Maya proses atıksuyundan anaerobik membran biyoreaktör ile uçucu yağ asidi üretimi
Vfa production from yeast wastewater using anaerobic membrane bioreactor
Yazar: HAZAL YILDIZ
Danışman: DOÇ. DR. OSMAN ATİLLA ARIKAN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Çevre Bilimleri ve Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Bu çalışmanın amacı, endüstriyel kaynaklı bir atıksu olan maya proses atıksuyunun anaerobik arıtma ile uçucu yağ asidi üretimini araştırmaktır. Ayrıca yüksek sülfat konsantrasyonuna sahip maya proses atıksuyunun anaerobik arıtımı sırasında sülfat indirgenmesi de incelenmiştir.
Çalışmada kullanılan atıksu, İzmit Pakmaya fabrikası maya üretim prosesinin konsantre akımından temin edilmiştir. Maya atıksuyu polisakkarit ve organik polimerler, tuzluluk ve sülfat konsantrasyonlarını içeren yüksek KOI?ye sahip bir atıksudur. Başlangıç KOİ?si 60 gKOİ/L, sülfat konsantrasyonu ise 3,8 g/L?dir. 
Sistemde hidroliz ve fermentasyon proseslerinin gerçekleştiği tam karışımlı fermentör ve vakum çekişli harici bir membran ünitesi bulunmaktadır. Bu ünitelerin etkili hacimleri sırasıyla 5 ve 4 L?dir. Hidroliz reaktörü hidrolik alıkonma süresi (HBS) 10 ve 5 gün olacak şekilde termofilik sıcaklıkta (550C) işletilmiştir. Sistemin toplam biyokütle konsantrasyonu ortalama 15 gAKM/L dir. Toplam hacmi 9L olan sistemde fermentör ve membran ünitesi arasında sürekli olarak çamur geri devri yapılmaktadır. Membran ünitesinde 6 adet ultrafiltrasyon membran modülü kullanılmıştır. Membran modüllerinin tıkanmasına karşın sisteme sürekli olarak azot gazı verilerek membran yüzeyi temizlenmeye çalışılmıştır. Sürekli işletim prensibiyle işletilen sistemin pH?ı nötral (7-7,5) seviyede tutulmuştur. Reaktör içerisindeki pH 2N HCI ve 6N NaOH çözeltileri kullanılarak otomatik olarak sabitlenmiştir. Daha önce yapılan çalışmalarda düşük pH?larda daha yüksek UYA üretim verimi olduğu gözlemlenmesine rağmen bu çalışmada nötral pH (7-7,5) şartlarında yüksek verimde UYA üretimi denenmiştir. 
Anaerobik membran biyoreaktör ile işletilen sisteme ait deney sonuçlarında fermentasyon sonunda ortaya çıkan son ürünler; asetik asit, propiyonik asit, bütrik asit, izo-propiyonik asit, valerik asit, izo-valerik asit ve hekzanoik asit olmuştur. Hidrojen üretimi ise ihmal edilebilecek kadar azdır. Sistemin asitleşme derecesi HBS 10 ve 5 gün için sırasıyla %50 ve %54 olarak gözlemlenmiştir. Sistem içerisinde üretilen UYA bileşiklerinin dağılımı ise HBS 10 gün için %61 asetik asit, %20 propiyonik aist, %12 bütrik asit ve eser miktarda valerik asit, izo-valerik asit, izo-bütrik asit, hekzanoik asit şeklinde olmuştur. HBS 5 gün için asit dağılımı ise %49 asetik asit, %28 propiyonik asit, %16 bütrik asit ve eser miktarda diğer asitler şeklinde değişiklik göstermiştir. 
Kesikli çalışmalarda 50 ml şişe serumlar kurularak farklı pH (5,5, 6, 7, 8, 9) ve farklı hidrolik bekletme süreleri (0.5, 1, 3, 6, 12) denenmiş, uçucu yağ asidi üretim verimini arttırmak için en uygun koşullar araştırılmıştır. Ayrıca sülfat indirgeyici bakterilerin inhibisyonunu sağlayan sodyum molibdat kimyasal ilavesi hervir pH ve HBS için denenmiş ve yüksek sülfat konsantrasyonun etkileri incelenmiştir.
