Removal of volatile organic sulfur compounds emissions from different sources via anoxic bio-scrubber

Kullanıma elverişli hava ve su kalitesi, gündelik hayattaki teknolojik gelişmelerden ve artan endüstrileşmeden etkilenmektedir. Gaz, sıvı ve partikül maddelerin atmosfere verdiği emisyon, hava ve su kirliliğine yol açan ve endüstrinin sebep olduğu büyük etki olarak düşünülebilir. Kirlenen akımlar, kriter kirleticileri ve tehlikeli kirleticilerden oluşmaktadırlar. Kriter kirleticiler arasında kükürt dioksit (SO2), azot dioksit (NO2), karbon monoksit, ozon (O3), askıda partikül madde, kurşun yer alırken, tehlikeli hava kirleticiler arasında ise Uçucu Organik Bileşikler, amonyak (NH3), hidrojen sülfür (H2S) vb. yer almaktadır. VOC'ler, atmosferi ve temiz su kaynaklarını kirleten ve endüstriler tarafından salınan başlıca kirleticilerdir. VOC'lerden bir tanesi uçucu organik kükürt bileşikleridir. Bunların çok düşük konsantrasyonlarda dahi insan sağlığı ve çevre üzerinde olumsuz etkileri bulunmaktadır. Ayrıca VOSC'ler, aralarında metanetiyol MT (CH3SH), dimetil sülfür DMS (CH3SCH3), dimetil disülfür DMDS (CH3SSCH3), etanetiyol ET (CH3CH2SH) yer alan temel çevresel koku kirleticilerdir. VOSC'ler, yüksek toksisiteleri, potansiyel aşındırıcı etkileri ve çok düşük koku eşik değerleri ile nitelendirilirler. Koku emisyonları, önemli bir hava kirletici parametresi olarak kabul edilmektedir. Organik ve inorganik kokulu bileşikler, gaz veya partikül fazlarda farklı endüstriyel faaliyetler tarafından atmosfere salınırlar. Bu kirleticiler, özelliklerinden dolayı çok kısa bir sürede çevreye yayılır ve çeşitli sıkıntılara sebep olurlar. Ayrıca, çevre ile ilgili artmakta olan kaygılardan dolayı daha sıkı ulusal ve uluslararası düzenlemeler mevcuttur. Bundan dolayı, insanlara ve çevreye karşı ciddi zararlar verdiklerinden dolayı bu emisyonların giderilmesi gerekliliği doğmuştur. Bu çalışmanın konusu, biyolojik bozunma ve VOSC'lerin atık gazdan arındırılmasına yönelik biyo-gaz yıkama sistemidir. Karbon kaynağı gibi, VOSC'leri tüketen mikroorganizmaların potansiyeli, biyolojik bozunmayı atık gaz akımlarının kirleticilerden arındırılmasına yönelik cazip bir seçenek haline getirmektedir. Biyo-gaz yıkama, kontamine gaz akımlarını önlemeye yönelik biyolojik temelli tekniklerden biridir. Yoğuşma, aktif karbon ile temizlenme veya temiz su yıkayıcılar, yakma, kimyasal gaz yıkayıcılar, termal oksidasyon, katalitik oksidasyon ve ozonlama gibi fiziksel ve kimyasal tekniklerin aksine, biyo-gaz yıkayıcı, operasyon sırasında düşük basınç düşüşleri, ürün birikiminden kaçınma ve büyük miktarda su püskürtme kolonu önlenmesi, ikincil bir kirlenmenin meydana gelmemesi ve reaksiyon koşullarının daha iyi kontrolünün sağlanması açısından suda çözünebilen bileşiklere sahip kokulu atık gazları arındırmaya yönelik diğer fiziksel ve kimyasal yöntemlere göre kayda değer avantajlar sağlamaktadır. Bu çalışmanın odaklandığı konu, ET ve DMS gibi tekli ve karışım VOSC'lerin toplu biyolojik bozunma prosesine ve ET ve/veya DMS giderimine yönelik anoksik biyo-gaz yıkayıcı sistemidir. Laboratuvar ölçeğinde incelenen biyolojik bozunma deneyleri, ET ve DMS gibi kirleticilerin arındırılması için ortama alıştırılmış karışık kültür kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Toplu deneyler, hedef gaz konsantrasyonunun ve biyokütle konsantrasyonunun bu bileşiklerin biyolojik bozunma zamanına olan etkisinin araştırılması amacıyla gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, VOSC'lerin biyolojik bozunmalarında yer alan mikroorganizmaların davranışlarının anlaşılması ve Monod modeli kullanılarak kinetik büyüme parametrelerinin bulunması için veri oluşturulması amaçlanmıştır. VOSC'lerin konsantrasyonlarının zamanla azalması, mikroorganizmaların VOSC'leri bir karbon kaynağı olarak