Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. J. Fac. Eng. Arch. Gazi Univ.
Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. J. Fac. Eng. Arch. Gazi Univ.
Cilt 18, No 1, 19-33, 2003 Vol 18, No 1, 19-33, 2003
KATI ATIK VE ARITMA ÇAMURLARININ DEĞERLENDİRİLMESİNDE
ALTERNATİF TERMAL TEKNOLOJİLER VE UYGULAMALARI
Ö. Yusuf TORAMAN* ve Hüseyin TOPAL **
* Proje Dairesi Başkanlığı, Sanayi ve Ticaret Bakanlığı, 06520, ANKARA,
oneryuto@yahoo.com
** Makina Mühendisliği Bölümü, Mühendislik-Mimarlık Fakültesi, Gazi
Üniversitesi, Maltepe 06570, ANKARA, topal@mmf.gazi.edu.tr
ÖZET
Katı atık ve arıtma çamurlarının tek başına veya diğer yakıtlarla birlikte yakılmasına
alternatif teknolojiler araştırmak için iki önemli sebep bulunmaktadır. Bunlar, yanma
boyunca oluşan büyük oranlardaki baca gazı emisyonları ve küldür. Yanma sonrası
başlangıç kuru kütlenin yaklaşık %50’si kül olarak kalmakta ve bir çok toksik ağır
metalleri içermektedir. Böylece külün uzaklaştırılması karmaşık hale gelmektedir.
Bu kül miktarını azaltmak için piroliz, yakma ve gazlaştırma işlemlerinin
kombinasyonu şeklinde bir çok yeni teknoloji geliştirilmiştir. Bu makalede yeni
teknolojiler ve uygulamaları özetlenmektedir.
Anahtar Kelimeler: Katı atık, arıtma çamuru, gerikazanım, termal teknolojiler
ALTERNATIVE TECHNOLOGIES FOR THERMAL PROCESSING OF
SEWAGE SLUDGE AND SOLID WASTES AND APPLICATIONS
ABSTRACT
There are two main forces for the search for alternative technologies to mono/cocombustion
of sewage sludges and wastes. These are the large quantity of flue gas
and ash formed during combustion. After combustion, up to 50 wt % of the input
dry mass of sludge remains as ash and most of the toxic heavy metals in sludge are
retained, this complicates ash disposal. To reduce the quantity of ash for disposal,
there are several new technologies which are combinations of the three process, i.e.
pyrolysis, combustion and gasifications. This paper summarizes the new alternative
technologies and applications.
Keywords: Solid waste, sewage sludge, recycling, thermal technologies
Ö.Y. Toraman ve H. Topal Katı Atık ve Arıtma Çamurlarının Değerlendirilmesinde Alternatif …
20 Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 18, No 1, 2003
1.GİRİŞ
Katı atıklar ve gerek evsel gerekse endüstriyel atıksu arıtma sistemlerinden
kaynaklanan arıtma çamurları önemli çevresel sorunlara neden olmaktadır. Bu
atıklar genellikle dört yöntem ile uzaklaştırılmakta ve/veya değerlendirilebilmektedir.
Bunlar; düzenli depolama, yakma, kompost -gübre- eldesi ve denize
deşarjdır [1]. Denize deşarj ve kısmen de düzenli depolama günümüzde çevre
kirliliği oluşumu ve dönüşümsüz olması nedeniyle pek kullanılmamaktadır. Evsel ve
endüstriyel arıtma çamurlarının ağır metal içermesi özellikle tarımsal gübre yolu ile
uzaklaştırılmasının son derece riskli olduğunu göstermektedir. Yakma yolu ile atık
değerlendirme ise son altmış yıldır kullanılmaktadır. İlk tasarımlarda ön-kurutmalı
klasik yakıcılar kullanılırken özellikle son yıllarda akışkan yataklı yakıcılar
kullanılmaktadır. Yakma prosesinde maliyetler atık içerisindeki su oranıyla
yakından ilgilidir. Sebastian ve ark., yardımcı yakıt kullanımının az olduğu ve %32
oranında nem bulunması durumundaki bir çalışmayı rapor etmişlerdir [2].
Japonya’daki bazı akışkan yataklı yakma uygulamalarında işletme maliyetlerinin
yarı yarıya azaldığı görülmüştür [3,4]. Ancak yakma uygulamalarının verimli
olmasına rağmen çevre sorunlarının yüksek maliyetli yatırımlar gerektirdiği de
bilinmektedir. Özellikle arıtma çamurları yaygın olarak kömür yakan enerji üretim
tesislerinde asıl (birincil) yakıtla beraber ilave yakıt olarak yakılmak suretiyle
uzaklaştırılabilmektedir [5-7].
Katı atıkların ve arıtma çamurlarının termal işlemlerle uzaklaştırılması için gerek
endüstride uygulanan gerekse geliştirme aşamasında olan bir çok teknoloji
mevcuttur. Bu teknolojiler 3 ana grupta sınıflandırılabilir: 1-Tek başına yakma
(mono-incineration), 2-Birlikte yakma (co-combustion) ve 3-Yeni ve alternatif
termal işlemler [8-10].