Yapılan kesikli çalışmalardan toplam uçucu yağ asidi miktarının pH=5.5 ve 6?da düşük olduğu, pH=7 ve 8?de en yüksek olduğu görülmüş ve HRT=6 günde en yüksek uçucu yağ asidi konsantrasyonuna ulaşılmıştır. Uçucu yağ asitleri içersinde en değerli ürün olan asetik asit yüzdeleri pH 7 ve 8 için %56 olmuştur. pH 8?de asitleşme derecesi HRT=6 gün için %67 olup en yüksek değerine ulaşmıştır. Bu nedenle pH 7 ve 8?in en yüksek uçucu yağ asidi üretimi elde edebilmek için optimum değer olduğu saptanmıştır. Üretilen toplam UYA?nın ortalama %50?si ise asetik asit olmuştur.

Abstract:
The aim of this study is to evaluate the effect of an industrial wastewater; yeast wastewater;  to anaerobic treatability and to create a solid waste management system by achieveing renewable energy gain. Obtaining valuable by-products and products to be used as energy sources from the anaerobic treatment of yeast process wastewater is aimed. In this context volatile fatty acid utilization efficiency of yeast wastewater  is investigated through out this study. Also, negative effect of sulphate reduction is investigated during the anaerobic treatment of yeast wastewater with high sulphate concentration. 
The wastewater used in this study is gathered from the concentrated flow of İzmit Pakmaya Yeast Factory? s production process. Yeast wastewater is a wastewater with high COD that contains polysaccharides, organic polymers, salinity and suphate. Has an initial COD of 60 gCOD/L and sulphate concentration of 3,8 g/L.
System consists of a completely mixed fermentor in which the  hydrolysis and fermentation reactor and vacuum pulledexternal membrane unit. The volumes of the units are 5 and 4 L respectively. Hydrolysis reactor is operated  with HRT of 10 and 5 days under thermophillic temperature (55oC) . Average total biomass concentration of the system is 15 gSS/L. There is consistent sludge recycle between fermentor and membrane units. The pH of the fermentation reactor operated continously is held at neutral (7-7,5) level. pH inside the reactor is fixed using 2N HCL and 6N NaOH solutions. 
The final products of fermentation phase have been acetic acid, propionic acid, butiric acid, iso-valeric acid and heczanoik acid accordig to the analyses. Hydrogen production could be left out of consideration due to insignificant production. Acidification level of the system is observed as 50% for the HRT 10 and HRT 5. The distribution of VFA produced in the system for HRT10 is as follows; 61% acetic acid, 20% propionic acid, 12% butiric acid and trace amounts of valeric acid, iso-valeric acid, iso-butiric acid, heczanoic acid. For HRT5 is; 49% acetic acid, 28% propionic acid, 16% butiric acid and trace amounts of other acids. 
For batch studies 50 mL bottles are used for different pH (5,5, 6, 7, 8, 9) and retention times (0,5, 1, 3, 6, 12). With the batch studies, optimum conditions are investigated for the highest volatile fatty acid production. Therefore, sodium molybdate is added in reactors at different pH (5,5 , 6, 7, 8, 9) and HBS (0,5 , 1, 3, 6, 12).
The optimum conditions for VFA production are studied. Although it has been indicated that in lower pH values the VFA production is higher in literature, in this study it has been observed that in pH 5,5 and pH 6 values acidification rate is lower but for pH 7 and pH 8 values it goes up to 67%. When we make an overall assessment, pH 7 and 8 values are optimum conditions for highest volatile fatty acid production. And highest VFA production is reached at HBS 6 day. Also, 50% of the total VFA produced  is acetic acid. High prodcution of VFA could be considered for usage in different areas.