Farklı çiftlik atıklarının birlikte çürütülmesi ve gaz üretim optimizasyonu

Büyükbaş hayvan atıkları ve bitki atıkları / ürünleri ile işletilen birçok tesis dünya üzerinde bulunmaktadır. Kullanılan atık türlerinin benzer olmasına karşın atıkların içerikleri farklı olabilmektedir. Atıkların nem muhtevaları, altlık veya benzeri ek malzeme içerikleri, bekleme süreleri veya hayvanların yedikleri besin malzemeleri, biyogaz oluşumuna etki etmektedir. Ayrıca, azot ve tuzluluk miktarı yüksek olan tavuk atıklarının biyogaz üretiminde kullanılması, yapılan birçok çalışmanın odak noktası olmuştur. Büyükbaş hayvan atıklarına göre yüksek olan biyobozunurluk oranı, yüksek serbest amonyak azotu konsantrasyonu sebebi ile çürütücü tesislerinde değerlendirilememektedir. Çiftlik atıklarının optimum şekilde kullanılması ve farklı organik atıklardan metan temin edilebilmesi, karbon kaynaklarının daha yararlı kullanılmasını sağlayacaktır. Bu deneysel çalışmanın amacı, farklı çiftlik atıklarının tek başına veya birlikte çürütülerek biyogaz potansiyellerinin belirlenmesi, çürütme sonucu oluşan ürünlerin karakterizasyonu ve biyogaz üretimini artırıcı koşulların belirlenmesidir. Bu kapsamda altlık kullanılan ve kullanılmayan ahırlardan alınan taze ve bayat büyükbaş hayvan atıklarının yanı sıra, bölgedeki kanatlı hayvan eti işleme, depolama ve paketleme endüstrisinin atıksu arıtma kademesinden alınan arıtma çamuru ve flotasyon atığı, büyük ölçekteki bir kesim tesisinin farklı kademelerindeki katı ve yarı katı atıkları ve seperatör kullanan çiftliklerin elde ettikleri katı faz gübreleri de çalışmalara dahil edilmiştir. Farklı atık türlerini içeren bu çalışmada hedef tam entegre bir tesiste oluşan tüm organik atıkların birlikte anaerobik çürütülebilme verimlerini incelemektir. Bu amaç doğrultusunda yapılan çalışmada, bölgedeki arıtma tesisinden ve kesimhaneden 20 farklı atık örneği alınmıştır. Bölgedeki tesis ve çiftlik potansiyelleri düşünülerek, atık karışım oranları belirlenmiş, ayrıca atıkların toplama sıklığının biyogaz üretim potansiyeline etkisi de incelenmiştir. Bu çalışmaların dışında ayrıca yüksek atık oluşum miktralarından dolayı büyükbaş hayvan atıkları ile tavuk atıklarının birlikte çürütülebilirliği çalışmaları da yürütülmüştür. Optimum çürütücü koşulları için kullanılabilecek azami tavuk dışkısı miktarını belirlemek için aynı yöreden alınan tavuk atıkları ile büyükbaş hayvan atıkları farklı oranlarda karıştırılmış ve biyogaz üretim potansiyelleri incelenmiştir. Tavuk atıklarının yüksek besi elementi içeriğinin, biyogaz üretimine etkisi çalışmalar boyunca incelenmiştir. Çiftlik kaynaklı oluşan atıkların birlikte çürütülmesinin araştırıldığı çalışmalar, hacmi 500 1000 ml arasında değişen, tam karışımın ve mezofilik koşullarının sağlandığı reaktörlerde gerçekleştirilmiştir. Yapılan çalışmalarda, sığır atıklarının çürütücü tesisine taşıma maliyetinin düşürülmesi amacıyla yapılan susuzlaştırma işleminin metan oluşum potansiyelini (229 m3 metan/ton UKMeklenen) etkilemedeği gözlenmiştir. Birçok çiftlikte hayvan sağlığı koşullarının iyileştirilmesi adına altlık kullanılmaktadır. Sap-saman karışımının kullanıldığı altlık malzemenin, büyükbaş hayvan atıkları ile kullanıldığında, metan oluşum potansiyelini %12 ila %17 değerleri arasında arttırdığı gözlenmiştir. Ayrıca, atıkların taze veya bayat olarak çürütülmesinin, metan oluşum potansiyeline etkisinin incelenmesi için yapılan çalışmada, taze çiftlik atıkları ile hazırlanan kombinasyonların, aynı tür ve miktarda bayat olarak kullanılan atıklar (yaklaşık 14 - 28 gün bekletilmiş) ile kurulan kombinasyonlara göre