kullanmaları anlamına gelmektedir. Maksimum özgül büyüme oranı, ET ve DMS için tekil bileşikler olarak sırasıyla 0,14 ve 0 ,21/h, bunun yanı sıra ET ve DMS karışımı için sırasıyla 0,036 ve 0 ,03; ikili sayı sisteminde ET ve DMS ilk konsantrasyonunda tekil bileşik olarak sırasıyla 840 mg/m 3 ve 850 mg/m3, çift bileşikler olarak ise sırasıyla 876 30 mg/m 3 ve 860 10 mg/m 3 olarak bulunmuştur. Biyo- gaz yıkama teknolojisi, ET ve DMS gibi kirleticilerin giderilmesi için anoksik koşullarda, laboratuvar ölçekli (10 cm çapında ve 50 cm uzunluğunda) bir biyo-gaz yıkayıcıda uygulanmıştır. ET ve DMS'nin ortama alıştırma süresi, çıkış konsantrasyonlarında istikrara erişilene kadar, sırasıyla 36 ve 38 gün olarak elde edilmiştir. ET ve DMS için operasyon süresi 300 ve 315 gündür. Kirletici konsantrasyonları, püskürtme yoğunluğu ve boş yatak kalma süresi gibi çeşitli operasyonel koşullarla bağlantılı sorunlar, tek ve çift bileşikler için biyo-gaz yıkayıcı performansını etkilemiştir. Anoksik bir laboratuvar ölçekli bir biyo-gaz yıkayıcıda uygulanan ET giderme performansı, 300 gün boyunca farklı operasyon parametreleri ve koşulları altında araştırılmıştır. ET giderim verimi, sulamaya ait giriş konsantrasyonu, EBRT ve SD'nin bir fonksiyonu olarak incelenmiştir. Sonuçlar en iyi operasyon koşullarını göstermiş ve bu çalışma için biyo-gaz yıkayıcının operasyon karakteristikleri, giriş konsantrasyonunda 150 mg/m3, SD'de 0,23 m3/m 2 h ve EBRT'de 90 s olarak bulunmuştur. Tüm giriş ET konsantrasyonları için RE ortalaması %91 ve eleme kapasitesi 24,74 g/m3 h olarak bulunmuştur. SD'deki 0,23 m3/m 2 h üzerindeki değişimlerin farklı ET konsantrasyonlarında ET RE üzerinde etkisi olmamıştır. Ayrıca, anoksik laboratuvar ölçekli biyo-gaz yıkayıcı üzerinde 315 gün boyunca çeşitli operasyon koşullarında DMS giderimini incelemek amacıyla çalışılmıştır. Sulamaya ait giriş konsantrasyonu, EBRT ve SD gibi operasyon parametrelerinin kontrol edilmesi ve değiştirilmesi için biyo-gaz yıkayıcı sisteminde DMS giderimi gerçekleştirilmiştir. Sistemden elde edilen en iyi sonuçlar, %92 RE ile 150 mg/m 3 giriş gaz konsantrasyonunda 40s EBRT içerisinde SD için 0,18 m3/m 2 h olarak bulunmuştur. Laboratuvar ölçekli biyo-gaz yıkayıcı sistemi, çift kirletici karışımını giderebilmektedir. 90 s EBRT ve 0.23 m3/m 2 h SD'deki karışım için optimum oran 3:1 olarak bulunmuştur. Yukarıda belirtilen sonuçlara göre, anoksik koşullarda biyo-gaz yıkayıcının bileşikleri ayrı ayrı ya da karışım olarak kayda değer bir giderim kabiliyeti bulunmaktadır. Ortalama deneysel verim molar oranı değeri, ana ürün element kükürt So olduğunda, stoikiometrik denklemlerden türetilen 0,74 teorik değerine (Ybileşik/ NO3 ) daha yakın çıkmıştır. Bu durum, son ürün olarak sülfat SO42 'den ziyade So ve diğer kükürt formlarının üretildiğini göstermektedir. Bu çalışma ayrıca, moleküler analizi ele almaktadır. Bakteriyel toplulukların profili, ET ve DMS giderimi için biyo-gaz yıkayıcıdaki biyo-tanktan alınan numunede 16S NGS ile incelenmiştir. 16S NGS sonuçlarına dayanarak, baskın mikrobiyal filum Proteobakteriler, Bakteroidetler ve Aktinobakteriler, biyo-gaz yıkayıcı sisteminden alınan biyokütle örneklerinde göreceli bolluğunun 1,33 katı civarında artan göreceli bolluktan ayırt edildiğini göstermiştir. Operasyonun devam etmesiyle, karbonhidratların, merkaptanlar gruplarının ve inorganik sülfitin azaltılmasını sağlamışlardır. Mikrobiyal profil ayrıca biyo-gaz yıkayıcı operasyonu sırasında Antibakteriyel ve Firmicutes adı verilen diğer mikroorganizmaların ortaya çıktığını göstermiştir. Chlorobi ailesine ait Chlorobea sınıfı, azaltılmış kükürt bileşiklerini So'a okside etme kabiliyetine sahiptir. Biyo-gaz yıkayıcı sisteminde direnen karışık biyokütle zorlamaları, ET ve/veya DMS'nin biyolojik bozunması için başarıyla uygulanmıştır.