Anaerobik parçalanma prosesinin farklı sektörel atıklar için uygulanması

Abstract

Tez çalışmasının amacı, anaerobik parçalanma prosesinin sahip olduğu sınırlı sayıda dezavantajın, kombine prosesler ve yenilikçi teknolojiler uygulanarak ortadan kaldırılmasının sağlanmasıdır. Bu kapsamda, farklı substratlar için proses performansının geliştirilmesine yönelik üç farklı çalışma gerçekleştirilmiştir. İlk çalışmanın amacı; anaerobik parçalanma prosesinde hidroliz verimlerinin düşük olması nedeniyle metan üretim verimi düşük olan lignoselülozik atıklara ön arıtma uygulanarak metan üretim veriminin artırılmasıdır. Bu kapsamda, Antalya bölgesinde yoğun üretimi yapılan muz meyvesinin hasat döneminde oluşan muz hasat atıklarına termal alkali H2O2 ön arıtma uygulanmış ve metan üretim potansiyelinin artırılması için ön arıtma prosesinin optimizasyonu yapılmıştır. Termal alkali H2O2 ön arıtma prosesinin optimizasyonu sonucunda; 6 saat reaksiyon süresi, %2,73 H2O2 konsantrasyonu ve 50°C reaksiyon sıcaklığı koşulları optimum ön arıtma proses koşulları olarak tespit edilmiştir. Optimum ön arıtma koşullarında muamele edilen muz hasat atıklarının metan üretim verimi, ham muz hasat atıkları numunesine göre %40 artmıştır. Optimum ön arıtma proses koşulları için metan üretim modeli, metan üretiminde ham numuneye göre %43,2 oranında artış öngörmüştür. Termal alkali H2O2 ön arıtma prosesinin muz hasat atığının, bağ yapısı ve yüzey özelliklerinin değişmesinde etkili olduğu belirlenmiştir. Anaerobik parçalanma prosesi ile kombine edilen termal alkali H2O2 ön arıtmanın muz hasat atıklarından yenilenebilir enerji üretilerek değerlendirilmesinde efektif bir ön arıtma metodu olduğu düşünülmektedir. İkinci çalışmanın amacı; farklı organik atıkların nütrient içeriklerindeki eksiklik ve fazlalıkları nedeniyle anaerobik parçalanmada kurulamayan substrat dengesi ve nütrient eksikliğine bağlı düşük metan üretim veriminin, birlikte anaerobik parçalanma prosesi ile aşılmasıdır. Bu kapsamda, Antalya bölgesinde faaliyet gösteren alkollü içecek üretim tesisinin atıkları olan şilempe, üzüm posası ve anasonun birlikte anaerobik parçalanabilirlikleri incelenmiştir. Şilempe, üzüm posası ve anasonun karakterizasyon analizleri yapılmış, birlikte anaerobik parçalanabilirlikleri farklı substrat oranlarında incelenmiş ve kinetik modellemesi yapılarak substratların birlikte anaerobik parçalanmadaki rolleri atık yönetimi kavramı ile birlikte değerlendirilmiştir. Çalışma sonucunda, %70 şilempe ve %30 üzüm posası karışımı anaerobik parçalanma ile metan üretimi için hesaplanan α = 1.09 değeri ile en yüksek sinerjistik etkiyi göstermiştir. Atıkların anaerobik parçalanma prosesindeki kinetik katsayılarının belirlenmesi için deneysel metan üretim verimleri Modifiye Gompertz modeli, Cone modeli, Reaction Curve modeli ve Birinci Derece Kinetik model ile modellenmiştir. Kinetik modellerle deneysel metan üretim sonuçları yüksek determinasyon katsayıları (R2 = 0,91-0,99) ile başarıyla modellenmiştir. Çalışma sonucunda, %70 şilempe ve %30 üzüm posası karışımı için reaksiyon hız sabiti (k) 0.253-0,371 gün-1, gecikme fazı süresi (λ) 0,009-0,014 gün, maksimum metan üretim hızı (Rm) 37,4-48,9 mL CH4/gUKMeklenen olarak hesaplanmıştır. Birlikte anaerobik parçalanma prosesinin alkollü içecek üretim atıklarının değerlendirilmesinde uygun bir yaklaşım olduğu sonucuna ulaşılmıştır. Üçüncü çalışmanın amacı ise seyreltik atıksuların anaerobik parçalanma prosesi ile arıtılmasında gözlenen düşük metan üretiminin ve düşük biyokütle büyüme problemlerinin membran prosesler ile aşılmasının sağlanmasıdır. Bu kapsamda, sürekli AnMBR sisteminde evsel atıksuyun arıtılabilme performansı incelenmiştir. Çalışma sonucunda 23 saat hidrolik bekletme süresi ve 3 LMH akı ile 12 saat hidrolik bekletme süresi ve 5,7 LMH akıda ortalama %94,3 ve %93,2 KOİ giderim verimleri elde edilmiştir. Tüm işletme süresince elde edilen ortalama metan üretim verimi 200 mL CH4/gKOİ'dir. 121 gün süren işletme döneminde ölçülen trans membran basıncı değerleri 10 mbar ile 30 mbar arasında değişmiş olup tıkanma açısından problem yaratacak değerler gözlenmemiştir. Doktora tez çalışması kapsamında elde edilen çıktılar, anaerobik parçalanma prosesinin uygun çözümler ile Antalya ölçeğinde uygulanma potansiyeli olduğunu göstermektedir. Doktora tezi, anaerobik parçalanma prosesinin dezavantajlarını ortadan kaldırılmasında, yol gösterici nitelik taşımaktadır.