Zeytin işleme ve zeytinyağı üretim tesisleri atıklarının entegre yönetiminin araştırılması
Investigation of integrated management of olive processing and olive oil production plants wastes
Yazar: EDA ÜNAL
Danışman: PROF. DR. İSMAİL TORÖZ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Çevre Bilimleri, Mühendisliği ve Yönetimi Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Endüstriyel atık su = Industrial waste water ; Kentsel atık sular = Municipal waste waters ; Yeşil zeytin = Green olive ; Zeytin karasuyu = Olive waste water ; Çevre yönetim sistemi = Environmental management system

Özet:
Bu çalışmada, zeytin işleme ve zeytinyağı üretim tesislerinde ortaya çıkan atıklardan karasu ve salamura suyunun özellikleri itibariyle arıtılmalarında yaşanan sorunlardan dolayı, atıkların ayrı ayrı ele alınarak bertarafı yerine, tümünün birlikte dikkate alınarak entegre bir çözüm önerilmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla, pirinanın yüksek kalorifik değerinden yararlanılarak gazlaştırma prosesine tabi tutulmasının önerildiği çalışmada (Toröz, vd. 2015) bulunan sonuçların tüm havzalar için uygulanabilirliği incelenmiştir. 
Literatürde salamura suyu ve karasu için verilmiş özellikler dikkate alınarak, tüm havzalar için ayrı ayrı olmak üzere kirlilik yükleri hesaplanmıştır. TUİK 2016 tahmini rekolte değerlerine göre yapılan hesaplamalar sonucu tüm havzalarda 826.563 m3/yıl zeytin karasu, 194.840 m3/yıl salamura suyu oluştuğu hesaplanmıştır. Buna göre, Ege bölgesinde bulunan havzaların (Gediz, Küçük Menderes ve Büyük Menderes) Türkiye'deki ilgili sektördeki kirlilik yükünün %50'sini oluşturduğu anlaşılmıştır. 
Zeytinyağı üretiminden kaynaklanan karasu ve zeytin işlemeden ortaya çıkan salamura suyu yüksek derişimlerde Biyokimyasal Oksijen ihtiyacı (BOİ), Kimyasal Oksijen ihtiyacı (KOİ), Askıda Katı Madde (AKM), yağ ve gres ile fitotoksik özelliği olan çeşitli fenol ve polifenol bileşikleri içermeleri, söz konusu sektör atık sularının önemli bir kirlilik potansiyeline sahip olduklarını göstermektedir. Karasudan ileri gelebilecek kirlilik yükünün havzalar bazındaki potansiyeli göz önüne alınarak yapılan hesaplamada biyokimyasal oksijen ihtiyacının (BOİ) maksimum. 99.187 ton/yıl, kimyasal oksijen ihtiyacının (KOİ) maksimum 123.984 ton/yıl, polifenol bileşiklerinin ise maksimum 1.983 ton/yıl mertebelerinde olduğu hesaplanmıştır. Üretim yapılan tüm havzalar baz alınarak salamura suyundan ileri gelebilecek kirlilik yükü potansiyeli hesaplamasında ise biyokimyasal oksijen ihtiyacının (BOİ) maksimum 3.896 ton/yıl, kimyasal oksijen ihtiyacının (KOİ) maksimum 6.819 ton/yıl, polifenol bileşiklerinin ise maksimum 1.168 ton /yıl olduğu görülmüştür. Uluslararası kanser araştırma kurumunun yapmış olduğu çalışmalara göre, bir insanın alabileceği en fazla fenol dozu kg başına 1 gr düzeyinde olduğu ve bu değerlerde fenol alan bireylerde böbrek bozuklukları, ağır sarsıntılar hatta ölüme bile neden olabileceğinin belirlenmesi durumun ciddiyetini gözler önüne sermektedir.