Spliethoff ve ark., arıtma çamurunun bir araştırma ölçekli sistemde toz kömür ile
birlikte yakılmasını incelemişlerdir. Yanma sonucu oluşan emisyonlar ve katı
artıklar üzerinde durulmuş ayrıca çalışmalarında piroliz sonucu oluşan gazın yakma
ekonomisi üzerine etkileri tartışılmıştır [11].
Yakma teknolojilerinin uygulanmasında göz önünde bulundurulması gereken ve bu
tür uygulamaları sınırlandıran bazı faktörler ise şunlardır:
- Yakma sonrası çamur kuru kütlesinin %50’ye kadar olan kısmı kül olarak
kalmakta ve ayrıca çamurdaki bir çok toksik ağır metal de külün uzaklaştırılmasını
karmaşık hale getirmektedir.
- Kurutma boyunca, çamur serbestçe akamadığından %50-60 kuru madde civarında
yapışkan faza geçmekte, bu da çamur kurutma prosesini karışık ve masraflı hale
getirmektedir.
- Azot, klor, sülfür, dioksin ve furan gibi çamurdaki bileşikler yanma boyunca
çeşitli yapılarda gazlı kirleticiler şeklinde serbest kalmaktadır. Emisyon sorununa
Katı Atık ve Arıtma Çamurlarının Değerlendirilmesinde Alternatif … Ö.Y. Toraman ve H. Topal
Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 18, No 1, 2003 21
karşın sıkı emisyon limitlerini karşılamak amacıyla baca gazı arıtma sistemleri
gerekmektedir.
- %70-80 nem içerikli mekanik olarak susuzlaştırılmış çamurun net ısıl değeri kendi
kendine yanma için yeterli değildir ve ilave yakıt gerektirmektedir.
Yakma ile uzaklaştırma yöntemine karşın, oksijensiz ortamda piroliz ve gazlaşma
üzerine dikkat çekilmiş ve bu konuda pek çok araştırmacı tarafından farklı tasarımlar
üzerinde çalışılmaktadır [12-14].
2. ALTERNATİF TEKNOLOJİLER
Tek başına/birlikte yakmaya alternatif teknolojiler aramak için çeşitli nedenler
vardır. Bunlardan en önemlisi büyük oranlardaki baca gazı emisyonları, çamur
yakma boyunca oluşan kül ve ayrıca karmaşık ve pahalı baca gazı arıtma
zorunluluğudur. Baca gazı hacmi, baca gazı arıtma tesislerinin boyutunu, sermaye ve
işletme maliyetini belirlediği için önemli bir parametredir [15].
Oluşan büyük miktardaki külün uzaklaştırılması çamur değerlendirme maliyetini de
artırmaktadır. Burada, hem kül miktarını hem de baca gazı hacmini azaltan alternatif
proseslerin tanıtılması amaçlanmaktadır. Alternatif yöntemleri şu şekilde sıralamak
mümkündür:
- yaş oksidasyon: organik maddelerin sulu ortamda oksidasyonu işlemidir.
- piroliz: organik maddelerin havasız ortamda termal bozunması işlemidir. Piroliz
süresince çamurun organik kısmı faydalı yakıta (piroliz gazı) dönüşmekte ve
düşük işletme sıcaklığı da SO2 ve NOx oluşumunu engellemektedir. Yarı kok
(char) ise depolama alanında depolanabilmekte veya bazı durumlarda gaz
temizleme için adsorban malzeme olarak da kullanılabilmektedir [16-18].
- gazlaştırma: Çamurun tek başına ve birlikte yakılması esnasında birim kg kuruçamur
başına 24-30 m3 baca gazı açığa çıkarken, saf oksijenle yapılan gazlaştırma
da ise bu değer 1,7 m3’e kadar düşmektedir. Elde edilen sentetik gaz ürün, yakıt
olmasının yanında kimya sanayi için de faydalı bir hammaddedir [19].
2.1. Yaş Oksidasyon
Yaş oksidasyon, herhangi yanabilir bir maddenin 120-370ºC sıcaklıklar arasında su
içeren bir ortamda –sulu fazda- oksitlenmesi esasına dayanır (Şekil 1). Genelde,
uygun sıcaklık, basınç (1-22 MPa), reaksiyon süresi ve yeterli basınçlı hava veya
oksijen sağlanırsa yüksek yakma verimi elde edilebilir. Yaş oksidasyon süreci
‘Zimpro’ süreci olarak patentlenmiştir. Bu süreç literatürde [20,21] aynı zamanda,
ıslak yakma veya ıslak tutuşturma olarak da anılır. Zimpro süreci, diğer alışılmış
yakma sistemlerinde uygulanması gereken ön susuzlaştırma veya kurutma
işlemlerini de gerektirmez. Çamurdaki su oranı %99 mertebesinde olabilir. Bu
teknoloji ile ilgili en temel bilgilere Hall ve ark. [22], Boon ve Thomas [23],
Ö.Y. Toraman ve H. Topal Katı Atık ve Arıtma Çamurlarının Değerlendirilmesinde Alternatif …
22 Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 18, No 1, 2003
vanVertTech Prospectin [24] çalışmalarından ulaşılabilir. Çamurun yaş oksidasyonu
genel olarak kullanılan teknolojiler ve uygulamaları Tablo 1‘de verilmiştir.
