Biyoreaktör depo sahalarında nanomalzemelerin davranışları ve atıkların ayrışma prosesleri üzerindeki etkilerinin araştırılması

Nanopartiküllerin malzemeye kazandırdıkları özellikler sebebiyle, tüketici ürünlerinde kullanımları giderek artış göstermektedir. Düzenli depolamanın, sağlamış olduğu ekonomik avantajlar sebebiyle ülkemizde ve dünyada katı atıkların bertaraf yöntemleri arasında halen sıklıkla tercih edilen bir yöntem olması sebebiyle, nanopartikül içeren ürünler faydalı kullanım ömürleri sonunda doğrudan kentsel katı atıklar ile birlikte düzenli depo sahalarında bertaraf edilmektedir. Bu çalışmada, nanomalzeme üretiminde en yaygın olarak kullanılan gümüş nanopartiküller ve titanyum dioksit nanopartiküllerin (TiO2NPs) KKA ile birlikte aerobik ve anaerobik geri devirli ve klasik anaerobik düzenli depo sahalarında bertaraf edilmesi halinde, depo sahalarında oluşan sızıntı suyu, depo gazı bileşenleri ve yeraltı suyu karakterizasyonu ile biyolojik ayrışma sürecinde etkin mikrobiyal kompozisyon üzerinde meydana gelebilecek etkiler araştırılmıştır. Bu amaçla, AgNPs ve TiO2NPs'in aerobik ve anaerobik düzenli depo sahalarındaki ayrışma üzerine etkilerini belirleyebilmek için üçü aerobik biyoreaktör, üçü anerobik biyoreaktör ve üçü klasik anerobik olmak üzere 9 adet pilot ölçekli reaktör (iç çapı 80 cm, yüksekliği 350 cm) işletilmiştir. Reaktörlere İstanbul KKA'ını temsil edecek yaklaşık 900 kg KKA ve NP/10000 KKA oranında Ag ve TiO2 nanopartikül yüklenmiştir. Her bir üçlü reaktör takımında birer adet nanopartikül içermeyen kontrol reaktörü, bir AgNPs ve bir TiO2NPs içeren reaktör kullanılmıştır. Çalışmada, aerobik biyoreaktörler 250 gün, anaerobik biyoreaktör ve klasik reaktörler ise 900 gün işletilmiştir. Aerobik biyoreaktörler (A-K, A-TiO 2 ve A-Ag) sırasıyla 0 ,02; 0,019 ve 0,016 L/dk-kg atık oranlarında havalandırılmış ve atık stabilizasyonları havalandırmanın etkisiyle anaerobik reaktörlere göre daha kısa sürede gerçekleşmiştir. 250 günlük depolama süresince A-K, A-TiO 2 ve A-Ag reaktörlerinde 161, 112 ve 129 L sızıntı suyu oluşumu tespit edilmiştir. Aerobik şartlar altında amonyağın oksidasyonu sebebiyle sızıntı suyu amonyak konsantrasyonları 250 gün sonunda A-K, A-TiO 2 ve A-Ag reaktörleri için sırasıyla 450, 100 ve 300 mg/L değerlerine düşmüştür. Organik maddenin aerobik şartlar altında hızlıca ayrışması ile 250 gün sonunda A-K, A-TiO 2 ve A-Ag reaktörleri için sırasıyla sızıntı suyu KOİ konsantrasyonları 5000, 1300 ve 1750 mg/L değerlerine düşmüştür. TiO2NPs ve AgNPs'in atıkların aerobik ayrışması üzerine herhangi bir etkisi olmadığı bulunmuştur. A-TiO 2 reaktörü sızıntı suyu, yeraltı suyu ve katı atık numunelerinde Ti konsantrasyonları sırasıyla 0,05 mg/L, <0,0001 mg/L ve 376 mg/kg kuru atık; A-Ag reaktörü için Ag konsantrasyonları sırasıyla 0,1 mg/L, <0,0001 mg/L ve 400 mg/kg kuru atık değerlerinde tespit edilmiştir. Aerobik biyoreaktörlerde nanopartiküllerin katı faz üzerinde tutunma ve yığın oluşturma özelliğine bağlı olarak sızıntı suyu ve yeraltı suyunda konsantrasyonları düşük, katı atık üzerinde ise çok daha yüksek olarak ölçülmüştür. Anaerobik biyoreaktörlerde sızıntı suyu geri devir uygulaması sebebiyle klasik anaerobik reaktörlere göre atık stabilizasyonu daha kısa sürede gerçekleşmiştir. AN-G-K, AN-G-TiO 2 ve AN-G-Ag reaktörleri sızıntı suyu oluşum miktarları sırasıyla 444, 230 ve 252 L değerlerinde iken, AN-K, AN-TiO 2 ve AN-Ag reaktörleri için sırasıyla 317, 281 ve 274 L değerlerinde ölçülmüştür. AN-G-K, AN-G-TiO 2 ve AN-G-Ag reaktörleri sızıntı suyu KOİ konsantrasyonları depolamadan 460, 470 ve 650 gün sonra; AN-K, AN-TiO 2 ve AN-Ag reaktörleri için 650, 730 ve 820 gün sonra 5000 mg/L değerlerine düşmüştür. Nanopartiküllerin anaerobik ayrışma sürecinde mikrobiyal faaliyeti engelleyerek, atıkların ayrışmasını ve metan oluşumunu yavaşlattığı belirlenmiştir. AN-G-TiO 2 ve AN-TiO 2 reaktörleri için 900 gün sonunda sırasıyla Ti konsantrasyonları sızıntı suyu için 0,15 ve 0,04 mg/L ve katı atık numunelerinde 430 ve 320 mg/kg kuru atık; AN-G-Ag ve AN-Ag reaktörleri için sırasıyla Ag konsantrasyonları sızıntı suyu için 0,13 ve 0,15 mg/L ve katı atık numunelerinde 300 ve 190 mg/kg kuru atık değerlerinde tespit edilmiştir. Anaerobik reaktörlerin tüm yeraltı suyu numunelerinde Ti ve Ag konsantrasyonları 0,0001 mg/L'den düşük olarak belirlenmiştir. Aerobik reaktörlerde olduğu gibi anaerobik reaktörlerde de nanopartiküller katı faz üzerinde bir araya gelme ve yığın oluşturma eğiliminde olup, daha yüksek konsantrasyonlarda tespit edilmiştir.