Alkali H2O2 ön arıtmanın BMP üzerine etkis

Sera atıklarına uygulanan alkali H2O2 ön arıtma etkinliğinin belirlenmesi için yapılan ön arıtma denemeleri sonucunda toplam faz (sıvı+katı) numuneleri kullanılarak BMP testleri gerçekleĢtirilmiĢtir. 60 gün süren BMP testlerinde üretilen metan miktarı mLCH4/gUKM birimi cinsinden hesaplanmıĢtır. Sera atıklarına uygulanan alkali H2O2 ön arıtma etkinliğinin belirlenmesi için yapılan ön arıtma MKT denemeleri sonucunda ön arıtılmıĢ numunelerin toplam BMP değerlerinin değiĢimi ġekil 4.6‟da verilmiĢtir.

ġekil 4.6‟dan görüleceği üzere 370,9 mLCH4/gUKM değeriyle en yüksek BMP değeri 50°C reaksiyon sıcaklığı, %2 H2O2 konsantrasyonu, 15 saat reaksiyon süresi ve %5 KM atık konsantrasyonu deney koĢullarında muamele edilen numuneden elde edilmiĢtir. Reaksiyon sıcaklığının 100°C‟ye yükseltilmesi ve diğer bağımsız değiĢkenlerin sabit tutulduğu koĢullarda (%2 H2O2 konsantrasyonu, 15 saat reaksiyon süresi ve %5 KM atık konsantrasyonu) yapılan ön arıtma deneyi sonucunda elde edilen numunenin BMP miktarı 316,5 mLCH4/gUKM olarak tespit edilmiĢtir. Sonuçlar incelediğinde 50°C‟de yüksek BMP değerleri ve 100°C‟de ise düĢük BMP değerleri elde edilmiĢtir.

En düĢük BMP değeri 100°C reaksiyon sıcaklığı, %3 H2O2 konsantrasyonu, 24 saat reaksiyon süresi ve %3 KM atık konsantrasyonu uygulanan deneysel koĢullarda muamele edilen numunede 256,6 mLCH4/gUKM olarak ölçülmüĢtür. %3 H2O2 konsantrasyonu, 24 saat reaksiyon süresi ve %3 KM atık konsantrasyonu sabit tutulup reaksiyon sıcaklığının 100°C‟den 50°C‟ye düĢürülmesiyle üretilen metan miktarında %30,80 oranında artıĢ olduğu görülmüĢtür.

Merkez noktada (75°C reaksiyon sıcaklığı, %2 H2O2 konsantrasyonu, 15 saat reaksiyon süresi ve %5 KM atık konsantrasyonu) yapılan deney sonucunda elde edilen numunenin ortalama BMP miktarı ise 342,715 mLCH4/gUKM olarak bulunmuĢtur.

58

Aynı koĢullarda yalnızca reaksiyon sıcaklığının 50°C‟ye düĢürülmesiyle en yüksek BMP değeri elde edildiği görülmektedir.

50°C reaksiyon sıcaklığında, katı madde konsantrasyonunun %3 ve reaksiyon süresinin 24 saat uygulandığı deneylerde H2O2 konsantrasyonunun %3‟den %1‟e düĢürülmesiyle 285,9 mLCH4/gUKM olan BMP miktarı 348,8 mL CH4/ gUKM değerine yükselmiĢtir. BMP miktarının artıĢında H2O2 konsantrasyonunun düĢürülmesi maksimum reaksiyon süresinde olumlu etki gösterirken; yine 50°C reaksiyon sıcaklığı, %3katı madde konsantrasyonu ve 6 saat reaksiyon süresi uygulanan ön arıtma deneylerinde ise %3 H2O2 konsantrasyonunda 367,1 mLCH4/gUKM BMP miktarı %1 H2O2 konsantrasyonunda 317,8 mLCH4/gUKM değerine düĢmüĢtür. Bu sonuçlardan görüleceği üzere reaksiyon süresinin minimumda tutulması H2O2‟in BMP üzerindeki olumsuz etkisini azaltmakla birlikte reaksiyon süresi uzatılarak H2O2 konsantrasyonunun düĢürülmesiyle de BMP miktarında artıĢ sağlamak mümkündür.

Genel olarak sonuçlar alkali H2O2 ön arıtma prosesinde BMP açısından reaksiyon sıcaklığının önemli bir değiĢken olduğunu göstermektedir.

