Zor ayrışabilen katı atıkların biyoreaktörlerde parçalanması
Decomposition of low biodegradable solid wastes in bioreactors
Yazar: YONCA KILIÇ
Danışman: PROF. DR. OSMAN NURİ AĞDAĞ
Pamukkale Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Biyoreaktörler = Bioreactors ; Katı atıklar = Solid wastes ; Metan = Methane ; Tarımsal atıklar = Agricultural wastes ; Verim = Yield

Özet:
Biyoreaktör depolama sahaları, katı atıkların hızlı bir şekilde parçalanmasını ve metan gazı elde edilmesini sağlayan katı atık bertaraf yöntemidir. Sızıntı suyu resirkülasyonunun gerçekleştirildiği biyoreaktörler genellikle anaerobik olarak işletilir. Ancak, ayrıştırılan atıkların türüne göre farklı işletme şartlarında da çalıştırılabilirler.
Lignin ve selüloz içeriği yüksek olan atıkların biyolojik parçalanması oldukça zordur. Özellikle anaerobik şartlarda (üstelik nem eksikliği de varsa) bu tür atıklar neredeyse hiç ayrışmaya uğramaz.
Bu çalışmada; biyolojik olarak zor parçalanan, lignin-selüloz içeriği yüksek olan tarımsal katı atıkların semi-aerobik biyoreaktörlerde parçalanması ve metan gazı elde edilmesi araştırılmıştır. Bu amaçla iki adet laboratuvar ölçekli paslanmaz çelik simüle biyoreaktör kullanılmıştır. Biyoreaktörlere biyolojik olarak zor parçalanan tarımsal atıklardan ayçiçeği sapı, kekik atığı, fındık zürufu ve park-bahçe atıkları farklı oranlarda ve kentsel katı atıkların organik kısmı ile karıştırılarak yüklenmiştir. Biyoreaktörler farklı işletme koşullarında çalıştırılmıştır. Biyoreaktörlere yüklenen atıklarda selüloz, hemiselüloz, lignin ve başlangıç ve sonuç organik madde içeriklerine bakılmıştır. Sızıntı sularında pH, KOİ, BOİ, NH4-N, TKN gibi parametreler analiz edilmiş, toplam gaz ve metan gazı miktarları ölçülmüştür.
Başlangıçta biyoreaktörler anaerobik olarak işletilmiştir. Ayçiçeği sapının anaerobik biyoreaktörlerde parçalanması sonucu %43 organik madde giderimi olurken, semi-aerobik / anaerobik işletmede %60 organik madde giderimi gerçekleşmiştir. Bunun üzerine diğer tarımsal atıklar semi-aerobik / anaerobik işletme koşullarında ayrışmaya tabi tutulmuştur. Çalışma sonucunda, genel olarak semi-aerobik ön işlem yapılmasının lignin ve selüloz içeriği yüksek tarımsal atıkların parçalanmasını hızlandırdığı, sızıntı suyu KOİ değerlerini düşürdüğü ve metan miktarını artırdığı söylenebilir.

Abstract:
Bioreactor landfills are a solid waste disposal method that supply rapid solid waste degradation and methane acquirement. Bioreactors in which leachate circulation is carried out are generally operated anaerobically. However, they can also be operated under different operating conditions, depending on the type of solid waste.
The biodegradation of wastes with high lignin and cellulose content is very difficult. Especially in anaerobic conditions (moreover, if there is a lack of moisture), such wastes almost never decompose.
In this study, the degradation of agricultural solid wastes which are difficult to biodegrade and have high lignin-cellulose content, and the production of methane gas in semi-aerobic bioreactors have been investigated. For this purpose, two laboratory scale stainless steel simulated bioreactors were used. Sunflower stalk, thyme waste, hazelnut husk and park-garden wastes, which are difficult to biodegrade, were loaded into the bioreactors in different proportions and mixed with the organic fraction of municipal solid waste (OFSWM). The bioreactors were operated under different operating conditions. The contents of cellulose, hemicellulose, lignin, and initial and final organic matter in the wastes loaded into the bioreactors were examined. Parameters such as pH, COD, BOD, NH4-N, TKN in the leachate were analyzed, and the amounts of total and methane gas were measured.
Initially, all bioreactors were operated anaerobically. In the decomposition of the sunflower stem, while 43% of organic matter removal was achieved in anaerobic bioreactor, 60% of organic matter removal was realized in the semi-aerobic / anaerobic bioreactor. Thereupon, other agricultural wastes were subjected to decomposition under semi-aerobic / anaerobic operating conditions. As a result of the study, it can be said that semi-aerobic pretreatment accelerates the breakdown of agricultural wastes with high lignin and cellulose content, decreases the COD values of leachate and increases the amount of methane.