EOKA’nın Diğer Atık Türleri ile Birlikte Havasız Arıtımı

Evsel organik katı atığın (EOKA) birçok özelliği bu atıkların anaerobik arıtımını zorlaştırmaktadır (yüksek C/N oranı, pH ve yüksek katı madde içeriği). Farklı atık türülerinin EOKA ile birlikte arıtımı anaerobik proseslerin atık yönetimi çerçevesinde optimize edilmesine olanak sağlamaktadır. Birlikte arıtım kavramı, farklı atık türlerinin tek bir entegre arıtma tesisinde arıtımını içermektedir (Şekil 3.13).

Şekil 3.13: EOKA ile birlikte arıtmanın prensibi EOKA S Arıtma Çamuru Hayvan Atıkları Endüstriyel Organik Atık Birlikte Arıtma Tesisi Organik Gübre Biyogaz S Kap asit e (to n/y ıl)

Birlikte arıtım yaklaşımı organik atıklardan elde edilebilecek biyogaz miktarını arttırarak, biyolojik arıtma tesislerin işletimini ekonomik olarak daha fizibil hale getirmektedir (Ahring ve diğ. 1992). Birlikte arıtım yolu ile organik atığın anerobik arıtımı sonucunda hem atık stabilizasyonu hem de gübre (kompost) eldesiyle beraber enerji üretimi de sağlanmaktadır. Bu bakış açısıyla organik atık değerli bir kaynak özelliği kazanmaktadır. Birlikte arıtım, yıl boyunca kalite ve karakteristik bakımından önemli derecede değişkenlik gösteren organik katı atığın daha stabil bir şekilde arıtımına da imkan verir sağlar (Angelidaki ve Ahring, 1997; Ahring, 1995).

Birlikte arıtım yaklaşımı son yıllarda birçok tarımsal ve endüstriyel organik atık tipine başarıyla uygulanmaktadır. Örneğin Danimarka‘da (Merkezi Ortak Biyogaz Tesisleri) birlikte arıtım hayvan atıklarının ve endüstriyel organik atıkların arıtımında, 1980‘lerin ortalarından beri başarıyla kullanılmaktadır (Danimarka Enerji Ajansı, 1995). Buna karşın Şekil 3.14 görülebileceği üzere, Avrupada arıtılan EOKA‘nın sadece %7‘si birlikte arıtım yaklaşımı ile arıtılmaktadır (De Baere, 2000, 2005).

Katı Atık Birlikte Arıtım

Şekil 3.14: Avrupa‘da katı atığın tekil olarak veya diğer atıklarla birlikte arıtıldığı tesislerin kurulu kapasiteleri

Ka pa sit e ( ton/ yıl )

Anaerobik arıtma tesislerinde birlikte arıtım uygulamalarıyla elde edilebilecek başlıca aşağıdaki faydalar sağlanır:

 Metan geri kazanım veriminin artması

 Proses stabilitesinin artması

 Daha iyi bir atık yönetiminin sağlanması

 Farklı atık akımlarının tek bir entegre arıtma tesisinde toplanmasının getireceği ekonomik yararlar

 Daha büyük kapasitedeki merkezi arıtma tesisleriyle arıtılabilecek atık miktarının artması

Birlikte arıtım yaklaşımında kilit nokta farklı substratlar içerisindeki birçok parametrenin (makro ve mikro besi maddeleri, C/N oranı, pH, inhibitörler ve toksik bileşikler, biyolojik olarak ayrışabilir organik madde, kuru madde) karışık substrat içerisinde dengelenmesini sağlamaktır (Şekil 3.15).

Şekil 3.15: Birlikte arıtım sayesinde atıkların pek çok özelliği dengelenebilir

Kararlı bir proses performansı için besi maddelerinin dengelenmesi, uygun bir C/N oranı ve stabil pH değeri gerekmektedir. Yüksek C/N oranı sistemde azot eksikliğine sebep olurken, düşük C/N oranı amonyak toksisitesine neden olur. Atıktaki nutrient yetersizliği nutrient bakımından zengin bir atık tipiyle yapılacak birlikte arıtım neticesinde giderilebilir. Amonyak toksisitesi sıvı fazdaki amonyak konsantrasyonunun seyreltilmesiyle veya C/N oranının ayarlanmasıyla giderilebilir (Kayhanian ve Tchobanoglus, 1992). Uçucu yağ asitleri konsantrasyonundaki artış sonucu meydana gelen pH düşmesi yüksek tamponlama kapasitesine sahip atık ilavesiyle dengelenebilir.

Atık B Atık A

Makro ve mikro nütrientler C:N oranı

pH

İnhibitörler/toksik maddeler Biyolojik olarak ayrışabilir

organik madde Kuru madde

Biyolojik olarak zor/yavaş ayrışabilen organik atıkların (ligno-selüloz) kolay ayrışabilen organik atıklarla birlikte arıtımı biyogaz veriminin artması yönünde fayda sağlamaktadır. EOKA gibi yüksek katı madde içeriğine sahip atıkların birlikte arıtım yaklaşımı içerisinde çiftlik atıkları gibi daha az katı madde oranına sahip atıklarla karıştırılarak arıtılması pompalama ve mekanik arıtımla ilgili oluşabilecek problemlerin en aza indirilmesini sağlar (Angelidaki ve Ahring, 1997).

