Kompostlaştırma prosesinde sıcaklık ve havalandırma oranı arasındaki ilişkilerin belirlenmesi
Determination of relationships between aeration rate and temperature in composting process
Yazar: RAMAZAN ÇAYLAK
Danışman: DOÇ. DR. RECEP KÜLCÜ
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Tarım Makineleri Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Organik atıkların oksijenli şartlar altında mikroorganizmalar tarafından ayrıştırılması işlemine kompostlaştırma denilmektedir. Kompostlaştırma işlemi ekzotermik bir reaksiyondur ve biyokimyasal işlem sonucunda ısıl enerji açığa çıkmaktadır. Açığa çıkan ısıl enerji atık yığınlarının sıcaklığını yükselterek (>55°C) pastörizasyon etkisi yapmaktadır. Ayrıca işlem süresince mikroorganizmaların organik bağları parçalaması sonucunda bitki besin elementleri bitkiler tarafından kullanılabilir forma dönüştürülmektedir. İşlem sonucunda patojen mikroorganizmalardan arınmış, bitkilere yarayışlılığı arttırılmış ve gübre değeri olan toprak düzenleyici ürün elde edilmektedir. 

Başarılı bir kompostlaştırma işlemi gerçekleştirmenin iki temel şartı vardır. Bunlar, yığın içerisinde aerob (oksijenli) şartların sağlanması ve sıcaklığın korunmasıdır. Kullanılan teknolojinin düzeyine bağlı olarak sistemlerin başarı dereceleri farklı olmaktadır. Kapalı sistemlerde başarı yüksek olurken açık sistemlerde başarı biraz daha düşük olmaktadır. Ancak kapalı sistemler yüksek yatırım ve işletme maliyetleri nedeniyle mantar kompostu gibi ekonomik değeri yüksek ürünlerin üretilmesinde veya belediye atıklarından üretilen kompost gibi altyapı faaliyetlerinde kullanılmaktadır. Tarımsal atıkların kompostlaştırılmasında ise açık veya yarı açık sistemler olan karıştırmalı ve statik yığın sistemleri kullanılmaktadır. Karıştırmalı yığın sistemlerinde oksijenli şartlar bir yığın karıştırıcı tarafından sağlanmaktadır ve karıştırıcı yığınları aktif aşamada haftada 3 kez, ilerleyen aşamalarda haftada 1 kez karıştırmaktadır. Statik yığın sistemlerinde ise yığınlar içerisinde düzenli olarak hava üflenerek oksijen desteği sağlanmaktadır. Karıştırmalı sistemlerde sürekli olarak oksijen desteğinin sağlanamaması nedeniyle yığınlarda anaerob (oksijensiz) bölgeler oluşmakta ve bunun sonucunda yığınların bazı kısımlarında sıcaklığın yükselmediği, ayrışmanın yavaşladığı ve metan gazının oluştuğu görülmektedir. Ülkemizde tarımsal atıkların kompostlaştırılmasında yaygın olarak karıştırmalı yığın sistemleri kullanılmaktadır. 

Statik yığın sistemlerinde kullanılan proses kontrol cihazları Rutger?s ve Beltsville stratejilerine göre kontrol yapmaktadır. Beltsville havalandırma kontrolünde mikroorganizmaların oksijen ihtiyacı temel alınmakta ve zamanlayıcı kullanılarak proses kontrolü yapılmaktadır. Rutger?s stratejisinde ise Beltsville stratejisinden farklı olarak yığın sıcaklığının 60°C?nin üstüne çıkması engellenmektedir. Beltsville ve Rutger?s stratejilerinde sabit debili havalandırma yapılmaktadır.

