Kentsel ve/veya meyvesuyu atıksu arıtma tesisi sulu çamurlarının biyogaza dönüşümünde ön işlem etkisinin araştırılması

Endüstriyel ve evsel atıksuların arıtımında kullanılan anaerobik arıtma teknolojisi; yaklaşık yüzyıl önce kullanılmaya başlanan, eski bir teknolojidir. Anaerobik arıtmaya olan ilgi; aerobik arıtma sırasında ortaya çıkan çamurun fazlalığı ve bu çamurun yarattığı çevre sorunları ile anaerobik arıtmada enerji geri kazanımı sebepleriyle artmıştır. Anaerobik arıtım ile; arıtma derecesine bağlı olarak, son ürün olarak temiz enerji kaynağı olan biyogaz elde edilmektedir. Anaerobik arıtma işleminin en önemli avantajı; çamurun stabilize edilerek, organik madde içeriğinin azaltılması ve biyokatı adı verilen çevreye zararsız, kolay susuzlaştırılabilen ve kompost olarak kullanılabilen bir maddeye dönüştürülmesidir. Anaerobik arıtma işleminin diğer bir avantajı ise; anaerobik çürümenin son ürünü olan biyogazın bünyesindeki metanın enerji elde etmek amacıyla kullanılabilmesidir. Bu çalışmada, atıksuların arıtılmasıyla üretilen biyolojik arıtma çamuru ve meyve suyu üretim işletmelerinden çıkan arıtma çamuru hammadde olarak kullanılmıştır. Hammaddelerden biyogaz üretim verimleri ve verimin arttırılması için bazı ön işlemler uygulanmıştır. Çalışmada kütlece % 10 katı madde içeren sulu fazlar hazırlanmıştır. Bu karışımlara yapılan ön işlemler; sulu fazlara katı maddenin kütlece % 10, 15 ve 20'si kadar kimyasal madde (H2SO 4 veya NaOH) ekleme, kimyasal madde ilave edilmiş ve edilmemiş sulu karışımları, ayrı ayrı mikrodalga ve hotplate ısıl işlemlere tabi tutma (10, 20, 30 min sürelerinde) şeklindedir. Yapılan ön işlemlerin ardından, ön işlemsiz ve ön işlemli sulu fazlarda, katı maddelerin suda çözünme yüzdeleri saptanmıştır. En yüksek suda çözünürlüğün saptandığı, sulu fazların pH'ları, asit ve baz kullanılarak 7'ye ayarlanmıştır. Ardından; sulu fazlar 35 oC'de, 65 gün süreyle inkübatörde bekletilmiş ve 5 günde bir, sulu fazlardaki biyogaz, metan, BOİ5, KOİ, MLSS, pH ve uçucu madde ölçümleri yapılmıştır. Elde edilen biyogaz sonuçları Duncan testi başta olmak üzere çeşitli modeller kullanılarak, biyogaz üretimine en uygun model belirlenmiştir. Çalışma sonunda; Dimes Meyve Suyu Atıksu Arıtma Tesisi için; ön işlemsiz numunede suda çözünme değeri % 49 ,56'dan ön işlem sonrası (%15 NaOH+ 10 min MW) % 89 ,85'e çıkmıştır. Tokat AAT biyogaz ünitesi öncesi çamurda; ön işlemsiz numunede suda çözünme değeri % 51 ,96'dan ön işlem sonrası (% 20 H2SO4+ 30 min MW) % 84 ,21'e çıkmıştır. Tokat AAT biyogaz ünitesi sonrası çamurda; ön işlemsiz numunede suda çözünme değeri % 49 ,4'den ön işlem sonrası (% 20 NaOH+ 10 min HP) % 70 ,01'e çıkmıştır. % 50 Dimes Meyve Suyu Atıksu Arıtma Tesisi çamuru ile % 50 Tokat AAT biyogaz ünitesi öncesi çamuru karışımında ise; ön işlemsiz numunede suda çözünme değeri % 49 ,38'den ön işlem sonrası (% 20 H2SO4+ 30 min HP) % 83 ,01'e çıkmıştır. Biyogaz verimlerine bakıldığı zaman, Tokat AAT biyogaz ünitesi öncesi çamurunun % 20'lik H2SO4+ 30 min MW ön işlemi sonunda suda çözünmüş katı madde başına en yüksek biyogaz üretim verimi (396, 34 mL biyogaz/g suda çözünmüş katı madde) elde edilmiştir. Kullanılan g çamur başına en yüksek biyogaz üretim verimi (23, 40 mL biyogaz/g çamur) ise % 50 Dimes Meyve Suyu Atıksu Arıtma Tesisi çamuru ile % 50 Tokat AAT biyogaz öncesi çamuru karışımının % 20 H2SO4+ 30 min HP ön işleminin sonunda elde edilmiştir. Giderilen UM başına elde edilen en yüksek biyogaz üretim verimi de (722, 32 mL biyogaz/ g UM giderimi) Tokat AAT biyogaz öncesi çamurun yine % 20 H2SO4+ 30 min MW ön işlemi sonunda elde edilmiştir. 65 günlük mezofilik parçalanma sonunda metan içeriği % 42,60 ile % 58,90 arasında bulunmuştur. Yapılan çalışma sonucunda tüm ön işlemler hem suda çözünmeyi hem de biyogaz üretim verimini artırmıştır. Dimes Meyve Suyu Atıksu Arıtma Tesisi çamuruyla karıştırılarak biyogaz eldesinde kullanılması hem bu atığın biyogaz verimliliğini artırarak ekonomik olarak değerlendirilmesi, hem de, kentsel atıksu arıtımı sebebiyle Tokat AAT'nden çıkan çamurda zaman zaman problem yaratan yüksek AOX değerinin seyrelmeyle kabul edilebilir limitlere indirilmesini sağlayacaktır. Öte yandan Tokat AAT biyogaz sonrası çamur numunelerinde de, ön işlemsiz numuneler açısından arıtma tesisinde kullanılan çamurun % 67,74 oranında biyogaza dönüştüğü kalan oranın biyogaz sonrası çamura geçtiği tespit edilmiştir. Tesisteki 22 günlük inkübasyon sonunda üretilen elektrikle tesisin ihtiyacı olan elektriğin % 36'sı karşılanmaktadır. Deneysel çalışmalar sonunda 22 günlük biyogaz verileri kullanıldığında; % 20'lik H2SO4+ 30 min MW ön işlemi sonunda biyogaz üretim verimi 3,41 kat artmakta bu durumda da; tesisin ihtiyacı olan tüm elektrik karşılandığı gibi, üretilen elektriğin % 23'ü kadar fazladan elektrik üretimi söz konusu olacaktır. EPDK 2014 verilerine göre bu elektrikten yılda 110. 230 TL kazanç sağlanabilecektir.