Birlikte arıtım yaklaşımı ile EOKA‘nın anaerobik olarak arıtılmasının sağladığı en önemli fayda, EOKA içerisindeki kolay ayrışabilir organik madde oranının yüksek olmasıdır. Bu sayede 330 l/kgUKM‘ ye kadar metan gazı elde edilebilmektedir (Rintala ve Jarvinen, 1996; Six ve De Baere, 1992).

Birlikte arıtım düşük katılı (ıslak) ve yüksek katılı (kuru) sistemlerin her ikisinde de uygulanılabilmesine rağmen daha çok düşük katılı sistemlerde kullanılmaktadır. Yüksek katılı sistemlerde farklı atık türlerinin birlikte arıtılması, atığın nütrient dengesini sağladığından proses performansını arttırır. Düşük katılı sistemlerde ise, seyreltik atıklar (düşük katı madde oranına sahip) EOKA ile birlikte arıtılarak EOKA‘nın katı madde içeriği düşürülebilir.

EOKA‘ın C/N oranı, içerisindeki bileşenlere göre değişiklik göstermektedir. EOKA içerisindeki organik bileşenlerin farklı C/N oranları vardır. Mutfak atıklarında biyolojik olarak ayrışabilen C/N < 20 olabilirken, kağıt atıklarında bu oran 100‘den bile büyük olabilmektedir. Yüksek katılı anaerobik çürütücülerde optimum C/N oranı 25-30 arasıdır (Kayhanian ve Tchobanoglus, 1992; Kayhanian ve Hardy, 1992).

EOKA içerisindeki toksik bileşikler incelendiğinde, kadmiyumun daha çok bahçe atıklarından kaynaklandığı, fitalatların ise daha çok evsel atıklardan (plastik poşetler) ileri geldiği bulunmuştur (Kjolholt ve diğ., 1998). EOKA içerisindeki safsızlıklar (plastik, cam, metal) birlikte arıtımdan çıkan çamurun tarımsal amaçlı kullanımını da sınırlandırmaktadır. Bu safsızlıklar ve ağır metaller EOKA‘nın toplanma mekanizmasıyla ilgilidir. KA-EOKA, MA-EOKA‘ya göre daha az safsızlık ve ağır metal içerir (Richard ve Woodbury, 1992; Ahring ve Johansen, 1992).

Evsel atığın farklı sübstratlarla birlikte arıtımı ile ilgili çalışmalar daha çok evsel atıksu arıtma tesislerinin fazla çamuru ve hayvan atıkları ile yapılmaktadır. Bu tür atıkların birlikte arıtımını yapan birçok tam ölçekli tesis mevcuttur.

3.4.1.1 EOKA ve Arıtma Çamurlarının Birlikte Arıtımı

Mevcut kentsel atıksu arıtma tesislerinin birçoğunda çamur çürütücülerin bulunması EOKA‘nın çamurla birlikte arıtımını oldukça cazip kılmaktadır (Kayhanian ve Rich, 1996; Rivard ve diğ., 1990). Bu sayede birlikte arıtım yaklaşımı, katı atık ve fazla çamur gibi iki büyük atık akımını birleştirerek ve büyük yatırımlara gerek kalmadan uygulanabilmektedir.

Düşük katı madde konsantrasyonları ve organik yüklemelerde çalışan çamur çürütücülere, oldukça fazla katı madde içeriğine sahip EOKA çamurla birlikte beslenebilir. Bu sayede, arıtma çamurundaki makro ve mikro nütrientler EOKA‘daki nütrient eksikliğini kapatacaktır (Şekil 3.16). Ayrıca hem EOKA‘nın katı madde içeriği düşürülebilecek hem de tesisin biyogaz veriminde önemli bir artış sağlanabilecektir. %8-20 UKM bazında dozlanan arıtma çamuru, EOKA‘nın stabilizasyon derecesini arttırmaktadır (Kayhanian ve Tchobanoglus, 1992; Kayhanian ve Rich, 1996).

Şekil 3.16: EOKA ve arıtma çamurlarının farklı sübstrat karakteristikleri

1990 öncesinde yapılan birlikte arıtma çalışmalarının birçoğu düşük katılı proseslerdir. Son dönemlerde, EOKA ve arıtma çamurları yüksek katılı sistemlerde de birlikte arıtılabilmektedir. Yüksek katılı sistemlerde çamur daha çok aşılama ve mikrobiyal büyüme için gerekli nütrientleri sağlamak amacıyla kullanılır (Kayhanian ve Rich, 1996; Rivard ve diğ., 1990).

