Katı atık depolama sahası sızıntı sularının membransız biyo-katot mikrobiyal yakıt hücresinde arıtılması ve elektrik enerjisi üretimi

Bu çalışmanın amacı katı atık depo sahalarından kaynaklanan sızıntı sularının yeni ve gelişmekte olan, aynı zamanda alternatif bir arıtma yöntemi ve enerji üretme kapasitesi olan Mikrobiyal Yakıt Hücresinde arıtılmasını sağlamak ve bu sistem ile elektrik üretme potansiyelini belirlemektir. Katı atık depo sahalarından kaynaklanan sızıntı suları komleks yapıya ve yüksek organik kirlilik yüküne sahiptir. Dolayısıyla bu suların arıtılması zor ve maliyetli bir iştir. Mikrobiyal yakıt hücresi teknolojisi ise sızıntı suları gibi yüksek organik yüke sahip atıksulardan enerji elde etmek ve geleneksel arıtma yöntemlerinde karşımıza çıkan yüksek maliyetleri düşürmek için kullanılabilecek yeni bir yöntemdir. Mikrobiyal Yakıt Hücreleri anaerobik ortama sahip bir anot ve aerobik veya anaerobik ortama sahip bir katottan oluşmaktadır. Temel çalışma prensibi, anodik biyofilmi oluşturan mikroorganizmaların gelişmek ve enerji elde etmek için organik maddeleri anaerobik solunumla parçalaması sonucunda açığa çıkan elektronların anot üzerinden bir dış elektriksel devre ile katot haznesine transfer edilmesi esasına dayanmaktadır. MYH'lerde, anot haznesindeki biyolojik aktivite sonucunda elektronun yanı sıra proton ve karbondioksit (CO2) de oluşmaktadır. Elektronların elektriksel devre ile katoda iletilmesi esnasında, protonlar da anot ve katot arasında bulunan proton/seçici membranlar veya tuz köprüleri vasıtasıyla katot tarafına transfer edilmektedir. Böylece katotta, elektronlar ile indirgenen oksijen (O2) veya farklı bir elektron alıcı ile protonlar birleşerek suyu oluşturmakta ve organik maddede depolanmış olan kimyasal enerji, elektrik enerjisine dönüştürülmektedir. Bu çalışmada bir MYH, iki adet 0,85 L kullanım hacmine sahip eş silindirik haznelerden oluşturulmuş olup, bu haznelerin içinde aktif granül karbon ve karbon kumaş elektrotlar kullanılmıştır. Düzenekler öncelikle aerobik ve anerobik membransız biyo-katot MYH ve daha sonra sadece anaerobik membransız biyo-katot MYH şeklinde kurulmuştur. Organik yükleme oranının, anot ve katot hazneleri arası iyon ve su geçiş kesit alanının ve besleme şeklinin MYH sistemi üzerindeki etkileri izlenmiştir. Kurulan düzeneklerde maliyeti yüksek olan katalizör metaller, sentetik elektrolitler, yapay atıksu ve/veya özel tasarım elektrotlar kullanılmamıştır. İki hazne arasındaki kesit alanının güç ve akım üretimi üzerinde büyük etkisinin olduğu gözlemlenmiştir. Anot haznesinden katot haznesine su ve iyon geçiş kesit alanı 0,2 cm2'den 9 cm2'ye yükseltildiği zaman 5-6 mW/m 3 civarında olan güç üretim miktarının, OYO'ya bağlı olarak önce 15-20 mW/m3'e yükseldiği daha sonra OYO'nun 1,75 g KOİ/L. gün'e çıkarılması ile, 35-40 mW/m3'e yükseldiği gözlemlenmiştir. Böylece membransız bir biyo-katot MYH ile 1,75 g KOİ/L. gün organik madde yükleme oranı ve 2 günlük hidrolik bekleme süresinde 149 mA/m 3 akım yoğunluğu ve 37,7 mW/m 3 güç yoğunluğu elde edilmiştir. Kurulumu kolay olan ve düşük maliyetli bir mikrobiyal yakıt hücresinde, besleme şekline ve organik yükleme oranına bağlı olmakla birlikte, % 30-50 arasında değişen oranlarda kimyasal oksijen ihtiyacı giderimi ve % 10-30 arasında değişen oranlarda amonyum giderimi sağlanmıştır. Çalışmanın sonunda sızıntı suyundan kaynaklanan reaktör içerisindeki yüksek amonyum konsantrasyonu (1350~ 1400 mg NH4+/L) ve yüksek pH'dan (pH 8,2) dolayı MYH performansının inhibe olduğu düşünülmektedir. Bu çalışmada elde edilen güç üretme sonuçlarının veya arıtma verimlerinin, diğer MYH çalışmalarında elde edilen 500 mW/m 3 ve %70- 90 arıtma verimi gibi değerlere ulaşabilmesi için özellikle katot haznesinde kullanılan elektrotların, elektron transferini hızlandıracak ucuz katalizör metallerle kaplanması işlemine başvurulabilir. Ayrıca, SS gibi kompleks yapıya sahip atıksuların, toksik etkiye sahip ağır metallerden arınmış olmasından emin olunmalıdır. Son olarak, SS gibi amonyum konsantrasyonu yüksek olan atıksuların, karbonhidratça zengin olan atıksular ile karıştırılıp, uygun C/N oranları elde edilerek MYH'lere beslenmesi durumunda, daha iyi sonuçlar elde edileceği ve dolaylı olarak amonyum inhibisyonunun engelleneceği düşünülmektedir.