Sun vd (2015), çeĢitli tarımsal ürün saplarına alkali H2O2 ön arıtma ile muamele sonrasında BMP testleri uygulamıĢtır. Pamuk sapına uygulanan alkali H2O2 ön arıtma sonrasında (%2 H2O2, 35°C, %10 KM) 174±12 mLCH4/gUKM olan BMP değerinin 271±7 mLCH4/gUKM‟ye yükseldiğini tespit etmiĢlerdir. Buğday sapına uygulanan ön arıtma sonucunda da BMP değerinin 280±7 mLCH4/gUKM‟den 335±8 mLCH4/gUKM‟ye yükseldiği tespit edilmiĢtir. Ancak, diğer lignoselülozik atıklar olan mısır sapı, pirinç sapı ve kolza sapına uygulanan ön arıtma sonrasında ölçülen BMP değerlerinin çok değiĢmemekle birlikte azalma gösterdiğini tespit etmiĢlerdir. Ölçülen değerlerde azalma sırasıyla mısır sapı, pirinç sapı ve kolza sapında %5,5 , %1,3, %9,5 olarak tespit edilmiĢtir. Ön arıtmanın hemiselülozdaki galaktoz, arabinoz ve mannoz gibi monosakkaritlerin parçalanmasına neden olduğu ve bu nedenle de ön arıtma sonrasında BMP değerinin azaldığı bildirilmiĢtir.

Song vd (2012), pirinç samanının H2O2ön arıtma (%1-4 H2O2 konsantrasyonu aralığında, 25°C, 1:3 katı/sıvı oranı) ile muamelesi sonucunda 30 günlük BMP testi uygulayarak %4 H2O2 konstrasyonunda 327,5 mLCH4/gUKM ile en yüksek BMP değerini elde etmiĢlerdir. Aynı koĢullarda H2O2 konstrasyonunun %3‟e düĢürülmesi ile yakın sonuç elde edilmiĢ olup 319,7 mLCH4/gUKM olarak ölçülmüĢtür. Bu çalıĢmada sera atıklarına uygulanan alkali H2O2ön arıtma sonrasında elde edilen BMP değerlerinin literatürde diğer atıklar için ölçülen BMP değerleri ile ile yakın sonuçlar gösterdiği tespit edilmiĢtir.

ġekil 4.6. MKT denemeleri sonucunda elde edilen ön arıtılmıĢ numunelerin toplam BMP değerleri

ġekil 4.7. Sera atıkları ham numunesine göre alkali H2O2 ön arıtma uygulanan numunelerin BMP artıĢlarındaki değiĢim

61

Ham sera atığının BMP değeri 228,9 mLCH4/gUKM olarak bulunmuĢtur. Alkali H2O2 ön arıtma uygulaması sonrası sera atıklarının BMP değerlerindeki artıĢ değerleri sera atıkları ham numunesine göre hesaplanmıĢtır. Sera atıkları ham numunesine göre alkali H2O2 ön arıtma uygulanan numunelerin BMP artıĢlarının değiĢimi ġekil 4.7‟de verilmiĢtir. En yüksek BMP artıĢı 50°C reaksiyon sıcaklığı, %2 H2O2 konsantrasyonu, 15 saat reaksiyon süresi ve %5 KM atık konsantrasyonunda %114,8 olarak tespit edilmiĢtir. En düĢük BMP artıĢı ise 100°C reaksiyon sıcaklığı, %3 H2O2 konsantrasyonu, 24 saat reaksiyon süresi ve %3 KM atık konsantrasyonunda %48,6 olarak bulunmuĢtur. Ham numuneye göre BMP artıĢlarına bakıldığında alkali H2O2 ön arıtmanın etkisi ile en düĢük elde edilen BMP sonucunda dahi %50 oranında bir artıĢ olduğu gözlenmiĢtir.

En yüksek kümülatif metan miktarı ve aynı Ģekilde ham numuneye göre en çok artıĢ elde edilen 50°C reaksiyon sıcaklığı, %2 H2O2 konsantrasyonu, 15 saat reaksiyon süresi ve %5 KM atık konsantrasyonu deney setinde, yalnızca sıcaklık parametresini 75°C ve 100°C‟ye çıkartarak elde edilen sonuçlar sırasıyla ortalama %109,2 (%114,7, %103,7) ve %83,3 olarak tespit edilmiĢtir. Bu ön arıtma koĢullarında sıcaklığın yükseltilmesinin BMP üretim miktarına negatif etkisinin olduğunu tespit edilmiĢtir.

Sıcaklığın BMP miktarının değiĢimine olan negatif etkisinin sera atıklarına uygulanan alkali H2O2 ön arıtma prosesi esnasında reaksiyon sıcaklığı, H2O2 konsantrasyonu ve uygulama süresine bağlı olarak monomerik Ģekerlerin aktif radikallerle parçalanması sonucu furfural ve HMF gibi toksik maddeler ve ligninin parçalanması sonucu aromatik lignin bileĢiklerinin ortaya çıkarak metan üretiminde rol oynayan bakteriler üzerinde inhibitör etkisi yaratmasından kaynaklandığı düĢünülmektedir.