EOKA ve arıtma çamurlarının ıslak sistemlerde birlikte arıtımı konusunda yapılan bir çalışmada, UKM giderimi ve spesifik gaz üretimi bakımından en iyi verimin EOKA/Arıtma Çamuru = 80/20 (KM bazında) elde edilebildiği gözlenmiştir.

EOKA Arıtma Çamuru

Makro ve mikro nütrientler C/N oranı

Biyolojik olarak ayrışabilir organik madde

(Demirekler ve Anderson, 1998; Diaz ve diğ.; 1981). Bu oran hacim bazında %25 EOKA, %75 arıtma çamuru olmaktadır (Hamzawi ve diğ., 1998). Elbetteki bu oranlar EOKA ve çamurun katı madde içeriğine, biyolojik olarak ayrışabilirliğine ve C/N oranlarına göre değişkenlik gösterebilir. Bu sebeple, incelenen EOKA ve çamurun optimum karışım oranının bulunabilmesi için literatürdeki bilgiler ışığında laboratuar veya pilot ölçekli deneysel çalışmalar yürütülmelidir.

3.4.1.2 Hayvan Atıklarıyla Birlikte Arıtım

Çiftlik ve hayvan atıkları uzun yıllardan beri anaerobik reaktörlerde biyogaz elde etmek amacıyla arıtılmaktadır. Bunun en önemli nedenleri, bu atık türünün temel bir sübstrat olması ve bol miktarda üretilmesidir. Hayvan atıkları yüksek konsantrasyonlarda amonyak içerdiğinden, oldukça yüksek tamponlama kapasitesine sahiptir. Ayrıca hayvan atıklarının katı madde içeriği EOKA‘ya göre daha düşüktür (Domuz çiftliği atıklarında %3,5 TKM, büyük baş hayvan atıklarında %6-9 TKM). Hayvan atıkları bakteriyal büyüme için gerekli nütrientler bakımından da zengin olup, tarımsal gübre değeri de yüksektir (Şekil 3.17).

Şekil 3.17: EOKA ve hayvan atıklarının farklı sübstrat karakteristikleri

Hayvan atıkları tek başlarına anaerobik olarak arıtıldıklarında metan verimi 10-20 m³CH₄/ton gibi düşük değerlerde kalmaktadır. Bunun temel sebepleri, düşük katı madde içeriği ve yüksek orandaki ligno-selülozik madde içeriğidir. Ligno-selülozik lifler anaerobik arıtmaya karşı çok dayanıklıdır (inert) ve reaktörden çürütülmeden çıkarlar. Tarıma dayalı endüstrilerin atıkları ve EOKA, hayvan atıklarıyla birlikte

EOKA Hayvan Atıkları

Makro ve mikro nütrientler C/N oranı

Biyolojik olarak ayrışabilir organik madde

Kuru madde Tamponlama Kapasitesi

arıtım için çok uygundur ve biyogaz potansiyelini arttırır (Mathrani ve diğ., 1994, Ahring ve Johansen, 1992).

3.4.1.3 Diğer Organik Atık Türleriyle Birlikte Arıtım

EOKA‘nın farklı atık türleriyle birlikte arıtımı konusunda literatürde birçok çalışma mevcuttur. Bu çalışmalarda zeytin işleme endüstrisi atık suları, algler, mezbağa atıkları ve et işleme endüstrisi atıkları gibi ikincil sübstratlar kullanılmıştır (Angelidaki ve Ahring, 1997; Cecchi ve diğ., 1993; Kübler ve diğ., 2000; Brinkman, 1999; Mata-Alvarez ve diğ., 2000).

Zeytin yağı atıksularının farklı seyrelme oranlarında, hayvan atıkları, arıtma çamuru ve EOKA ile doldur-boşalt tipte reaktörlerde birlikte arıtımı araştırılmıştır. Zeytin yağı atık sularında çözünmüş organik madde içeriği çok yüksek, buna karşılık amonyak içeriği çok düşüktür ve atık inhibe edici fenoller içerir. EOKA ve arıtma çamuru ile yapılan birlikte arıtma çalışmaları sadece zeytin atıksuları yüksek oranlarda seyreltildiğinde gerçekleştirilebilmiştir. EOKA ve arıtma çamurlarının yeterli tamponlama kapasitesi olmadığından reaktör pH‘sı düşmüş ve proses inhibe olmuştur. Hayvan atıkları ile yapılan çalışmada ise zeytin yağı atık atıksuları seyreltmeye gerek kalmadan arıtılabilmiştir. Hayvan atıklarının yüksek alkalinite içeriği prosesin inhibisyon olmadan yürüyebilmesini sağlamıştır. Sonuç olarak zeytin işleme endüstrisi atıksularının EOKA ile birlikte arıtımın mümkün olduğu, fakat optimum ikincil sübstratın hayvan atıkları olduğu gösterilmiştir (Angelidaki ve Ahring, 1997).

4. AKTİF ÇAMUR MODELİ NO.1 (ACTIVATED SLUDGE MODEL