Tablo 1. Çamurun yaş oksidasyonu için teknolojiler [24]
Proses
Sıcaklık,
oC
Basınç
MPa Oksitleyici Kullanım alanı Uygulamalar
LOPROX 190 1.7 Saf O2 Atıksu arıtma Pek çok endüstriyel
(BAYER) tesis
MODAR 600 25 Hava Tehlikeli atık Laboratuvar uygulaması
Osaka Gas 250 9 Hava Atıksu ve çamur
arıtma
Laboratuvar uygulaması
VerTech 280 10.4 Saf O2 Atıksu ve çamur
arıtma
ABD, Hollanda
ZIMPRO 260 9-12 Hava Çamur
şartlandırma
Avrupa, ABD ve
Japonya’da 200 tesis
KENOX 250 5 Saf O2 Atıksu arıtma Kanada
Stignas 300 11 Sıvı O2 Atıksu arıtma ABD
İlk endüstriyel uygulama 22,800 ton/yıl katı madde kapasiteli bir tesiste
gerçekleştirilmiştir. Ağırlıkça yaklaşık %5 katı madde içeren çamur 3-5 mm tane
boyutuna öğütülmekte, homojenleştirilmekte ve saf oksijenle birlikte karışım
halinde reaktöre beslenmektedir. Organik maddeler, en düşük 280oC sıcaklıkta ve
yaklaşık 10 MPa basınçta dağıtılmaktadır. Bu proseste %70’lik bir kütlesel azalma
elde edilmektedir. Çamurdaki mevcut S, Cl ve P çözünen ve prosesi sıvı formda terk
Sıvı
çamur
Kostik tutucu
Egsoz gazı
Atık likör
Yer seviyesi
Çökelti Tankı
İnert kül
Oksijen
Şekil 1. Yaş oksidasyon tesisi akış diyagramı [23,24]
Katı Atık ve Arıtma Çamurlarının Değerlendirilmesinde Alternatif … Ö.Y. Toraman ve H. Topal
Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 18, No 1, 2003 23
eden sülfat, klorit ve fosfat bileşiklerine dönüşmekte ve proses boyunca oluşan kül
ayrılarak susuzlaştırılmakta ve ayrışan su biyolojik arıtmaya tabi tutulmaktadır.
2.2. Piroliz ve Çamurdan Yağ Üretim Prosesi
Piroliz, organik maddelerin 300-900oC arasında değişen sıcaklıklarda oksijensiz
ortamda termal bozunması işlemidir. Piroliz bir seri karmaşık kimyasal reaksiyonlar
içerir. Elde edilen piroliz ürünleri ise piroliz gazı, yarı kok ve yağdan oluşur. Gaz,
yakıt olarak kullanılabilir. Yarı kok, yakıt olarak yakılabilir veya uzaklaştırılabilir.
Yağ ise kimyasal endüstriler için bir hammadde veya yakıt olarak kullanılabilir [25-
27].
Atık çamurdan piroliz sonucu yağ üretimi olarak son derece dikkat çekici olan bu
proses OFS (oil from sludge) olarak da adlandırılmaktadır[28-30]. OFS, ön kurutma
çamurunun oksijensiz ortamda yüksek sıcaklıklarda ve çamurun organik kısmını
buhar haline dönüştüren atmosfer basıncından daha yüksek basınçta ısıtıldığı 2
aşamalı bir prosestir. Bu buharlar hidrokarbonlara dönüştürülür. Çamurdaki yüksek
silikat ve bakır içeriği reaksiyon için ilave katalizör görevi görür. Elde edilen yağ
yüksek viskoziteye ve ısıl değere (29-38 MJ/kg) sahiptir [28].
Prosesin avantajları:
- Çamurun küçük hacimli inert artığa dönüştürülmesi,
- Çeşitli kimyasal proseslerde kullanılabilen yüksek kaliteli yağ üretimi,
- Düşük çalışma sıcaklıkları ve ağır metallerin çoğunlukla yan ürünlere
bağlanmasından dolayı katran ve dioksin gibi zararlı yan ürünlerin oluşumunun
gerçekleşmemesidir.
Almanya’daki bir üniversitede bu proses 300oC gibi düşük bir sıcaklıkta uygulanmış
ve kg kuru çamur başına %20-30 yağ üretilmiştir [31,32].
2.3. Çamurdan Türetilmiş Yakıt (C-G Prosesi)
Carver-Greenfield (C-G), kurutma prosesi ile etkin bir kurutma işlemiyle ve çok az
enerji kullanarak çamuru yakıta dönüştürmektedir. Mekanik olarak susuzlaştırılan
çamur, suyunkinden daha yüksek kaynama noktasına sahip bir endüstriyel yağ ile
karıştırılmakta ve daha sonra ön-kurutma yapılmaktadır. Su içeriği %5’in altına
azaltılmış olsa da, yağ, çamur içinde sıvı halde kalmaktadır. Kurutma sonrası yağ
filtre presle ayrılmakta ve geri beslenmektedir (Şekil 2). Böylece üretilen çamur
yakıt, %87 katı çamur, %9 yağ ve %4 sudan oluşmaktadır. Isıl değeri yaklaşık 16,7-
18 MJ/kg’dır. Çalışmalar çamurdaki 2,6 kg suyu uzaklaştırmak için sadece 1 kg
buhar gerektiğini ve bunun da klasik kurutucuların normal buhar ihtiyacının
%33’ünden daha az olduğunu göstermektedir[33].