Kentsel arıtma tesislerinde, arıtmaya gelen yük hesabında, nüfus değerleri dikkate alınmakta, nüfusa göre organik madde ve diğer kirlilik yükleri hesaplanmakta, buna göre de tesis boyutlandırmasına gidilmektedir.  Kanalizasyona bağlı olan alanlarda karasu veya salamura suyunun doğrudan kanala verilmesi halinde, arıtma tesisine gelecek kirlilik yükleri de artacaktır. Bu sebeple, zeytin sektörü atıklarının kirlilik boyutlarının daha iyi anlaşılabilmesi amacıyla eşdeğer nüfus hesaplamaları yapılmıştır. Bu hesaplamalarda, sözü edilen atıksuların maksimum 1 ay içerisinde tümünün kanala deşarj edildikleri kabul edilmiş, buna göre havzalarda deşarj edilen tüm karasu için organik yük (BOI) bazında eşdeğer nüfus hesapları yapılmıştır. Bu hesaplamalar sonucu, karasu için eşdeğer nüfusun minimum 7.653.361, maksimum 61.226.889 olduğu, salamura atıksu için ise minimum 962.173, maksimum 2.405.432 olduğu tespit edilmiştir. Eşdeğer nüfus hesabı yapılan havzalarda 2016 yılı için toplam nüfusun 64.447.881 olduğu dikkate alındığında, karasu ve salamura suyunun kirlilik yükünün oldukça yüksek olduğu anlaşılmaktadır. Karasu için eşdeğer nüfus değerlerinin en fazla Büyük Menderes havzasında olduğu, salamura suyu için eşdeğer nüfus değerlerinin en fazla Gediz havzasında olduğu gözlenmiştir.
Ülkemizde pirinanın neredeyse tamamı, yağı alındıktan sonra yakıt olarak kullanılmakta, bunun dışında birçok alanda da kullanımı söz konusu olmaktadır. Pirina için halihazırdaki değerlendirme yolu dikkate alınarak yola çıkılan ve entegre yönetim sisteminin önerildiği çalışma için de pirinanın enerji değeri önemli olup, tüm havzalardaki enerji potansiyelinin bilinmesi, yapılacak diğer çalışmalar için de önem taşımaktadır. Bu amaçla, havzalarda ortaya çıkan pirina miktarları ve pirinanın içerdiği ortalama kalorifik değer dikkate alınarak enerji potansiyeli hesaplanmıştır. Yapılan hesaplama sonucunda pirinadan elde edilecek en yüksek enerji potansiyelinin 55,10 MW ile Aydın ilinde olduğu görülmüştür. Havza ve il bazında yapılan hesaplamalar sonucu Büyük Menderes Havzasında yer alan Aydın ilinin yağlı pirina miktarına göre enerji üretme potansiyeli en yüksek ilimiz olduğu tespit edilmiştir. Ayrıca, entegre yönetim sisteminin esasını oluşturan pirinanın gazlaştırılması sonucu elde edilen ısıl güç, elektrik üretimi amacıyla türbinlere gönderilmekte ve elektrik enerjisi üretimi gerçekleştirilmektedir. Havzalarda ortaya çıkan toplam pirinanın kalorifik değerinden hareketle hesaplanan enerji değeri 270 MW olarak bulunmuştur. Bu enerji değerinin %15'inin elektrik enerjisine çevrilebildiği dikkate alındığında, pirinadan toplam elektrik enerjisi üretme potansiyelinin tüm havzalar için yaklaşık 40 MW olduğu bulunmuştur.
Tezde açıklanan entegre yönetim sisteminde pirina gazlaştırılarak gaz elde edilmesi, bu gazın da yakılarak elektrik enerjisi elde edilmesi hedeflenmiştir. Yakma prosesi sırasında ortaya çıkan atık ısı salamura suyu ve karasuyu buharlaştırmak amacıyla kullanılmıştır. Karasuyun buharlaştırılması sonunda elde edilen kek, pirina ile birlikte gazlaştırmaya gönderilerek ilave enerji elde edilmesi amaçlanmıştır.   
Çalışmanın son kısmında, yaklaşık yatırım maliyetleri ve işletme maliyetleri için literatür araştırılması yapılmıştır. Örnek olarak 2 MW saat gücünde pirina gazlaştırma, evaporasyon ve salamura atıksu arıtımı bir arada yapıldığında toplam yatırım maliyetinin ortalama 8.815.000 dolar, net kazancın 1.246.610 dolar ve yatırım geri dönüşümünün 7 yıl olduğu görülmüştür. 
