Atıksu Arıtma Tesisleri Yenilenebilir Enerji İçin Biyogaz Kullanıyor

Sadece atık suyu arıtmakla kalmayıp aynı zamanda kendi enerjisini üreten, hatta yerel bir enerji tedarikçisi haline gelen bir atık su arıtma tesisi hayal edin. Bilim kurgu gibi gelebilir, ancak bu vizyon hızla gerçeğe dönüşüyor.

Küresel olarak, mekanik ve biyolojik süreçler kentsel atık su arıtımına hakimdir. Modern tesisler kirleticileri verimli bir şekilde giderirken, genellikle göz ardı edilen bir yan ürün üretirler: çamur. Ancak bu mütevazı kalıntı, muazzam bir enerji ve biyokütle potansiyeline sahiptir. Değerini ortaya çıkarmak için, çamurun önce %95'ten fazla su içeriğini, kirleticileri, patojenleri ve kokuları gidermek üzere işlenmesi gerekir.

Etkili çamur arıtımı, çeşitli kritik çevresel ve operasyonel standartları karşılamalıdır:

• Maliyet etkinliği: Yatırım ve işletme giderlerini dengelemek.
• Enerji optimizasyonu: Kendi kendine üretilen enerjiyi en üst düzeye çıkarırken tüketimi en aza indirmek.
• Hacim azaltma: Çamur miktarını azaltmak.
• Kalite iyileştirme: Yeniden kullanım için çamuru iyileştirmek.
• Çevresel güvenlik: Arıtılmış atık suyun katı deşarj standartlarını karşılamasını sağlamak.

Çamur arıtımına iki temel yaklaşım hakimdir:

• Aerobik stabilizasyon: Açık çamur tanklarında oksijen kullanır, ancak havalandırma için önemli miktarda alan ve enerji gerektirir.
• Anaerobik stabilizasyon: Düşük maliyetler, daha yüksek enerji verimliliği ve çevresel faydalar nedeniyle orta ila büyük ölçekli tesisler için tercih edilir. Biyogaz yan ürünü bile elektrik üretebilir. Bazı tesisler, optimum sonuçlar için her iki yöntemi birleştirir.

Enerji talepleri arttıkça ve karbon düzenlemeleri sıkılaştıkça, anaerobik sindirim zorlayıcı faydalar sunar:

• Organik maddeyi ~%50 oranında azaltır ve yanıcı biyogaza dönüştürür.
• Dış enerji bağımlılığını azaltırken yenilenebilir enerji üretir.
• İşletme maliyetlerini ve arazi gereksinimlerini düşürür.
• Daha iyi CO ₂ denge sayesinde koku kontrolünü, hijyeni ve iklim etkisini iyileştirir.

Ön stabilizasyon çamur yoğunlaştırması hacmi azaltır, reaktör verimliliğini artırır ve biyogaz üretimini artırır. Modern biyoreaktörler - biyogaz sistemlerinin çekirdeği - hava geçirmez, yalıtımlı ve korozyona dayanıklı olmalı, aynı zamanda kolay yükleme ve bakımı kolaylaştırmalıdır.

Sıcaklık kontrolü ve tutma süresi kritiktir. Geleneksel sistemler, elektrik üretimi için biyogaz (%50-70 metan) üreten ~20 günlük fermantasyon için septik tanklar kullanır. Gelişen yüksek sıcaklıklı sistemler (>53°C) işleme süresini 15 gün veya daha aza indirir. Temel operasyonel faktörler şunlardır:

• Karıştırıcılar, pompalar veya gaz enjeksiyonu yoluyla çamur karıştırma.
• Çamur tabakalaşmasını önlemek.
• İdeal olarak atık ısı kullanan reaktör ısıtması.

Stabilizasyon sonrası, çamur, tarımsal gübre veya yakıt olarak kullanılmak üzere %20-35 katı içeriğe (veya kurutma ile %95'e) kadar susuzlaştırılabilir. Termal kurutma (>80°C) veya kireç ayarlaması (pH ≥12) gibi ek işlemler, patojenlerin ortadan kaldırılmasını sağlar.

~6,5 kWh/m ³ termal verimlilikle (doğal gazın enerji değerinin yarısından fazlası), biyogaz arıtma tesislerine güç sağlayabilir veya şebekeleri besleyebilir:

• Kombine ısı ve güç sistemleri (%35-40 elektrik, %60 ısı geri kazanımı).
• Gaz motorlarında doğrudan kullanım.
• Buhar veya sıcak su üretimi.

Büyük tesisler %100 enerji kendi kendine yeterliliğe ulaşabilir. Biyogaz üretimi mikrobiyal parçalanmaya dayanır: asit oluşturan bakteriler organik maddeleri daha basit bileşiklere ayrıştırır, daha sonra metanojenler bunları metan ve CO ₂ 'ye dönüştürür.

Bazı tesisler biyogazı yetersiz kullanırken, Moskova'nın buharla ısıtılan sindiricileri veya Norveç'in termal hidroliz teknolojisi gibi optimize edilmiş sistemler, potansiyelini göstermektedir. Yenilikler şunları içerir:

• Gelişmiş sindirim: Hidroliz ve metan fazlarını ayırarak biyogaz verimini ikiye katlamak.
• Termal hidroliz: Çamuru parçalamak, hacmi %50 azaltmak ve metan çıktısını üçe katlamak için yüksek basınçlı buhar kullanmak.

Biyogaz üretimi ölçülebilir faydalar sağlar:

• Açık atık depolamadan kaynaklanan metan emisyonlarını azaltır.
• CO ₂ ve azot kirliliğini azaltır.
• Su kaynaklarını ve ormanları korur.
• Sentetik gübre kullanımını azaltır.

Vaadine rağmen, biyogaz engellerle karşı karşıyadır:

• Yanma, sera emisyonlarını tam olarak ortadan kaldırmaz.
• Kırsal ağırlıklı hammadde mevcudiyeti, kentsel ölçeklenebilirliği sınırlar.
• Küçük ölçekli sistemler için yüksek ön maliyetler, ekolojik olarak riskli enerji bitkilerini teşvik edebilir.
• Biyogaz kirleticileri (örneğin, cıva, kurşun bileşikleri), hava kalitesi standartlarını karşılamak için daha sıkı filtrasyon gerektirir.

Ancak teknoloji ilerledikçe, biyogaz sistemleri dünya çapında sürdürülebilir atık yönetimi ve yenilenebilir enerji üretiminde genişleyen bir rol oynamaya hazırlanıyor.