Use of solar air dryer with phase change material in sludge drying

Abstract

Her yıl, çeşitli evsel ve endüstriyel atık su arıtma tesislerinden yüksek miktarda atık çamur üretilmektedir. Çamurun nem içeriği tüm çamur arıtım süreçlerinde özellikle nakliye ve nihai bertarafında sorun oluşturmaktadır. Bu çalışmada, çamurun nem içeriğini azaltmak amacıyla tasarlanan güneş kurutucusunun verimliliğini arttırmak için yapılan iyileştirmeler ele alınmıştır. Bu araştırmanın amacı; çamuru sürdürülebilir, maliyet-etkin yöntem ile su içeriğini azaltılmasıdır. Tasarlanan sistemde güneş enerjisinden gelen ısıyı depolamak için su, hava ve parafin, gibi bir faz değiştiren malzeme kullanılarak iç ortam hava sıcaklığının kararlı halde kalması hedeflenmiştir. Bu sistemde, güneş enerjisinin çamura ısı olarak transferinde konveksiyon, kondüksiyon ve radyasyon işlemleri, birlikte kullanılmıştır. Çalışmada farklı nem oranlarına sahip, evsel atıksu arıtma tesisi çamuru (AAT), endüstriyel boya çamuru ve mermer atık çamurlarının kurutulma süreçleri incelenmiştir. Güneş kurutucusunun tasarımında yapılan iyileştirmeler sonucu birim alandan buharlaştırılan su miktarına göre arıtma çamurunda 20% den 28%, boya çamurunda 18% den 31% ve mermer çamurunda 6%dan 13% verim artışı gözlenmiştir. Ayrıca, AAT çamuru üzerinde yapılan mikrobiyolojik deneyler sırasında, güneş radyasyonuna maruz kalan E-coli mikroorganizmalarının 2 log oranında inaktive edildiği tespit edilmiştir. Yapılan Toplam Kjeldahl Azotu deneyinde amonyak miktarı 9000 mg/kg 'den 6800 mg/kg' a düşmüştür. Ayrıca çalışmada güneşle kurutulmuş çamurların Taramalı Elektron Mikroskobu ile elde edilen görüntülerinde gözenekli yüzey yapısının çamur suyun buharlaşmasına katkı sağladığı belirlenmiştir.Every year, large amounts of sludge from various domestic and industrial treatment plants are produced. The moisture content of sludge is a problem in all waste sludge treatment processes, especially in the transportation and final disposal. In this study, improvements made to rise the efficiency of the solar dryer to reduce the moisture content of the sludge are discussed. Aim of this research is to diminish the water content of the sludge with a sustainable, cost-effective method. By using water, air, and phase change materials such as paraffin, the indoor air temperature was kept stable. In this system, convection, conduction, and radiation processes are used together as heat transfer methods to transmit solar energy to the sludge. Wastewater Treatment Plant (WWTP), Paint and Marble sludge with assorted moisture content, drying processes were investigated. As a result of the improvements made in the design of the solar dryer, the efficiency increased from 20% to 28% for WWTP.sludge, from 18% to 31% in paint sludge, and from 6% to 13% in marble sludge, according to the amount of water evaporated from the unit area. In addition, during microbiological experiments on WWTP.sludge, it was determined that E-coli micro-organisms were inactivated by 2 logs. after solar radiatıon exposure. In the Total Kjeldahl Nitrogen experiment, the amount of ammonia decreased from 9000 mg/kg to 6800 mg/kg. In addition, it was determined that the porous surface structure of the dried sludges obtained by Scanning Electron Microscopy contributed to the evaporation of the sludge water.