Kompostlaştırma prosesinden kaynaklanan uçucu organik bileşiklerin açık yatak biyofiltrasyon ile arıtılması sürecinin incelenmesi
Investigation of  volatile organic compounds removal in a full-scale open bed biofilter to treat composting emissions
Yazar: HAKAN ÇELİKTEN
Danışman: PROF. ARSLAN SARAL
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Çevre Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Belediye katı atıkları organik fraksiyonlarının kompostlaştırılması depo sahalarına yönlendirilecek atık miktarlarını azaltmaktadır. Kompostlaştırma işlemi, çeşitli organik katı atıklardan kullanılabilir ve faydalanılabilir  nihai ürün elde edilmesini sağlar. Ancak proses esnasında biyolojik süreçlerden ve atıkların kimyasal bileşiminden kaynaklanan çok farklı UOB türleri ve kokulu gazlar açığa çıkmaktadır. Kokuya sebep olan UOB'lerin biyolojik yöntemlerle arıtılması, etkili ve ekonomik bir seçenek olarak önem kazanmıştır.  
Biyofiltreler; UOB karışımlarının veya inorganik atık gaz bileşiklerinin arıtılmasında önemli bir role sahiptir ve yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu tez çalışmasında kompostlaştırma prosesinden kaynaklanan UOB'lerin gerçek ölçekli açık yataklı biyofiltrasyon prosesinde arıtılması süreci incelenmiştir. Bu sayede kompostlaştırma prosesinden kaynaklanan hedef UOB konsantrasyonları ve bu kirleticilerin biyofiltre ünitesinde giderim verimleri belirlenmiştir.
Çalışma kapsamında TOC cinsinden yapılan atık gaz ölçümleriyle de biyofiltre yatağının performansı ortaya konmuş ve UOB-TOC arasında ilşki belirlenmiştir. Biyofiltre gibi kirletici bileşiklerin mikrobiyal topluluk tarafından katalizlendiği biyolojik proseslerde mikrobiyal aktivitenin sağlanması ve sürekliliği başlıca önemli faktörlerdir.  Bu nedenle, tez çalışmasında biyofiltre ünitesinde dolgu malzemesi olarak kullanılan ağaç parçacıklarında biyolojik bozunmada rol alan mikrobiyal popülasyonlar DNA izolasyonu, PCR ve dizileme teknikleriyle tanımlanmıştır.
Hedef UOB türleri için Kasım, Ocak Nisan, Mayıs ve Haziran aylarında biyofiltre ünitesine beslenen ortalama giriş konsantrasyonları sırasıyla 57.9, 11.51, 4.54, 5.09 ve 10.26 mg m-3 olup bu giriş konsantrasyonları için giderim verimleri ise sırasıyla % 45, % 62, % 32, % 32 ve % 40 olarak tespit edilmiştir. Kullanılan dolgu malzemesinde zamanla meydana gelen bozulmalar giderim veriminin azalmasına neden olmuştur.
Aynı dönemlerde (Ocak, Nisan, Mayıs ve Haziran) yapılan TOK - UOB ölçümleri, incelenen UOB'lerin toplam mg C m-3 cinsinden hesaplanan UOB konsantrasyonunun % 1 ile % 4'lük bir kısmını temsil ettiğini göstermiştir. Bu sonuçlar, tez çalışmasında araştırılan hedef UOB'ler haricinde kompostlaştırma prosesinden kaynaklanan çok farklı C- UOB'ler olduğunu ortaya koymuştur.
Çalışma kapsamında biyofiltre dolgu malzemesinde  belirlenen türler içerisinde Bacillaceae (Solibacillus silvestris, Bacillus licheniformis, Bacillus cereus ,Bacillus paralicheniformis) ve Enterobacteriaceae (Enterobacter cloacae, Enterobacter ludwigii, Serratia marcescens) bakteri ailesinin  sırasıyla 53%   ve 47 % hakim olduğu sonucuna varılmıştır.
Elde edilen sonuçlar, biyofiltre prosesinde kullanılan dolgu malzemesi seçiminde homojen ve dayanıklı malzemelerin tercih edilmesi gerektiğini göstermiştir. Ayrıca biyofiltre yatağının kurumaya başladığı dönemlerde dolgu malzemesinin nemlendirilmesi, ömrününün uzamasına ve biyofiltre ünitesinin giderim veriminin iyileştirilmesine katkı sunacaktır.

Abstract:
Composting of organic fractions of municipal solid waste reduces the amount of waste to be directed to landfills. Various organic can be used Composting process in order to acquire valuable end product. But various types of odorous VOCs are released due to organic decomposition and material composition. Biological treatment of VOCs that cause odors, gained importance in terms of efficiency and ecenomical aspects.
Biofilters have an important role treatment of VOC mixtures or inorganic waste gas compositions and they are widely used. In this study, the treatment process of VOCs at a full-scale biofilter was investigated. Target VOCs species and their removal efficiencies were determined.
Waste gas measurements were recorded in terms of TOC and treatment performance was determined. Then, the relation between VOC and TOC was revealed. Microbial activity and sustainability in biological processes, where biodegradable contaminants such as the biofilter are catalyzed by the microbial community, are important factors. Fort this reason, microbial populations taking part in biodegradation of wood chips used as filling material in biofilter unit were identified by PCR and sequencing techniques. 



The average inlet concentrations for the target VOCs supply to the biofilter unit in November, January, April, May and June were 57.9, 11.51, 4.54, 5.09 and 10.26 mg m-3 , respectively and the removal efficiencies for these inlet concentrations were 45%, 62%, 32%, 32% and 40%, respectively. The deterioration of the filling material, caused reduced removal efficiencies by the time.
TOC - VOC measurements in the same periods (January, April, May and June) showed that the quantified VOCs represented only 1% to 4% of the VOC concentration calculated in total mg C m-3. These results showed that there are various C-VOCs resulting from the composting process except for the target VOCs investigated in the this study.
Bacillaceae (Solibacillus silvestris, Bacillus licheniformis, Bacillus cereus, Bacillus paralicheniformis) and Enterobacteriaceae (Enterobacter cloacae, Enterobacter ludwigii, Serratia marcescens) dominated the bacterial family in the packing material by 53% and 47%, respectively.
The results showed that homogenous and stable materials should be preferred in the selection of the packing material used in the biofilter process. In addition, moisturizing of the paaking material during the periods when the biofilter bed begins to dry, will contribute to prolonging the life of  packing material and improving the removal efficiency of the biofilter unit.