eklenen UKM miktarı başına %17 - %11 aralığı oranlarında daha fazla metan oluşturduğu tespit edilmiştir. Eser elementlerin etkilerinin de araştırıldığı çalışmalarda, eser element miktarı, kullanılan asit ve alkali stok çözeltisi ile anaerobik mikroorganizmalar için uygun seviyelere getirilmiş ve aynı içerikte kurulan bir anaerobik reaktör ile verimleri karşılaştırılmıştır. Eser element ilavesinin %6,5 oranında daha yüksek biyogaz oluşum verimi sağladığı tespit edilmiştir. Optimum çürütücü koşulları için kullanılabilecek azami tavuk dışkısı miktarının araştırıldığı çalışmalar, 1000 ml hacimli, tam karışımın ve mezofilik koşullarının sağlandığı reaktörlerde gerçekleştirilmiştir. Toplam eklenen substrat miktarının kütlece %0, %30, %60 ve %100 oranlarında olacak şekilde, büyükbaş hayvan atıkları ile karıştırılmış ve dört farklı biyoreaktör düzeneği kurulmuştur. Reaktörler 30 günlük periyodlarla 7 dönem işletilmiştir. KM, UKM, UAKM, AKM, pH, iletkenlik, alkalinite, toplam fosfor, amonyak ve toplam kjeldahl azotu parametreleri, son 5 dönemin giriş ve çıkışlarında ölçülmüştür. İlk iki periyod sistemin alışması için işletilmiştir ve parametrelerin ölçümü/analizi yapılmamıştır. Reaktör içi TKN konsantrasyonları, tavuk dışkısı kullanılmayarak çalıştırılan reaktörden başlayarak sıraladığımızda, üçüncü periyod itibariyle, ilk period değerlerinin ortalama %17'si kadar yüksek olan 3 ,46, 3 ,85, 5,05 ve 5, 20 g/L değerlerine ulaşmış ve bu periyod itibariyle maksimum %2 oranında değişim göstermiştir. Organik azotun parçalanması sonucunda artan amonyak azotu miktarı, serbest amonyak azotu konsantrasyonunu dördüncü periyod itibariyle 196, 253, 307 ve 412 mg/L değerlerine ulaştırmıştır. pH değerlerinin 7,84 8,23 aralığına ulaştığı dördüncü periyod ve sonrasında pH nötr seviyelere çekilmiş ve tüm reaktörlerdeki serbest amanyak azotu miktarı 100 mg/L'nin altına indirilmiştir. Tavuk dışkısı içermeyen reaktörde metan üretim potansiyelinin başlangıç metan üretimine göre çok değişmediği, başlangıç koşullarına geri döndüğü, serbest amonyak inhibisyonunun tersinir olduğu gözlenmiştir. İçeriğinin %30 ve %70 oranını tavuk dışkısının oluşturduğu reaktörlerde, metan üretim potansiyelinin başlangıç metan üretimine göre %10 ila %20 arasında düştüğü gözlemlenmiştir. Serbest amonyak azotu miktarındaki düşüş ile metan oluşum oranlarında artış gözlenmiştir. Ancak bu artış başlangıç metan üretim potansiyellerine göre daha düşük olup bu inhibisyonun metan bakterileri üzerindeki tersinir etkisini göstermektedir. Serbest amonyak seviyesindeki ani artışın, bakteriler için olumsuz koşullar yarattığı görülebilmektedir. Tavuk dışkısının maksimum (%100) oranda kullanılarak işletilen reaktör, %30'u aşkın oranda metan üretim potansiyelini kaybetmiştir. Bu reaktörde gözlenen inhibisyon şiddeti en yüksek seviyededir. Özellikle tavuk atığının fazla kullanıldığı reaktörlerde yüksek olan tuzluluk miktarı, reaktörlerde metan oluşum verimini etkileyen bir başka etken olarak görülmektedir. Tamamen tavuk atığı ile işletilen reaktörün son periyodundaki 44,3 mS/cm (28, 6 ppt) olan iletkenlik değerleri, tavuk atığının içerdiği iyon miktarının seyreltilmemesi durumunda, metan oluşum veriminin düşük olacağını göstermektedir. Reaktörlerde bulunan Ca, Mg, Se ve Cr iyonları miktarının ortalamaya göre düşük, Fe ve Zn iyonları miktarının ortalama değerlere sahip, Na ve Cu iyonları miktarının ise ortalamadan yüksek olduğu görülmektedir. İçerdiği eser element miktarı bakımından standart atıklar ile örtüşmeyen çiftlik atıkları, eser element takviyesi ile daha yüksek metan üretim verimlerine ulaştırılabilir.