Sonuç olarak, zeytincilik sektöründen kaynaklanan kirliliğin kontrolü için bütün atıkların bir arada ele alınarak entegre yönetim anlayışıyla konuya bakılması gerektiği, ilk yatırım giderlerinin yüksek olmasına rağmen, kısa vadede kendini amorti edeceği, ancak entegre yönetim konusunda yetki ve sorumluluk taşıması gerekenlerin kim veya kimlerin olacağı hususunun açığa kavuşturulması gerektiği, bu amaçla idari anlamda yapılacak yasal düzenlemelerin önemli olduğu anlaşılmıştır.

Abstract:
17 million tons of olive are obtained from 900 million olive trees which is located about 9 million hectares of area in the world. 90% of the olive cultivation is done in the Mediterranean Basin, and most of the remaining part is made in Latin America. The production share of the EU member states is about 69% in the Mediterranean basin. Spain, Italy and Greece are the major olive-producing countries in the region. According to TUIK data, our country is in the 6th rank in the world olive production with 1 million 743 thousand tons olive production per year in the period of 2015-2016.
World olive oil production is 2 million 800 tons on average between the years 2012-2016. 70% of the olive oil production is made up of EU (European Union) countries, mainly Spain, Italy and Greece. The share of Turkey in world olive oil production is fluctuating from year to year and is around 5%. With this ratio, Turkey is in the 5th rank in the world olive oil production (FA0,2016). Olive and olive oil production in Turkey is mostly done in the Aegean and Marmara regions. Aydın, Izmir, Muğla, Balıkesir, Manisa, Çanakkale are important olive production provinces (Olive and Olive Oil Report, 2016).
The methods used for the production of olive oil are divided into two; as the incision method and the continuous production method. The incision method is based on the principle of oil being released by hydraulic presses. Continuous production systems are more modern and based on the principle that oil is released by centrifugation. 
In incision production systems, olives are washed by adding process water, then grained by crushing and finally kneaded with hot water.The dough is pressed after kneading and seperated in to two pieces in the form of oil and wastewater. The solid phase is called as prina and is assessed as a by-product.
In the continuous production system, it is based on the principle of separation of oil and wastewater with the help of decanters instead of pressed olives. This method is also divided into two; three-phase and two-phase depending on the separation method. 
In the three-phase production system, pressurized water is added while the dough which is formed after kneading is fed to decanter. With this added water, the amount of wastewater from the system increases. This leads to environmental problems. 
Process water is not used in decanters in a two-phase production system and prina contains all the olive fruit juices. This system has been created because the water used in the three-phase system is a problem for the environment.
As a result of the production of olive oil, two types of waste are formed in general as liquid and solid (prina). These liquid wastes are separated into wastewater and wash water. 
Karasu is a wastewater containing valuable organic trace elements such as phosphorus, potassium and sugars, nitrogen compounds, volatile fatty acids, pectin, polyphenols, in dark brown red color which is turned on at the end of olive oil production. Olive wastewater is characterized by high chemical oxygen demand (COI), biochemical oxygen demand (BOD), suspended solids (AKM), fat and dark color. Physical, chemical, biological, advanced treatment processes and combinations of these processes have been tried to treat wastewater. Treatment methods are applied in lagoons, which are mainly physical treatment methods in our country.
Prina wastes are part of fruit meat, seeds and water left after olive oil after decanting and squeezing. In this sense, prina is regarded as a by-product, not waste. Skimmed prina is used as fuel, muck, feed for great cattle, defoamer in soap industry and sugar factories. The energy potential of prina is high, therefore it's mostly used as fuel.
According to the 2016 TUIK data, 20 of the 26 major river basins in our country olive production is done. The annual brine production was 194,840 m3/year and wastewater was 826,563 m3/year in the calculations made by considering olive tree existence and olive production amounts in the basins. The Aegean region is the region with the highest concentration of brine and wastewater. 
The wastewater produced from the production of olive oil and the brine produced from olive processing contain various phenol and polyphenol compounds with high biochemical oxygen demand (BOD), chemical oxygen demand (KOI), suspended solids (AKM), oil and grease and phytotoxic properties indicates that the sector has a significant pollution potential. The difficulty in the treatment of the mentioned wastewaters is considered to be due to the fact that these wastewaters are highly susceptible to interference with the receiving environment when considering the fact that the wastewater is not currently being operated to a sufficient extent and accordingly it is considered that the degree of pollution loads will be necessary in order to understand the importance of the measures to be taken.
