Biyolojik Ön-Arıtma Metodları .1 Enzimatik

Katı atıklar temelde karbonhidratlar, lipidler ve proteinlerden oluşur. Partiküler organik maddelerin biyogaz üretiminde sübstrat olarak kullanılabilmeleri için önce hidroliz olmaları gerekir. Bu proses hücre dışı hidroliz enzimleriyle gerçekleştirilir. Proteinler, proteaz ve peptidaz enzimleri tarafından peptid ve aminoasitlere dönüştürlür. Lipaz enzimi sayesinde lipidler, gliserol ve uzun zincirli yağ asitlerine dönüştürülür. Atıklar içerisindeki baskın karbonhidrat türü olarak gözüken selüloz, içerisinde endoglukanoz, celobiohidrolaz ve β-glukosidaz enzimlerinin bulunduğu bir enzim kompleksi ile glikoza dönüşür.

Anaerobik hidroliz hızı; pH, sıcaklık, hidrolik kalış süresi, mikrobiyal populasyon miktar ve özellikleri gibi birçok parametrenin bir fonksiyonudur. Bazı araştırmacılar katı atık, arıtma çamuru veya selüloz bakımından zengin sübstratlara hidroliz enzimlerinin dışarıdan eklenmesinin çözünmüş organik madde miktarına olan etkisini incelemişlerdir.

Birincil çamura hidroliz enzimleri eklenerek elde edilebilecek pozitif etkiler araştırılmıştır (Scheidat ve diğ., 1999). Çamurdaki toplam katı maddenin %1-10‘u arasındaki oranlarda pepdidaz, karbohidrolaz ve lipazdan oluşan bir enzim kompleksi eklenmiştir. 390C‘de enzim kompleksi eklenerek yapılan çalışma sonucunda çözünmüş KOİ‘de artan enzim miktarlarıyla doğru orantılı olarak belirgin bir artış saptanmıştır. Çözünmüş KOİ konsantrasyonu 11g/l‘den 18g/l‘ye çıkmıştır. Aynı zamanda çamurunun viskozitesi de düşerek daha akışkan bir hale dönüşmüştür. Bir başka çalışmada, çamur arıtımının asidojenik safhasında dışarıdan eklenen ticari proteaz enzimi, toplam katı madde giderimini %49‘dan %58‘e çıkartmaktadır (Aoki ve Kawase, 1991). Bir diğer çalışmada ise, EOKA üzerine eklenen 10 mg protein/gr

kuru madde oranındaki selülazenzimi, toplam şekerin %25-45‘ini 2 günde ve 5⁰C‘de parçalamıştır. 0,3-10 arasındaki enzim/substrat oranlarında enzim aktivitesi ve monosakkarit verimi arasında doğrusal korelasyon bulunmuştur (Clanet ve diğ., 1988).

Enzimle ön-arıtma yaklaşımının en önemli dezavantajı, biyolojik ayrışabilirlikte belirgin bir artış sağlayabilmek için fazla miktarda enzim gerekmesidir. Bu tür bir ön-arıtma yapılması planlanırken ekonomik fizibilite mutlaka göz önüne alınmalıdır. Biyolojik arıtma çamurlarının enzim destekli anaerobik arıtımını yapan tam ölçekli bir tesisten oldukça ilginç sonuçlar elde edilmiştir (Radermacher ve diğ., 1999). 10000 m³‘lük iki adet çamur çürütücüsü bulunan bir biyolojik arıtma tesisinin, çamur çürütücülerinden birine sürekli olarak 500-700 mg/kg dozda büyük bir kısmı selülazdan oluşan bir enzim kompleksi eklenmiştir. Enzim dozlanmayan diğer çürütücüye göre 2 t/gün daha fazla çamur giderimi sağlanmış ve 840 m3/gün daha fazla biyogaz üretilmiştir. Bu sayede çamur depolama maliyetlerinde 280,19 €/t kuru madde ve 9245 €/m3

biyogaz iyileştirme sağlanmış olup, toplam maliyetlerde 175.100 €/yıl azaltım sağlanabilmiştir.

Katı atıkların enzimatik ön arıtımı için uygulanan yaklaşımlardan bir diğeri ise hidroliz mikroorganizmalarının kullanılmasıdır. Arıtma çamurları ve EOKA karışımlarının ön arıtımında hidroliz bakterilerinden oluşan karışık bir kültür kullanılmıştır. Bu kültür aktif çamurdan izole edilmiş olup Bacillus cereus (%38),

Arthrobacter sp. (%9,5), Bacillus polymixa (%52) ve Micrococcus (%0,15) türlerini

içermektedir. 25 0

C ve pH = 7‘de, 25 gün boyunca sürdürülen hidroliz süresince atığın uçucu katı madde miktarı 45 g/l‘den 8 g/l‘ye düşürülmüş ve çözünmüş KOİ 18g/l‘den 32 g/l‘ye çıkarılmıştır (Del Borghi ve diğ., 1999).