Tez kapsamında ülkemizde statik yığın sistemlerinde kullanılacak proses kontrol cihazları için gerekli bir parametre olan proses sıcaklığı ve havalandırma oranı arasındaki ilişkilerin belirlenmesi hedeflenmiştir. Bütün denemeler PLC kontrolünde reaktör tipi kompostlaştırma (200 l hacimli) sisteminde gerçekleştirilmiştir. Denemeler 3 aşamada gerçekleştirilmiştir. 1. aşamada denemelerde kullanılacak tavuk gübresi ve saman karışımlarının kompostlaştırılması için en uygun karışım oranlarının belirlenmesi hedeflenmiştir. 1. aşama denemelerinde karışımlar C/N oranları temel alınarak oluşturulmuştur. Bu denemelerde C/N oranı 18 olan en uygun karışım olarak tespit edilmiştir. 2. ve 3. aşama denemelerde önceki denemede belirlenen C/N oranı 18 olan karışım kullanılmıştır. 2. aşama denemelerde y=ax+b eşitliğinde kullanılacak en uygun değerler karşılaştırılmıştır. Belirlenen eşitlik sıcaklığa bağlı olarak çalışmakta ve sıcaklık arttıkça ortamın oksijen ihtiyacını karşılamak için havalandırma yapmaktadır. 3. aşama denemelerde var olan sistemlerle elde edilen eşitliğin başarı ölçümü yapılmıştır. Denemeler sonucunda elde edilen eşitlikler Beltsville ve Rutger?s stratejileriyle enerji tüketimi yönüyle karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak elde edilen veriler doğrultusunda enerji tüketiminin düşük olması istenen sistemler için havalandırmada y=0,075x-2,1667 eşitliğinin kullanımının mevcut sistemlere göre daha avantajlı olduğu ortaya çıkartılmıştır.
Anahtar	kelimeler:Kompostlaştırma,sıcaklık?havalandırma,	organik	atıklar

Abstract:
Composting is defined as process of decomposition of organic wastes by microorganisms under oxygenated conditions. Composting is an exothermic reaction process and thermal energy is released as a result of the biochemical process. Waste heat energy has the effect of pasteurization of piles since microorganisms raise the temperature (> 55°C). In addition, plant nutrients existed as results of destruction of organic bound by microorganisms during the composting is transformed into the form which plant can take up. The soil conditioner, which is the pathogen-free, enhanced usefulness to plant, and value-added product, is obtained from the results of composting operation.

There are two basic conditions for achieving a successful composting operation. These are maintaining oxygenated conditions in compost matrix and to preserving temperature in pile. Degrees of success of the systems changes depending on the level of technology. Higher success is achieved in the closed systems whereas slightly lower success is attained for the open systems. However, closed systems due to the high investment and operating costs to produce products of high economic value, such as mushroom compost or composted municipal waste produced are used in activities such as infrastructure. Furthermore, composting of agricultural wastes is realized in turned windrow or aerated static pile systems which are open or semi-open systems. Oxygenated conditions in turned windrow systems are maintained by compost turner and piles are turned 3 times per week at the active stage, then once per week at the later stages. On the other side, oxygen to static pile systems is maintained by blower systems on a regular basis. Due to being not able to support oxygen continuously in turned composting systems, anaerobic (without oxygen) zones in piles exist, the temperature cannot increase at these zones, and formation of methane can be observed. Turned windrow system is widely used for composting of agricultural wastes in 

Process control devices used static pile systems employ the Rutgers and Beltsville aeration control strategies. Oxygen demand of microorganisms in Beltsville aeration control strategies is targeted and a timer is used in process control.  Rutgers strategy, which is different than the Beltsville? strategy, stack temperature cannot exceed above 60°C. Constant air flow rate regardless of the ventilation are used in both Beltsville and Rutgers strategies.

In the framework of this thesis, the correlations between the process temperature which is a parameter necessary for the process control devices to be used in the static polymer systems in our country and the ventilation ratios have been targeted to be identified. All experiments have been realised under the Programmable Logic Controller (PLC) within the system of reactor-type fertilizer (volume of 200 l). In the first phase, the most appropriate mixture ratios for the fertilization of the mixture of chicken manure and hay have been targeted. In the experiments made under the first phase, the mixtures were obtained as based on C/N rates. In these experiments, the mixture whose C/N ratio is 18 has been identified as the most appropriate mixture. In the second phase experiments, the mixture with its C/N ratio 18 has been used. In these experiments, the most proper values to be used in the equation of y=ax+b have been compared with each other. The equation identified works as based on the temperature and makes ventilation to meet the necessity of oxygen for the environment while the temperature increases. In the third phase, the success of equation ensured through the existing systems has been measured. The equations obtained as a result of the experiments have been compared with the strategies of Beltsville and Rutger?s in terms of their energy consumption. In line with the data obtained as a result, the usage of the equation of y=0,075x2,1667 in the ventilation of the systems whose energy consumption is desired to be low has been identified as more advantageous than the existing systems.
Keywords:Composting,heat?ventilation,organic	wastes