Ö.Y. Toraman ve H. Topal Katı Atık ve Arıtma Çamurlarının Değerlendirilmesinde Alternatif …
24 Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 18, No 1, 2003
Günümüzde ABD’de 405 ton/gün kuru arıtma çamurundan enerji kazanımı
sağlanmaktadır. Çamur önce çürütülmekte, %5’ten %18-20 katı maddeye mekanik
olarak susuzlaştırılmakta ve sonra çamur keki C-G ünitesinde kurutulmaktadır.
Susuzlaştırılan çamur ilk önce hafif bir çözücü yağ ile karıştırılmakta, çamur daha
sonra homojenleştirilmektedir. Kurutma dört aşamalı bir buharlaşma sisteminde
gerçekleşmektedir [34]. Prosese ait akım şeması Şekil 3’de verilmiştir.
2.4. Gazlaştırma ve Kombine Prosesler
Katı atıkların ve arıtma çamurlarının bertaraf edilmesinde pek çok yeni teknoloji
gazlaştırma ve piroliz ile gazlaştırmayı beraber içermektedir. Genellikle Alman
çamur
yağ
Kurutma Seperatör
(filtre pres)
buhar
Çamur derive yakıt
Geri devir yağ
Kondensate
Şekil 2. Çamurdan türetilmiş yakıt (C-G) prosesi [33]
Primer
çamur
Anaerobik
çürütme
Kojenerasyon
Mekanik
susuzlaştırma
C-G Kurutma
prosesi
FB-gazlaştırma
Buhar ve enerji
üretimi
enerji
Baca
buhar
Emisyon Kontrolü
enerji
kül
atmosfere
Çamur keki Egsoz gazı
Koyulaştırma
Geri devir çamuru
Şekil 3. HERS enerji kazanım tesisi akış diyagramı [34]
Katı Atık ve Arıtma Çamurlarının Değerlendirilmesinde Alternatif … Ö.Y. Toraman ve H. Topal
Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 18, No 1, 2003 25
firmaları tarafından geliştirilen ve kendi adları ile anılan en son teknolojiler aşağıda
belirtilmektedir.
İkincil madde geri kazanım prosesi (SVZ Prosesi): Atıklardan ikincil hammadde
kazanımı sağlayan bir prosestir. Ön kurutma çamuru, plastikler, biyokütlesel atıklar,
elektronik sanayi atıkları ve tehlikeli atıklar gibi çok çeşitli atık türleri kömürle
birlikte gazlaştırılmaktadır. Metalik bileşimler ayrıldıktan sonra, katı atıklar kırmaöğütme
ve briketleme/peletleme işlemine tabi tutulmakta ve daha sonra 1360ºC’de
oksijen ve buharla gazlaştırılmaktadır. Gazlaştırma prosesinden çıkan gaz, hafif yağ
ve katran ile CO, H2, CH4 ve CO2 gazlarından oluşmaktadır. Yağ ve katran
uzaklaştırılarak temizlenen gaz diğer sıvı atıklarla birlikte 1600-2000ºC’de pulverize
gazlaştırıcıda gazlaştırılmaktadır. Sentetik gazlar metanol üretimi ve enerji eldesi
için kullanılabilmektedir [35,36]. Proses akım şeması Şekil 4’de verilmiştir.
Almanya’da biri katı atıklar için 400.000 ton/yıl kapasiteli yüksek basınçlı sabit
yatak gazlaştırıcı, diğeri sıvı ve çamur benzeri atıklar için 50.000 ton/yıl kapasiteli
pulverize yakıt gazlaştırıcı olmak üzere 2 tesis bulunmaktadır. Bu proseste 1999
yılında 100.000 ton metanol üretilmiştir. 1992-1995 yılları arasında 28.000 ton
Gazlaştırma Piroliz ve yakma Piroliz ve gazlaştırma
- SVZ Prosesi - Schwel-Brenn Prosesi - Noell Prosesi
- Krupp Prosesi (Siemens Prosesi) - Thermoselect Prosesi
- RCP Prosesi
Atıklar
Ayırma,
Kırma,
Briketleme
Sabit
yataklı
gazlaştırıcı
Gaz
temizleme
Sentetik
gaz
Metal, cam vs.
Curuf,
ergimiş
granüller
Kükürt,
Ağır
metaller
Enerji
üretimi
Hava
Metanol
üretimi
Şekil 4. SVZ prosesi [35]
Ö.Y. Toraman ve H. Topal Katı Atık ve Arıtma Çamurlarının Değerlendirilmesinde Alternatif …
26 Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 18, No 1, 2003
çamur birlikte gazlaştırılmış ve gelecekte de 80.000 ton/yıl çamurun gazlaştırılması
planlanmaktadır [35].
