri endüstriyel olmak üzere iki farklı atıksu arıtma tesisindeki sera gazı emisyon kaynakları belirlenmiş ve tesislere ait CO2 ve CH4 gazlarının miktarları ölçülmüştür. Evsel atıksu arıtma tesisi olarak Siverek Atıksu Arıtma Tesisi (SAAT), endüstriyel atıksu arıtma tesisi olarak Şanlıurfa Organize Sanayi Bölgesi Merkezi Atıksu Arıtma Tesisi (ŞOSB MAAT) pilot tesis olarak seçilmiştir. Direkt emisyonları oluşturan prosesten kaynaklanan sera gazı miktarları, Dräger X–Am 5000 Model portatif gaz analizörü ile belirlenmiştir. Kapalı çember metodu uygulayarak emisyon izolasyon akı başlığı içerisinde CO2 ve CH4 gazları 30 dakika süreyle hapsedilmiştir. Ölçümler Ağustos-Mayıs ayları arasında her iki tesis için toplamda 10 kez gerçekleştirilmiştir. Dolaylı emisyonlar olarak SAAT için, anaerobik çamur çürütmeden kaynaklı oluşan sera gazı emisyonu ve elektrik tüketiminden kaynaklanan emisyonlar, ŞOSB MAAT için ise elektrik tüketiminden dolayı oluşan emisyonlar dikkate alınmıştır. Çalışmanın ikinci aşamasında, sera gazı emisyon miktarlarının azaltılması amaçlanmıştır. Bu bağlamda, Monte Carlo Simülasyonu'nu uygulayarak, sera gazı emisyonlarını minimize edecek ŞOSB MAAT için optimum atıksu giriş değerleri, SAAT içinse optimum işletme koşulları tanımlanmıştır. Yapılan çalışmanın sonuçlarına göre; SAAT'de en yüksek direkt sera gazı emisyonu Ağustos ayında oluşmuş, değeri 23.328 kg CO2-eşd/gün'dür ve en düşük emisyon ise 7.56 kg CO2-eşd/gün olup Ocak ayında ölçülmüştür. SAAT'de CH4 emisyonu hiç ölçülmemiştir. Tesiste havalandırma havuzu, sera gazı emisyonu yayan başlıca ünitedir. ŞOSB MAAT'de ise hem CO2 hem de CH4 emisyonu gözlenmiştir. En yüksek toplam direkt sera gazı emisyonu 977.76 kg CO2-eşd/gün değeriyle Ağustos ayında oluşmuştur. En düşük direkt sera gazı emisyonu Ocak ayında oluşmuş ve değeri 12.456 kg CO2-eşd/gün' dür. CH4 emisyonu kaynakları; havalandırmalı kum tutucu ve koagülasyon-flokülasyon havuzudur. CO2 emisyonu ise havalandırmalı kum tutucu ve havalandırma havuzlarında gözlemlenmiştir. SAAT için anaerobik çamur çürütme prosesinde oluşan biyogazdan ötürü dolaylı sera gazı emisyonu oluşmaktadır fakat tesis içinde kojenere edildiği için yayılan sera gazı emisyonu hesaplanırken ihmal edilmiştir. Carbon dioxide (CO2) and methane (CH4) emissions are the main greenhouse gas emissions in the wastewater treatment plants. Firstly, the greenhouse gas emission resources in two different wastewater treatment plants, one of which is municipal and the other is industrial, were determined and the amounts of CO2 and CH4 gases of the plants were measured in this study. Siverek Municipal Wastewater Treatment Plant (SMWWTP) was elected as the municipal wastewater treatment plant and Sanliurfa Organized Industrial Zone Central Wastewater Treatment Plant (SOIWWTP) was elected as the industrial wastewater treatment plant. Greenhouse gas amounts originated from processes that form the direct emissions were determined with the Dräger X-Am 5000 Model portable gas analyzer. Greenhouse gas emissions due to the electricity consumption and originating emissions from anaerobic sludge digestion are regarded as the indirect emissions in SWWTP, the emissions due to the only electricity consumption are considered as the indirect emission in SOIWWTP. By implementing closed chamber method, CO2 and CH4 gases were retained in the emission insulation flux header for 30 minutes. Measurements for both two plants, have been realized between August and May with ten times totally. In the second phase of the study, it is aimed to reduce greenhouse gas emissions and the optimum influent wastewater characteristics to minimize the emissions have been defined for SOIWWTP by implementing Monte Carlo Simulation and optimum operating conditions have been determined for SMWWTP. According to the results of the study; the highest direct greenhouse gas emission in SMWWTP occurred in August, a value of 23.328 kg CO2-eq/d and the lowest emission was 7.56 kg CO2-eq/d, measured in January. CH4 emission in SMWWTP is not measured. The aeration tank is the main unit that emits greenhouse gas emissions. Both CO2 and CH4 emissions have been measured in SOIWWTP. The highest total direct greenhouse gas emission occurred in August at 977.76 kg CO2-eq/d. The lowest direct greenhouse gas emission occurred in January, and the value was 12.456 kg CO2-eq/d. CH4 emission sources are aerated grit chamber and coagulation-flocculation tank. CO2 emissions were observed in aerated grit chamber and aeration tanks. Indirect emission has been occurred because of anaerobic sludge treatment for SMWWTP, but the biogas has been cogenerated in the plant so it has been ignored for the calculation.