Zeytin karasuyunun biyometana dönüştürülmesinde farklı anaerobik proses konfigürasyonlarının incelenmesi
Examination of different anaerobic boprocess configurations on biomethane production from olive mill effluent
Yazar: FATİH TUTUK
Danışman: DOÇ. DR. NURİ AZBAR
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mühendislik Bilimleri Bölümü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2008
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Biyoteknoloji = Biotechnology ; Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Biyogaz = Biogas ; Zeytin karasuyu = Olive waste water

Özet:
Zeytin yetiştiriciliğinin olduğu ülkeler arasında Türkiye İspanya, İtalya ve Yunanistan'ın ardından 4. sırada yer almaktadır. Zeytinyağı üretimi sırasında santrifügasyon basmağındaki yıkama prosesleri sonucu zeytin karasuyu adı verilen atık su açığa çıkmaktadır. Yüksek organik madde ve fenolik bileşik içeriğine sahip olan zeytin karasuyunun kontrolsüz bir şekilde çevreye deşarjı çevresel sorunlar beraberinde getirmektedir. Geniş bir coğrafik alana yayılmış halde bulunan küçük ve orta ölçekli işletmelerde açığa çıkan zeytin karasuyu (ZKS) ekonomik ve çevresel bir sorun oluşturmaktadır ve henüz geçerli bir çözüm öne sürülmemiştir.Anaerobik biyoteknoloji özellikle organik içeriği yüksek sanayi atıklarının değerlendirilmesi için çok iyi bir alternatiftir. Atık bertarafının yanı sıra değerli bir ürün olan biyogaz üretimi ve kompost gübre eldesi ve çıkış suyunun sulamada kullanılmasının mümkün olması bu teknolojileri cazip kılmaktadır.ZKS içeriğindeki uzun zincirli organik ve fenolik bileşiklerden dolayı tamamen parçalanamamaktadır. Biyolojik parçalanabilirliğin düşüklüğü olarak tanımlanan bu durum biyogaz eldesinde de verim kayıplarına yol açmaktadır.Yukarı akışlı anaerobik çamur yatak (UASB), kabartılmış granüllü anaerobik çamur yatak (EGSB), anaerobik filtre (AFB), anaerobik hibrid (AHB) olmak üzere toplam dört değişik biyoreaktör tipi sürekli çalıştırılarak incelenmiştir. Yukarı akışlı işletme modunda çalıştırılan bu reaktörler besleme suyuna göre iki değişik şekilde işletilmiştir. Bu çalışmanın ilk etabında tüm biyoreaktörler önce hiçbir ön işlemden geçmemiş ham ZKS ile beslenmiştir. İkinci etapta ise seçilen ileri oksidasyon prosesleri ön işlem amacıyla kullanılmış ve bu ön işlemden geçmiş ZKS reaktörlere beslenmiştir. Tüm bu çalışmalarda temel olarak giriş organik madde seviyesi ve hidrolik alıkonma zamanının (HRT) reaktörlerin performansına olan etkisi incelenerek uygun tasarım değerlerine ulaşılmaya çalışılmıştır. Bu bağlamda organik yükleme hızına etki eden substrat konsantrasyonu (KOİ) 5, 15, 30, 40, 75 ve 100 g KOİ/L aralığında değiştirilmiş ve hidrolik alıkonma süresi de 10, 7,5, 5 ve 2,5 gün mertebelerinde incelenmiştir. Genel olarak tüm reaktörlerde bu iki parametrenin ayrı ayrı etkisinden ziyade OLR değeri olarak etki ettiği gözlenmiştir. En iyi giderim ve gaz üretiminin 8-10 g KOİ/L.gün aralığında olduğu gözlenmiştir. HRT açısından bakılacak olursa 10 günlük alıkonma süresinde en iyi verimler gözlemlenmiştir. Diğer önemli bir gözlem ise sürekli denemelerde uygun aklimasyon (alışma) protokolü uygulanması halinde inhibisyonun önemli ölçüde ortadan kaldırılabileceği tespit edilmiştir. Bununla birlikte ham ZKS ve çeşitli ön işlemlerden geçmiş ZKS beslemeleri genel olarak karşılaştırıldığında ön işlemlerin çıkış suyu kalite değerleri açısından ham ZKS denemelerine göre daha iyi olduğu görülmüştür. Daha önce 104T366 no'lu, ?Zeytinyağ Karasuyunun Biyolojik Parçalanabilirliğinin Fizikokimyasal ve İleri Oksidasyon Prosesleri İle İyileştirilmesi? adlı, TÜBİTAK projesi kapsamında yapılan denemelerden yola çıkılarak en iyi sonuçları veren ileri oksidasyon işlemleri (Al2(SO4)3, US, Fenton, US+H2O2, O3, US+UV+O3+H2O2) sırasıyla ham ZKS' ye uygulanmış ve bu ön işlemden çıkan ZKS besleme suyu olarak kullanılmıştır. Önişlem uygulanmış denemelerde en iyi KOİ giderimi %97 ile hibrid reaktörde fenton denemesinde, en yüksek fenol giderimi ise %90 ile UASB'de