KRUPP Prosesi (Krupp Uhde PreCon proses): Bazı metalik ve inorganik
maddeler ayrıldıktan sonra ufalanan atık %10 nem içeriğine kurutulmakta ve sonra
700-1000oC’deki HTW-CFB gazlaştırıcıya gönderilmektedir (Şekil 5). Tabandaki
katı partiküller 1300-1800oC’de çalışan CEP (katalitik ekstraksiyon prosesi)
ünitesinde işlenmektedir. Ergitme fırını indüksiyon yoluyla ısıtılmakta ve katkı
maddesi ve oksijenle desteklenmektedir. Reaksiyonlar ergimenin aşağıda kısaca
açıklanan fazlara dönüşümünü sağlamaktadır [37]:
- CaO, SiO2 ve Al2O3’ten oluşan seramik faz,
- daha sonra geri kazanılan Fe, Ni ve Cu gibi kalıntı metallerden oluşan metalik faz,
- ergitmedeki karbonun eserlerinin gazlaştırılmasıyla H2 ve CO’den oluşan gaz fazı.
HTW teknolojisi 1970’li yıllardan itibaren 700-1000oC’de ve yüksek basınçta
çalıştırılmaktadır. Tecrübeler 38.000 çalışma saatinde pilot tesiste ve 30,5 ton/saat
ve 27 ton/saat kapasitede 2 büyük ölçekli tesiste sırasıyla 1978, 1985 ve 1988
yılından beri çalışmakta olduğunu göstermektedir.
SIEMENS Prosesi (Siemens Schwel-Brenn prosess): Piroliz ve yüksek sıcaklık
yanmasını içeren bu proses Wolfgang ve ark. [38], Berwein ve Kanczarek [39],
Siemens Firması [40] tarafından tanımlanmış ve uygulanmıştır. Ön-kurutma
çamuruyla karıştırılan ufalanmış katı atıklar, atıkların ısıtıldığı ve 450ºC’de pirolize
Kırma
Atıklar
CFB-HTW
gazlaştırıcı
CEP
Kurutma
Gaz
(H2+CO)
Metalik
malzemeler
Seramik
malzemeler
Gaz
temizleme
Kükürt,
Ağır
metaller
Sentetik
gaz
oksijen
Şekil 5. Krupp prosesi akış şeması [37]
Katı Atık ve Arıtma Çamurlarının Değerlendirilmesinde Alternatif … Ö.Y. Toraman ve H. Topal
Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 18, No 1, 2003 27
tâbi tutulduğu döner bir karbonizasyon ünitesine beslenmektedir. Artıklar
elenmekte ve birisi 5 mm üstü taş, cam ve metalden oluşan ve karbon içermeyen
kısım, diğeri ise daha ince parçalardan oluşan ve yaklaşık %30 karbon içeren kısım
olmak üzere iki sınıfa ayrılmaktadır. Bu ikinci kısım önce öğütülmekte ve daha
sonra karbonizasyon ünitesinde oluşan gaz ile birlikte yakma ünitesine
beslenmektedir (Şekil 6). Kül ergimiş yapıda uzaklaştırılmaktadır. Prosesten elde
edilen termal enerji, enerji üretimi ve buhar eldesi için atık ısı kazanında
kullanılmaktadır [38].
Bu teknoloji Almanya-Ulm-Wiblingen’de pilot ölçekli bir sistemde başarıyla
denenmiştir. İlk büyük ölçekli sistem Almanya-Furth’da 100.000 ton/yıl kapasiteli
bir tesiste %35 katı madde içerikli 22.000 ton/yıl arıtma çamuru birlikte
yakılmaktadır. Belediye çöplerinin imhasında kullanılmak üzere İsviçre ve
Almanya’da iki, Japonya’da iki ayrı tesis daha inşâ aşamasındadır [40].
RCP Prosesi (Recycled clean products prosess of von Roll): Proses ergitme ve
yanma ünitelerini ayırmakta ve ürün, geri kazanım için ilave bir aşamadan
geçmektedir. Atıklar (%10-15’i çamur olmak üzere) 900ºC’de piroliz ve kısmi
gazlaştırmanın olduğu karbonizasyon ünitesine beslenmektedir (Şekil 7). Ürünler
1400ºC’de tutulan fırında ergitilmekte ve sonra grafit elektrot ile ısıtılarak 1400-
1500ºC’de tutulan ürün kazanım ünitesine gönderilmektedir. Çinko, kurşun ve
kadmiyum buharlaşırken, sıvı formda kazanılan ve nikel, bakır ve demir, bakır
ergitme endüstrileri için ham madde olarak kullanılan metaller elde edilmektedir.
Proses gazları, yatak malzemesiyle 1000oC’ye hızla soğutulduğu ve yakıldığı
dolaşımlı bir akışkan yatağa (CFB) geçmektedir. Bu esnada, buharlaşan ağır
metaller yeniden oksitlenmekte ve alt akım yakıta dönüşmektedir.
Atıklar
Kırma Piroliz
450oC
Yanma
ünitesi
Baca gazı
temizleme
Öğütme Ergimiş
granüller
Oksijen
Metal, cam vs.