3.2.2.2 Kompostlaştırma

Kompostlaştırma prosesi özellikle katı atığın yüksek katılı anaerobik arıtımından önce kullanılabilir (Capella ve diğ., 1999). Bu ön arıtma metodunun esas amacı, atık içerisindeki uçucu katı maddenin belirli bir oranda giderimini sağlayarak, uçucu yağ asitlerinin aşırı birikmesini ve metanojenik safhayı inhibe etmesini önlemektir. Kağıt endüstrisi atık sularının arıtılmasıyla elde edilen birincil çamurun kompostlaştırma yöntemiyle ön arıtımı, bir sonraki aşamadaki anaerobik çürütücünün performansını %39 uçucu madde gideriminden %50‘ye yükseltmektedir.

Kompostlaştırmanın anaerobik çürütücünün performansına olan etkisi kompostlaştırma derecesine bağlıdır. Düşük bekleme süreleriyle çalıştırılan anaerobik çürütücülerde %35 kompostlama gerekirken, daha uzun bekleme sürelerinde (49 gün) %10 kompostlaştırma hem en iyi uçucu madde giderimini (%70) hem de en yüksek metan verimini vermektedir (Capella ve diğ., 1999). Anaerobik reaktördeki bekleme süresi ve arıtmanın temel amacına (yüksek biyogaz verimi ya da yüksek uçucu madde giderimi) göre ön arıtmanın derecesi optimize edilir. Eğer arıtmadaki temel amaç uçucu maddenin giderilmesi ise kompostlaştırma derecesi arttırılmalıdır, eğer temel amaç metan gazı üretimi ise ve anaerobik çürütücü hacmi için bir sınırlandırma yoksa kompostlaştırma derecesi düşük tutulmalıdır. 3.2.2.3 Aerobik Termofilik Çürütme

Aerobik termofilik prosesler, patojen mikroorganizmaların gideriminde ve partiküler atıkların çözünmüş hale getirilmesinde etkili olduklarından özellikle arıtma tesisi çamurları gibi katı atıkların arıtımında kullanılabilmektedir. Fakat aerobik termofilik proseslerle atığın tamamen giderimi oldukça yüksek miktarda oksijen gerektirdiğinden çok maliyetlidir. Ayrıca ısı kaybını minimize etmek için oldukça büyük reaktörlerin yalıtımını sağlamak gereklidir ve bu da ilave maliyetler getirir. Bu sebeple aerobik termofilik çürütme prosesi, konvansiyonel mezofilik anaerobik çürütme öncesi sadece bir ön-arıtma prosesi olarak düşünülebilir. Bu iki kademeli sistemde, aerobik termofilik çürütmeyle çamuru ön arıtmadan geçirerek patojen giderimi, hidroliz ve asetojenesis sağlanmaktadır. İkinci kademede uygulanan mezofilik anaerobik çürütme ise uçucu madde giderimi, biyogaz üretimi ve ilave patojen giderimi sağlamaktadır.

Aerobik termofilik çürütmede fazla oksijenin ve ya sınırlı oksijenin çözünmüş KOİ ile biyolojik olarak ayrışabilirlik üzerine olan etkisi araştırılmış ve düşük (sınırlı) oksijen konsantrasyonlarının daha etkili olduğu görülmüştür. Sınırlı oksijen konsantrasyonlarında hücre dışı enzimlerin daha fazla miktarlarda üretilebildiği saptanmıştır (Mason ve diğ., 1987). Sınırlı oksijen konsantrasyonlarında optimum işletme sıcaklığı 650C ve optimum kalış süresi 0,6-1 gün bulunmuştur. Yoğunlaştırılmış fazla aktif çamur ve birincil çamur karışımının substrat olarak kullanıldığı başka bir çalışmada ise, bekleme süresi 0,6 günden 1,5 güne çıkarıldığında aerobik termofilik ön arıtmadaki uçucu katı madde giderme veriminin

%25‘den %40 çıktığı görülmüştür. Ayrıca 0,6-1,5 gün arasındaki çamur yaşlarında sıcaklık 55 0C‘den 65 0C‘ye çıkarıldığında uçucu katı madde giderimi her bir çamur yaşı için %5 artmaktadır (Cheubarn ve Pagilla, 1989). Enzim reaksiyonları sıcaklığa bağımlı olduğundan, sıcaklık çamurun aerobik termofilik çürütülmesindeki anahtar parametrelerden biridir. Arıtma tesisi çamurlarının aerobik termofilik çürütülmesinde görülen en önemli enzimatik aktivite proteolitik aktivitedir. Termofilik bakterilerin proteolitik aktivitesi için optimum sıcaklık aralığı 65-85

0C‘dir.

3.2.3 Fiziko Kimyasal Ön-Arıtma Yöntemleri