görülmüştür. Genel olarak UASB, EGSB, AFB ve AHB reaktörleri arasında çıkış suyu kalite değerler ve performans açısından bir fark bulunmamıştır. Bu bağlamda, herhangi bir dolgu malzemesi gerektirmeyen UASB reaktörünün pratik uygulamalarda 10 günlük HRT ve 10 g KOİ/L. gün organik yükleme hızında kullanılması önerilebilir. UASB reaktörlerinde görülebilecek ani biyomas yıkanması göz önüne alındığında AHB reaktörünün avantajlarından yararlanılması hususu da göz önünde tutulmalıdır.Anahtar Kelimeler: Zeytin karasuyu, Anaerobik Biyoteknoloji, Önişlem, Biyoproses Konfigürasyonları, Sürekli Reaktörler, Biyogaz

Abstract:
Olive oil is nearly totally produced in the Mediterranean region. %75 of the annual production in the world comes from European Union countries around the Mediterranean Sea. Within the olive growing countries in the Mediterranean area Turkey is on the 4th place after Spain, Italy and Greece. The production of olive oil leads to production of solid waste (called as olive cake), and liquid waste (called as olive mill effluent (OME) or black water) as a by-product. Discharging the olive mill effluent containing high organic content without any precautions contributes to environmental pollution. Olive mill has a high organic content furthermore many olive oil producing plants are small scale and they are widen to large geographical areas. For this reason the high costs of a wastewater treatment plants could not be paid by a small-scale plant itself and a valid solution is not suggested yet.Especially for the treatment of industrial wastewater having a high organic content anaerobic biotechnology is a good and economically feasible alternative. While degradation of organic contents of wastewater a gaining a valuable product like biogas production makes these technologies attractive alternatives.Because of the long chain organic compound and phenolic compound content, OME could not be degraded totally. This situation is described as weak biodegradability and it results in low yield of biogas production and biodegradability.Continuous experiments were carried out with upflow anaerobic sludge blanket (UASB), expanded granule sludge blanket (EGSB), anaerobic filter bioreactor (AFB), anaerobic hybrid bioreactor (AHB). Two different operation mode were used for upflow reactor configurations as follows: firstly, raw OME was fed for the first period of the study latter on feeding was carried out by using pretreated OME. In all these studies, mainly the effect of HRT and OLR was evaluated. In this context, COD was varied between 5 and 100 g /L and HRT was varied between 2,5 and 10 days. In general, apart from the single effect of these two parameters, but combined effect of both were noticed. The best removal and biogas production was obtained at an OLR of 8-10 g COD /L.day. In terms of HRT, 10 day was the best one. Other important observation is that the inhibiting effect of OME was not so important if a suitable acclimation protocol was applied. When the results obtained with either raw OME or pretreated OME were compared, it was observed that effluent quality after pretreatment was always better. For continuous experiments the following pretreatment alternatives were chosen: (Al2(SO4)3, US, Fenton, US+H2O2, O3, US+UV+O3+H2O2). The best COD removal was obtained in AHB reactor with a pretreatment of Fenton process resulting in a 97% COD. But on the other hand, UASB was the best one in terms of total phenol reduction which was 90%. The effluent quality form all these reactors were almost the same from the practice point of view. The UASB that does not require any packing material could be suggested for real Application with design values of HRT 10 days and OLR 10kg COD/L.day. On the other hand, considering the risk of biomass wash-out, it could be wise to use hybrid reactor because of its advantage in capturing the suspended solids.Keywords: Olive Mill Effluent, Anaerobic Biotechnology, Pretreatment, Bioprocess Configurations, Continuous Reactors, Biogas