(çapı >5 mm)
Piroliz
gazı
Temizlenmiş
baca gazı
Şekil 6. Siemens prosesi akış şeması [38]
Ö.Y. Toraman ve H. Topal Katı Atık ve Arıtma Çamurlarının Değerlendirilmesinde Alternatif …
28 Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 18, No 1, 2003
Bu teknoloji Almanya’da 6 ton/saat katı atık kapasiteli büyük bir tesiste
uygulanmakta ve tesiste 89 kg/saat bakır-demir alaşımı geri kazanılmaktadır.
NOELL Prosesi (Noell conversion process): Noell dönüşüm prosesi, gazlaştırma
sonrası piroliz işlemini içerir. Teknolojinin esası, 3,5 MPa’a kadar basınç ve
2000ºC’ye ulaşan sıcaklıkta çalışan yüksek basınçlı bir gazlaştırıcıdır. Atıklar
kırılmakta ve 550ºC’de piroliz edilmektedir. Daha sonra iri boyutlardaki metal, taş
ve inorganik maddeler ayrılmakta, kalan ince malzemeler ise pulverize yapıda
öğütülerek gazlaştırma ünitesine beslenmektedir. Piroliz gazı ilk önce soğutulmakta
daha sonra sıkıştırılarak gaz yakıcıya beslenmektedir. Gazlaştırma için saf oksijen
kullanılmaktadır. Birlikte gazlaştırma (co-gasification) için çamur ön kurutmaya tabi
tutulmakta, pulverize hale öğütülmekte ve yakma ünitesine pnömatik olarak
beslenmektedir (Şekil 8).
Uygulamada Almanya’da 1988 yılından beri 130 MW’lık büyük ölçekli bir tesis
çalışmaktadır. Prosesin temel ürünü, enerji üretimi için gaz türbinlerinde kullanılan
ve çoğunlukla CO ve H2 içeren yüksek kalitede sentetik bir gazdır [43].
THERMOSELECT Prosesi: Piroliz ve gazlaştırmanın tek bir ünitede
gerçekleştirildiği bir teknolojidir. Atık sınıflama ve ayırma kademesi ortadan
kalkmakta, arıtma çamurları dahil atıklar, dışarıdan ısıtılan ve 600ºC’den daha
yüksek sıcaklıkta tutulan uzun bir kanalda hidrolik pres kullanılarak
sıkıştırılmaktadır. Atıklar kanala doğru hareket ederken ısıtılmakta, kurutulmakta ve
tamamına yakını kanalın sonuna ulaşıncaya kadar pirolize dönüşmektedir. Piroliz
ürünleri daha sonra malzemelerin 2000ºC sıcaklıkta oksijenle gazlaştırıldığı
gazlaştırma bölgesine girmektedir. Yüksek kalitede sentetik bir gaz ve ergimiş
yapıda bir yan ürün elde edilmektedir. Gaz, dioksin ve furan oluşumunu engellemek
için 1200ºC’den 90ºC’ye hızla soğutulmakta ve daha sonra da temizlenerek enerji
Kül, ağır
metaller
Atıklar
Piroliz
900oC
Ergitme
fırını
Kazanım
ünitesi
CFB
yakma
Ni, Cu, Fe
Zn, Pb, Cd
Sıvı
curuf Oksijen
Baca gazı
arıtma
Şekil 7. RCP prosesi akım şeması [41]
Katı Atık ve Arıtma Çamurlarının Değerlendirilmesinde Alternatif … Ö.Y. Toraman ve H. Topal
Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 18, No 1, 2003 29
üretiminde veya kimya prosesleri için hammadde olarak kullanılmaktadır. Ergimiş
yan ürün oksijen ve propan yardımıyla yanma bölgesine doğru akar ve yanma tüm
klorlu karbon ve empüritelerin termal bozunmaya uğradığı 1600oC’yi aşan sıcaklıkta
gerçekleşir (Şekil 9).
Uygulamada İtalya’da 100 ton/gün kapasiteli bir pilot tesiste çeşitli tecrübeler elde
edilmiştir. Almanya’da ise 1999 yılında 225.000 ton/yıl kapasiteli büyük ölçekli bir
tesis kurulmuş ve işletilmektedir.
Atıklar
Kırma
Piroliz
550oC
Gazlaştırıcı
Gaz
temizleme
Öğütme
Kondanser
Cüruf,
ergimiş
granüller
Oksijen
Metal, cam vs.
Kükürt,
Ağır
metaller
Sentetik
gaz
buhar
Piroliz gazı
Şekil 8. Noell prosesi akış şeması [42]
Atık
Sıkıştırma Kurutma Piroliz
Sentetik
Gaz
Gazlaştırma
Oksijen
Propan
Şekil 9. Thermoselect prosesi akış şeması [44]
Ö.Y. Toraman ve H. Topal Katı Atık ve Arıtma Çamurlarının Değerlendirilmesinde Alternatif …
30 Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 18, No 1, 2003
3. SONUÇ VE ÖNERİLER
1) Çamurdan yağ üretim prosesi, yaş oksidasyon, gazlaştırma ve kombine prosesler
gibi doğrudan yakmaya alternatif teknolojiler baca gazı arıtma ve kül
uzaklaştırma maliyeti açısından yakma işlemlerinden daha avantajlı olmaktadır.