It is estimated that the maximum biochemical oxygen demand (BOD) is 99.187 tons/year, chemical oxygen demand (COD) is maximum 123.984 tons/year and polyphenol compounds are maximum 1.983 tons/year in the calculations made by taking into consideration the potential of the pollution load which can be advanced from the wastewater. 
The maximum biochemical oxygen demand (BOD) is 3.896 tons/year, maximum chemical oxygen demand (COD) is 6.819 tons/year, and maximum polyphenol compounds are 1.168 tons/year in potential pollution load (that may come from brine) calculations based on all basins. 
Population values are taken into account in the calculation of the burden to be treated in the urban treatment plants, organic matter and other pollution loads are calculated according to the population and accordingly the facility is being dimensioned. If wastewater or brine water is supplied directly to sewerage areas, the pollution loads to the treatment plant will also increase. For this reason, equivalent population calculations have been made in order to better understand the pollution dimensions of the olive sector wastes. In these calculations, it was assumed that all of the mentioned wastewaters were discharged into the channel within a maximum of 1 month, and accordingly equivalent population calculations were made on the basis of the organic load (BOI) for all the landings discharged in the basins. As a result of these calculations, it was determined that the equivalent population for karasu is minimum 7.653.361, maximum is 61.226.889, minimum value for brine wastewater is 962.173, maximum is 2.405.432. Considering that the equivalent population is 64,447,881 for the year 2016 in the basin, it is understood that the pollution load of land and brine is quite high. For this reason; equivalent population calculations have been made in order to better understand the pollution dimensions of the olive sector wastes. It has been observed that the equivalent population values for wastewater are mostly in Büyük Menderes basin and brine are mostly in Gediz basin.
In our country, almost all of the prina is used as fuel after the oil is taken, besides it is used in many fields. Considering the current evaluation method for prina, the energy value of prina is also important for the study suggested by the integrated management system and the knowledge of the energy potential in all the basins is also important for the other works to be done. For this purpose, energy potential is calculated by taking into consideration the average calorific value of prina and the amount of prina that occur in the basins. As a result of calculation, it is seen that the highest energy potential to be obtained from the prina is 55,10 MW in Aydın province.
It has been determined that the province of Aydın located in Büyük Menderes Basin has the highest potential to produce energy according to the amount of oiled prina. In addition, the thermal power obtained from the gasification of the pyrene, which is the basis of the integrated management system, is sent to the turbines for electricity generation and the electricity production is realized with the efficiency to be changed according to the 270 MW capacity of the plant and the technology to be selected. For this reason; calculations have been made with the assumption that 15% of the incoming energy has been converted to electricity by selecting a facility. It has been found that the electricity generation potential from prina from all the basins in Turkey is about 40 MW.
Integrated waste management is a system operated in such a way as; not to cause the formation of new wastes, with the aim of recycling primarily by recycling wastes with certain characteristics, but also have economic return. All wastes should be reduced first. If wastes can't be reduced, then they should be reused if it's possible. If this isn't possible, recycling or energy production should be applied. If nothing can be done for these wastes after all these operations are done, they should be disposed of in the last stage. According to this, in order to eliminate the problem of pollution caused by olive wastes, brine, wastewater and prina wastes are evaluated together and solution proposal for controlling all wastes is presented. In this way, solution proposals that can be applied to olive and olive oil production wastes, which have great environmental problems, are presented and the size of the problem will be minimized.
In the integrated management system described in the thesis, it is aimed to obtain gas by gasifying prina and this gas is going to be burned to obtain electric energy. The waste heat generated during the burning process was used to evaporate the brine and wastewater. The cake obtained at the end of evaporation of wastewater was sent to the gasification together with the prina to obtain additional energy.
In the last part of the study, the literature research was done for approximate investment costs and operating costs For example, when combined with prina gasification, wastewater treatment and brine treatment at 2 MW, the total investment cost is about $ 8.815.000 and net profit is 1.246.610.
As a result, for the control of pollution arising from the olive farming sector, all wastes must be considered together and integrated management approach must be taken into consideration. It could be amortized itself in the short term in spite of the high initial investment costs. However; it is necessary to make it clear who will have authority and responsibility for integrated management. it is understood that the legal regulations to be carried out in the administrative sense for this purpose are important.