2) Çamurdan yağ üretim prosesi, çamurun küçük hacimli inert artığa
dönüştürülmesi, çeşitli kimyasal proseslerde kullanılabilen yüksek kaliteli yağ
üretimi, düşük çalışma sıcaklıkları ve ağır metallerin çoğunlukla yan ürünlere
bağlanmasından dolayı katran ve dioksin gibi zararlı yan ürünlerin oluşumunun
gerçekleşmemesi gibi avantajlar getirmektedir.
3) Çamurun tek başına ve birlikte yakılması esnasında birim kg çamur başına 24-30
m3 baca gazı açığa çıkarken, saf oksijenle yapılan gazlaştırma da ise bu değer 1,7
m3’e kadar düşmektedir. Elde edilen sentetik gazlar metil alkol üretimi ve enerji
eldesi için kullanılabilmektedir.
4) Bu teknolojiler henüz yeni olduklarından diğer yakma yöntemleri kadar
denenmemişlerdir.
5) Ülkemizde de sayıları her geçen gün artan atıksu arıtma tesislerinden açığa çıkan
bu tür atıkların miktarı önemli boyutlara ulaşmış ve uzaklaştırma yöntemleri
henüz son zamanlarda araştırılmaya başlanmıştır. Dünyadaki mevcut
teknolojilerin ülkemizdeki katı atık ve arıtma çamurlarına uygulanması
konusunda çalışmalar başlatılması gerek ekonomik gerekse çevre açısından son
derece önem kazanmaktadır.
KISALTMALAR
CFB : Dolaşımlı akışkan yatak
FB : Akışkan yatak
OFS : Çamurdan yağ üretim prosesi
C-G : Çamurdan türetilmiş yakıt
SVZ : İkincil madde geri kazanım prosesi
CEP : Katalitik ekstraksiyon prosesi
RCP : Geri kazanılmış temiz ürün
KAYNAKLAR
1. Liptak B.G., Bouis P.,A., Hazardous Waste and Solid Waste, Lewis
Publishers, CRC Press LLC, 2000.
2. Sebastian F., Environmental Engineers Handbook, Edited by Liptak B.G.,
Chilton Book Company, 1974.
Katı Atık ve Arıtma Çamurlarının Değerlendirilmesinde Alternatif … Ö.Y. Toraman ve H. Topal
Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 18, No 1, 2003 31
3. Henmi M., Okazawa K., and Sota K., “Energy Saving in Sewage Sludge
Incineration with Indirect Heat Drier”, National Waste Processing Conference,
Denver, 1986.
4. Otero M., Diez C., Calvo L.F., Garcia A.I., “Analysis of the Co-Combustion of
Sewage Sludge and Coal by TG-MS”, Biomass and Bioenergy, Vol 22, 2002.
5. Vesilind P.A, Ramsey T.B., “Effect of Drying Temperature on Fuel Value of
Wastewater Sludge”. Wastewater Management and Reseaech, Vol 14, p.189-
196, 1992.
6. Römer R., “Thermal Treatment of Sewage Sludge-Combustion, Drying Energy
Recovery, Emissions”, In: Klarschlamm Entssorgung 1, Daten-Dioxine,
Entwasserung, Verwetung, Entsorgungsvorschlage, Düsseldorf: VDI GmbH,
p.250-271, 1991.
7. Albertson O.E., Bruno J.M., “Sludge Incineration: Thermal Destruction of
Residues”, Proceedings of the Symposium: Water Environment Federation,
Alexandria, USA, 1992.
8. Werther J., Ogada T., “Sewage Sludge Combustion”, Progress in Energy and
Combustion Science, 25; p. 55-116., 1999.
9. Lungwitz H., Werther J., “Alternative Processes for Thermal Treatment and Use
of Sewage Sludge”, Thome-Kozmiensky K.J. Editor. Abfallwirtschaft am
Wendepunkt. TK, Neuruppin, p. 717-742, 1997.
10. Ogada T., Combustion and Emission Characteristics of Sewage Sludge in a
Bubling Fluidized Bed Combustor, Ph.D. Dissertation, Technical University of
Hamburg, Hamburg, 1995.
11. Spliethoff H., ve ark., Ber. Dtsch. Wiss.Ges. Erdoel, Eredgas Kohle, Tagungsber,
1996.
12. Lu G.Q., Low J.C.F., Liu C.Y., Lua A.C., “Surface Area Development of
Sewage Sludge During Pyrolysis”, Fuel, Vol 74 No.3, p.344-348, 1995.
13. Piskorz J., Scott D.S., Westerberg I.B., Ind.Eng.Chem. Process Des. Dev. Vol
25, 1986.
14. Bridge T.R., Environ. Tech. Lett. Vol 3, 1982.
15. Storm C., ve ark., DGMK Tagungsber, Proceedings ICCS’97, Volume 2, p.721-
724, 1997.
16. Bridge T.R., “Sludge Derived Oil-Wastewater Treatment Implications”,
Environ. Technol. Lett. Vol 3, 151-156, 1982.
17. Lu G.Q., Low J.C.F., Liu C.Y., “Surface Area Development of Sewage Sludge
During Pyrolysis”, Fuel, Vol 3, p.344-348, 1995.
18. Piskorz J., Scott D.S., Westerberg I.B., “Flash Pyrolysis of Biomass”, Ind. Eng.
Chem. Proc. Design Develop, Vol 25, p.265-270, 1986.
19. Rumphorst M.P., Ringel H.D., “Pyrolysis of Sewage Sludge and Use of
Pyrolysis Coke”, J. Anal and Applied Pyrolysis, 28.137-155. 1994.
20. Lendormi T., Prevot C., Doppenbe F., Foussard J.N., “Supercritical Wet
Oxidation of Municipal Sewage Sludge Comparison of Batch and Continuous
Experiments”, Water Science and Technology, Vol 44, 5, p.161-169, 2001.
Ö.Y. Toraman ve H. Topal Katı Atık ve Arıtma Çamurlarının Değerlendirilmesinde Alternatif …
32 Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 18, No 1, 2003
21. Lendormi T., Prevot C., Doppenbe F., Sperandio M., “Wet Oxidation of
Domestic Sludge and Process Integration”, Water Science and Technology,
Vol 44, 10, p.163-169, 2001.
22. Hall J.E., “Sewage Sludge Production Treatment and Disposal in the European
Union”, J CIWEM, Vol 9, p.335-342, 1995.
23. Boon A., Thomas V., “Resource of Rubbish”, The Chemical Engineer, 25-30,
1996.
24. Van Voorneburg F., “Treatment and Disposal of Municipal Sludge in the
Nederland”, J CIWEM, Vol. 7, p.116-121, 1993.
25. Kaminsky W., Augustin T., Bellmann U., Krüger-Betz M., “Pyrolisis of
Industrial and Municipal Sewage Sludges”, Recycling von Klarschlamm 1.
Berlin: EF für Energie-und Umwelttechnik GmbH, p.309-316, 1987.
26. Kaminsky W., Ying Y., “Chemicals from Biomass Pyrolisis in a Fluidised Bed”,
Advances in Thermochemical Biomass Conversion, Brigdwater A.V., editor,
Vol.2
27. Caballero J.A., Front R., “Characterisation of Sewage Sludges by Primary and
Secondary Pyrolysis”, J. Anal. And Applied Pyrolysis, 4041, 1997.
28. Loll U., “Sewage Sludge”, ATV Handbuch, 4th edn., Berlin, 1996.
29. Kyriakos M., “Flash Pyrolsis of Wood and Dried Sewage Sludge for Liquid Fuel
Production”, Grass G., Gosse G., editors, Biomass for Energy and Industry, 5th
EC Conference, Vol. 2, Conversion and Utilisation of Biomass, p.2611-2615,
1998.
30. Campbell H.W., “Converting Sludge to Fuel-a Status Report”, Hogan et al.,
editor, Biomass thermal Processing, Proceedings of the 1st Canada/European
Community R. And D. Contructors Meeting, Ottawa, Canada, 78-85, 1990.
31. Inguanzo M., Dominguez J.A., Menendez C.G., Blanco J.J., “On the Pyrolysis
of Sewage Sludge: The Influence of Pyrolysiconditions on Solid, Liquid and Gas
Fraction”, Journal of Analytical and Applied Prolysis, Vol 63, p.209-222,
2002.
32. Hudson J.A., Lowe P., “Current Technologies for Sludge Treatment and
Disposal”, J CIWEWM, 10.436-440, 1996.
33. Shiota T.,“Economical Evaluation of a System for Making a Fuel from Sludge”,
Recycling von Klarschlom. Berlin. EF für Energie, p.223-239. 1987.
34. Bress D.F., Greenfield B.S., Haug R.T.,“Energy from Sludge Derived Fuels”
Energy From Biomass and Wastes, Instiştute of Gas Technology. p.1173-
1182, 1987.
35. Lohse U., “Pelleting and Gasification of Sewage Sludge”, Umwelt Bd, 26 (5),
1996.
36. Lungwitz H., “Thermal Treatment of Sewage Sludge – New Trends for the
Treatment and Disposal of Industrial and Municipal Sludges”, Darmstadt
Schriftreihe WAR, 1997.
37. Company Information Booklet-Krupp Uhde PreCon Process, Germany.
Katı Atık ve Arıtma Çamurlarının Değerlendirilmesinde Alternatif … Ö.Y. Toraman ve H. Topal
Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 18, No 1, 2003 33
38. Wolfgang K., Langer R., Kilian R., Wieling N.,“The Siemens-
Pyrolysis/Combustion Plant Process and Material Concept”, Umwelt Bd,
21(6).361-363, 1991.
39. Berwein H.J., “Siemens-Pyrolysis/Combustion Process for Wastes and Sewage
Sludge”, Ensorgungspraxis, No 5, p.227-234, 1991.
40. Company Information Booklet-Schwel-Brenn Process Siemens, Germany.
41. Company Information Booklet-Recycled Clean Products von Roll GmbH,
Germany.
42. Company Information Booklet-Noell Conversion Process Noell, Germany.
43. Company Information Booklet-Recycled Clean Products, Germany.
44. Company Information Booklet-Thermoselect Process-Thermoselect, Germany.
